CN108673485A - 工业焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人，具体为一种工业焊接机器人，包括机械臂，机械臂包括可安装焊接枪头的旋转座，还包括轨迹绘制机构、工件模拟件、研磨盘、机械臂控制模块以及绘迹识别器，绘迹控制单元用于控制机械臂使绘制件在工件模拟件上绘制模拟轨迹；研磨控制单元用于在上一个焊接动作完成后，在下一个焊接动作开始前，控制机械臂使绘制件在研磨盘上研磨色料，将上一个焊接动作中最后使用的色料磨净，确保下一个焊接动作绘制模拟轨迹使用色料为下一种色料。本发明提供一种能够在正式焊接前能够验证焊接动作是否准确的工业焊接机器人。

Description

工业焊接机器人

技术领域

本发明涉及工业机器人，具体为一种工业焊接机器人。

背景技术

焊接机器人是从事焊接的工业机器人。工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或者末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊枪，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

在焊接机器人焊接的过程中，焊接一个工件是由若干个焊接动作组成，在焊接机器人焊接前需要验证焊接程序执行的焊接动作是否准确，如果直接进行实际的焊接测试会浪费大量的原材料，发明人考虑设计一种前置测试，排出一些明显问题后在进行实际的焊接测试，从而达到节省材料的目的。

发明内容

本发明提供一种在实际焊接测试前能够初步判断焊接动作否准确的工业焊接机器人。

本发明提供基础方案是：工业焊接机器人，包括机械臂，机械臂包括可安装焊接枪头的旋转座，其特征在于：

还包括轨迹绘制机构、工件模拟件、研磨盘、机械臂控制模块以及绘迹识别器，轨迹绘制机构包括夹持件和绘制件，夹持件一端连接旋转座，另一端连接绘制件，绘制件包括可在工件模拟件上绘制轨迹的绘制芯，

所述绘制芯由若干种色料填充而成，所述绘制芯包括若干周期段，每个周期段内色料以设定的顺序排列；

机械臂控制模块设有绘迹控制单元与研磨控制单元，绘迹控制单元用于控制机械臂使绘制件在工件模拟件上绘制模拟轨迹；

研磨控制单元用于在上一个焊接动作完成后，在下一个焊接动作开始前，控制机械臂使绘制件在研磨盘上研磨色料，将上一个焊接动作中最后使用的色料磨净，确保下一个焊接动作绘制模拟轨迹使用色料为下一种色料；

绘迹识别器包括绘迹录制模块、焊迹对比模块以及误差动作确认模块，绘迹录制模块用于拍摄工件模拟件上的模拟轨迹，焊接对比模块将模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对得到焊接有误的误差模拟轨迹，误差动作确认模块比对误差模拟轨迹与模拟轨迹得出有误差的焊接动作。

原理：本方案采用绘制芯在工件模拟件上绘制模拟轨迹，由绘迹录制模块录制模拟轨迹，然后由焊接对比模块将模拟轨迹与准确的焊接轨迹相比对，如果模拟轨迹与准确的焊接轨迹相比对无问题，则完成检测，但如果有问题则需要确认出现误差的焊接动作，方便后续调整。在模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对后，找出模拟轨迹中一段或者多段误差模拟轨迹，然后由误差动作确认模块确认误差模拟轨迹对应的焊接动作以及具体的时间信息。由于绘迹录制模块拍摄了工件模拟件上绘制的模拟轨迹，因此也就能得知每一个顺序的颜色对应绘制的时间段，误差模拟轨迹为模拟轨迹中的一段或者多段，同理从误差模拟轨迹对应顺序的颜色知晓误差模拟轨迹对应的时间。

为了区分每个焊接动作，本方案中每一个焊接动作开始时绘制的颜色与上一个焊接动作结束时绘制的颜色不同。但由于每一个焊接动作的焊接长度不定，因此无法保证每个焊接动作能将最后使用的色料充分耗尽，因此本方案设置了研磨盘，在每个焊接动作完成后，由机械臂控制模块控制绘制芯在研磨盘上将上一个焊接动作的最后色料磨净，下一个焊接动作由新的色料开始绘制，方便绘迹识别器识别焊接动作的开始。

与现有技术相比，本方案的优点在于：

1.首先确认模拟焊接机器人的模拟轨迹是否有问题。

2.有问题再确认哪一个焊接动作出现误差。

3.本方案可以清晰区分界定每一个焊接动作，并识别有误的焊接动作。

4.在正式进行焊接测试前，用较低的成本提前发现有误的焊接动作，降低焊接测试的废品率，降低测试成本。

进一步，安装时，绘制芯垂直于旋转座，研磨控制单元用于在研磨时控制旋转座自转，绘迹识别器还包括绘制件姿态检测模块，绘制件姿态检测模块用于根据绘制芯在研磨过程中绘制的图像判断绘制件的姿态，当研磨过程中绘制图像为圆点时判断绘制件姿态正确，为点以外的其它形状时判断绘制件姿态错误。

有益效果：夹芯管能夹持绘制芯绘制模拟轨迹，在绘制的过程中如果夹持绘制件的夹持件发生松动，或者绘制芯的头部有偏转，那么绘制的模拟轨迹也就会发生偏移，后续绘制的模拟轨迹必然全是误差模拟轨迹。这就无法区分误差模拟轨迹出现的原因，到底是因为控制程序导致的差错，还是因为夹持绘制件的松动导致的差错。

