CN107335900B - 一种焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
一种焊接机器人，包括误差校正系统和巡线检测系统，实现了焊枪在机械臂的控制下，沿着预定路径进行两平行板材的焊接，并实时检测和调整焊枪的位置和姿态，使焊枪始终位于接缝的正上方，保证了焊接质量和焊接效率，具有结构简单、成本低、控制方式简单、可靠性高的优点。
Description
技术领域
一种焊接机器人，尤其是具有误差控制系统的焊接机器人系统。
背景技术
焊接机器人是一种在自动控制器的控制下完成焊接操作的机械设备，焊接机器人的焊接质量可靠、精度高、环境适应性好，因此机器人焊接的应用越发广泛和普遍。
为了使机器人能够沿着预定焊接路径完成焊接工作，预定的程序必须被提前设定，然而，由于存在控制误差、机械误差等各种误差，使得机器人的实际焊接路径与预定焊接路径之间存在一定的焊接误差；在高精度焊接场合，通过各种传感器或控制算法以将焊接误差尽可能的降低到最小。基于此，针对现有减少焊接误差的设备和方法的成本高、控制复杂，本发明用于提供一种结构简单、成本低、控制方式可靠的系统，以尽可能的降低由于焊枪倾斜而引起的焊缝强度均匀性差、焊缝质量不合格等问题。
发明内容
本发明提供一种结构简单、成本低、控制方式简单、可靠性高的系统，用于解决焊接均匀性差、焊缝质量差的问题。
一种焊接机器人，包括机械臂、固定在机械臂末端的保持架、安装在机械臂末端上的焊枪以及安装在保持架上的误差校正系统和巡线检测系统，其特征在于，
根据控制系统的指令，所述机械臂驱动焊枪位于接缝上方并沿预定路径移动以完成两板材的焊接；
所述巡线检测系统包括位于焊枪轴线与接缝组成的平面上的至少三个传感器；所述至少三个传感器等间距地布置在接缝的宽度方向上；所述传感器与所述控制系统连接；所述控制系统根据所述传感器检测到的信号，控制机械臂进行位置调整，以使焊枪移动到接缝的正上方；作为替换，所述传感器7也可是CCD传感器，通过图像识别完成对接缝的检测跟踪。
所述误差校正系统包括第一、第二检测部件以及滤波器；
所述检测部件包括分别位于焊枪一侧和另一侧的能量发射器和能量检测器；并且，第一检测部件的能量发射器和第二检测部件的能量检测器位于焊枪的同一侧；
所述第一、第二检测部件被设定为具有不同的发射和接收频率以避免二者相互干扰；
两所述能量检测器分别检测各自对应的能量发射器发射的、经所述板材反射后的信号；
两所述能量检测器分别连接第一、第二滤波器，所述第一、第二滤波器分别将检测到的信号处理后发送到所述控制系统；所述控制系统依据接收到的滤波器过滤处理后的信号信息控制机械臂进行位姿调整以将焊枪移动到接缝的正上方；
为了防止焊弧影响能量发射器和能量接收器的工作，设置合适的滤波器连接能量检测器，保证了信号采集的准确性同时不影响焊接操作。
不同的发射和接收频率能够防止两组能量发射器和能量检测器之间的干扰；可通过调整能量发射器连接的驱动器的脉冲频率来实现，从而实现了不同的能量发射器具有不同的频率。可以使用更多的能量发射器和能量检测器来提供更多信息以提高焊枪控制的分辨率，比如采用三组、四组、五组或更多的检测部件。
本发明的工作原理为：
如图2，以5个传感器7为例，所述5个传感器7等间距地布置在接缝的宽度方向上，优选5个传感器的总长度大于接缝的宽度；所述传感器与所述控制系统连接；在焊枪移动过程中，如图2所示，中部三个传感器将无法探测到信号，而两侧的传感器将受到板材的的反射而接收到信号，从而使机械臂和焊枪位于焊缝的正上方；当焊枪偏离接缝时，收到和无法收到信号的传感器数量和位置将发生变化，所述控制系统根据5个传感器7中检测到信号的传感器数量和位置，控制机械臂进行位置调整，以使焊枪2移动到接缝的正上方；
如果焊枪位于接缝的正上方，并且不与接缝和\或板材呈一定角度，则两个能量发射器各自传输的能量与板材反射后、被对应的能量检测器检测到的能量应该相同，或者大致相同。如果焊枪与接缝呈一定角度，则两个能量检测器和能量发射器同样将与接缝呈一定角度，那么两个能量发射器各自传输的能量与板材反射后、被对应的能量检测器检测到的能量则不同。如果两个能量检测器检测到的能量不同且二者差异超过预先设定的阀值，那么控制系统将采取措施以调整机械臂、也就是调整了安装在机械臂上的焊枪的姿态，直到上述差异小于预先设定的阀值。如果焊枪位于接缝上方但偏离距离略大，则一组检测部件能够检测到信号，另一组检测部件检测到非常微弱或明显低的信号，此时，控制系统将调整机械臂的位置，以使焊枪位于接缝的正上方。本领域技术人员可知的是，由于机械臂在控制系统的控制下基于已有技术能够在一定误差范围内沿着预定路径实现焊接，因此，焊枪不会过度远离接缝，比如只位于一块板材的正上方。从而，本发明提供的检测部件能够进一步地提高焊枪与接缝之间的相对位置关系，尤其是焊枪与接缝之间的角度，保证焊枪垂直于接缝、垂直于两板材3、4所在平面，避免焊枪倾斜而造成焊缝质量均匀性差、焊接不平整、质量不合格等问题。
通过上述误差校正系统，实现了焊枪在机械臂的控制下，沿着预定路径进行两板材的焊接，并实时检测和调整焊枪的位置和姿态，使焊枪始终位于接缝的正上方且垂直于两板材所在平面，保证了焊接质量和焊接效率，同时，本发明进采用能量发射器和能量接收器发射和检测信号能量、通过滤波器过滤后将信号发送给控制系统，整体上部件少、成本低、软件设计简单、不给控制系统增加过多的信号处理负担，具有结构简单、成本低、控制方式简单、可靠性高的优点。
附图说明
附图1示出了包括误差校正系统的结构图，将附图1中接缝的宽度扩大化展示。
附图2示出了巡线检测系统和误差校正系统的布置结构图，虚线示意为接缝。
具体实施方式
本发明提供一种结构简单、成本低、控制方式简单、可靠性高的焊接机器人系统：
一种焊接机器人，包括机械臂、固定在机械臂末端1的保持架、安装在机械臂末端1上的焊枪2以及安装在保持架上的误差校正系统和巡线检测系统，根据控制系统的指令，所述机械臂驱动焊枪2位于接缝上方并沿预定路径移动以完成两板材3/4的焊接；
所述巡线检测系统包括位于焊枪轴线与接缝组成的平面上的至少三个传感器7；下面结合附图2，以5个传感器7为例，所述5个传感器7等间距地布置在接缝的宽度方向上，优选5个传感器的总长度大于接缝的宽度；所述传感器与所述控制系统连接；在焊枪移动过程中，如图2所示，中部三个传感器将无法探测到信号，而两侧的传感器将受到板材的的反射而接收到信号，从而使机械臂和焊枪位于焊缝的正上方，当焊枪偏离接缝时，收到和无法收到信号的传感器数量和位置将发生变化，所述控制系统根据5个传感器7中检测到的信号的传感器数量和位置，控制机械臂进行位置调整，以使焊枪2移动到接缝的正上方；作为替换，所述传感器7也可是CCD传感器，通过图像识别完成对接缝的检测跟踪。
所述误差校正系统包括第一、第二检测部件5/6以及滤波器；
所述检测部件5/6包括分别位于焊枪2一侧和另一侧的能量发射器5A\6A和能量检测器5B\6B；并且，第一检测部件的能量发射器5A和第二检测部件的能量检测器6B位于焊枪2的同一侧；
所述第一、第二检测部件被设定为具有不同的发射和接收频率以避免二者相互干扰；
所述能量检测器5B\6B分别检测所述能量发射器5A\6A发射的、经平板反射后的信号；
两所述能量检测器5B\6B分别连接第一、第二滤波器，所述第一、第二滤波器分别将检测到的信号处理后发送到所述控制系统；所述控制系统依据接收到的信息控制机械臂进行位姿调整以将焊枪2移动到接缝的正上方；
为了防止焊弧影响能量发射器和能量接收器的工作，设置合适的滤波器连接能量检测器，保证了信号采集的准确性同时不影响焊接操作。
所述能量发射器5A\6A和能量接收器5B\6B的轴线方向与焊枪2轴线方向之间的夹角均为锐角；
不同的发射和接收频率能够防止两组能量发射器和能量检测器之间的干扰；可通过调整能量发射器连接的驱动器的脉冲频率来实现，从而实现了不同的能量发射器具有不同的频率。在具体应用中，可以使用更多的能量发射器和能量检测器来提供更多信息以提高焊枪2控制的分辨率，比如采用三组、四组、五组或更多的检测部件。
检测部件选用市场已有的传感器，如具有发射器/检测器的光电传感器、红外发射器/检测器等能够实现检测反射后的信号的强度或者距离的传感器。传感器7选择为红外距离传感器、有发射器/检测器的光电传感器等能够实现检测遮挡物的传感器或CCD传感器实现接缝的跟踪。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种焊接机器人，包括机械臂、固定在机械臂末端的保持架、安装在机械臂末端上的焊枪以及安装在保持架上的误差校正系统和巡线检测系统，其特征在于，
根据控制系统的指令，所述机械臂驱动焊枪位于接缝上方并沿预定路径移动以完成两板材的焊接；
所述巡线检测系统包括位于焊枪轴线与接缝组成的平面上的至少三个传感器；所述至少三个传感器等间距地布置在接缝的宽度方向上；所述传感器与所述控制系统连接；所述控制系统根据所述传感器检测到的信号，控制机械臂进行位置调整，以使焊枪移动到接缝的正上方；
所述误差校正系统包括第一、第二检测部件；所述检测部件包括分别位于焊枪轴线所在平面一侧和另一侧的能量发射器和能量检测器；并且，第一检测部件的能量发射器和第二检测部件的能量检测器位于焊枪的同一侧；
两所述能量检测器分别检测各自对应的能量发射器发射的、经所述板材反射后的信号；
两所述能量检测器分别连接第一、第二滤波器，所述第一、第二滤波器分别将检测到的信号处理后发送到所述控制系统；所述控制系统依据滤波器处理后的信号控制机械臂进行姿态调整以使焊枪垂直于所述板材所在平面；
两所述能量发射器和两所述能量检测器的轴线方向与焊枪轴线方向之间的夹角均为锐角。
2.如权利要求1所述的一种焊接机器人，其特征在于，所述第一、第二检测部件被设定为具有不同的发射和接收频率以避免二者相互干扰。
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