因此本方案为了排除因绘制芯安装不稳对误差模拟轨迹识别造成的影响，本方案设置了研磨控制单元与绘制件姿态检测模块，在焊接动作的间隙进行研磨时，因为安装时绘制芯垂直于旋转座进行安装，如果绘制芯没有发生偏移，那么旋转座旋转研磨时，绘制芯在研磨盘上绘制的图像为圆点。如果绘制芯发生偏移，那么旋转座旋转研磨时，绘制图像为圆或者其他不规则形状。绘制件姿态检测模块通过判断绘制芯绘制的图像是否为点就可以判断绘制芯的姿态是否错误。

进一步，绘制芯为粉笔，工件模拟件为石膏工件。有益效果：粉笔能有效的将多种色料组合到一起，并在石膏工件上留下清晰的模拟轨迹，有效达到绘制模拟轨迹的目的，同时由于粉笔的原料易得且生产难度低，因此制造成本也低。

进一步，绘迹识别器还包括研磨颜色识别模块，研磨颜色识别模块用于在研磨过程中研磨颜色发生变化时向研磨控制单元发送停止研磨信号。有益效果：现有的技术手段可以准确的检测到颜色的变化，检测到颜色变化，则说明上一个焊接动作使用的色料已磨净，绘制芯开始使用新的色料进行研磨。

进一步，绘迹控制单元控制机器臂匀速绘制模拟轨迹。有益效果：匀速绘制的模拟轨迹能使单个色料绘制的时间一致，有助于准确判断误差模拟轨迹对应的焊接动作，也有助于更准确判断有误的焊接动作的时间。

进一步，绘制件包括还包括储芯匣与夹芯管，绘制芯存放在储芯匣内，储芯匣连通夹芯管。有益效果：实际绘制芯无法做得太长，一根绘制芯用尽，由储芯匣为夹芯管补充绘制芯，保证绘制件中始终有绘制芯。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1中绘制件在研磨盘上进行研磨的状态示意图。

图3为图2中绘制件在姿态错误的状态进行研磨的示意图。

图4为图1中绘制芯的原始状态示意图。

图5为图4的绘制芯经过绘制一个焊接动作后的状态示意图。

图6为图5的绘制芯经过研磨后的状态示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

附图标记说明：夹持件110、绘制件120、储芯匣121、夹芯管122、绘制芯123、第一黑色段1231、第一红色段1232、第二黑色段1233、第二红色段1234、机械臂200、旋转座210、工件模拟件300、研磨盘400。

实施例基本如附图1所示：工业焊接机器人，包括机械臂200、轨迹绘制机构、工件模拟件300、研磨盘400、机械臂控制模块以及绘迹识别器，机械臂200包括可安装焊接枪头的旋转座210。焊接动作由机械臂200执行，轨迹绘制机构将随着机械臂200的动作在工件模拟件300上绘制模拟轨迹，工件模拟件300是形状模拟真实工件的石膏制品，能供轨迹绘制机构在其表面留下模拟轨迹。研磨盘400设置在轨迹绘制机构一侧。

轨迹绘制机构包括夹持件110与绘制件120，夹持件110一端螺栓连接旋转座210，夹持件110的另一端螺旋连接绘制件120，绘制件120包括储芯匣121、夹芯管122以及若干储存在储芯匣121的绘制芯123，储芯匣121连通夹芯管122。

绘制件120的绘制芯123为粉笔，如图4所示，粉笔分为四段，第一黑色段1231、第一红色段1232、第二黑色段1233以及第二红色段1234，夹芯管122周向夹持粉笔的侧壁，夹芯管122包括管体、头部的环形夹板、尾部的推动板，推动板设置有微动气缸，微动气缸推动绘制芯123伸出环形夹板，微动气缸伸出的长度与绘制的时间成正比。储芯匣121存储若干粉笔，储芯匣121连通管体，一根粉笔使用完全后，微动气缸回收推动板，露出管体与储芯匣121间的连通口，储芯匣121内的粉笔一根落入管体内。

机械臂控制模块设有绘迹控制单元与研磨控制单元，绘迹控制单元用于控制机械臂200使绘制件120在工件模拟件300上绘制的模拟轨迹。研磨控制单元用于在上一个焊接动作完成后，在下一个焊接动作开始前，控制绘制件120在研磨盘400上研磨色料，研磨上一个焊接动作中最后使用的色料，确保下一个焊接动作绘制的模拟轨迹使用色料为下一种色料。

绘迹识别器包括绘迹录制模块、焊迹对比模块、误差动作确认模块、绘制件姿态检测模块以及研磨颜色识别模块，绘迹录制模块用于拍摄工件模拟件300上绘制的模拟轨迹，焊接对比模块将模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对，模拟轨迹中有误差的部分为误差模拟轨迹，误差动作确认模块比对误差模拟轨迹与模拟轨迹得出有误差的焊接动作。研磨颜色识别模块用于在研磨过程中研磨颜色发生变化时向研磨控制单元发送停止研磨信号。本实施时中准确的焊接轨迹是由设计人员在设计焊接动作时，在电脑中模拟焊接轨迹，只有安装准确的模拟轨迹才能焊接出合乎标准的工件。

绘制件姿态检测模块用于根据绘制芯123在研磨的过程绘制芯123的绘制图像判断绘制件120的姿态，当研磨过程中绘制图像为圆点时判断绘制件120姿态正确，为点以外的其它形状时判断绘制件姿态错误。

如图2所示，安装时，首先从焊接枪头从旋转座210上取下，夹持件110的法兰盘通过螺栓将绘制件120固定在旋转座210上，安装时确保绘制件120的绘制芯123垂直旋转座210。

绘制过程中，由绘迹控制单元控制机械臂200按照设定程序执行若干焊接动作，轨迹绘制机构在石膏制成的工件模拟件300上绘制模拟轨迹。与实际焊接动作不同的是在每个焊接动作之间有研磨动作，研磨动作过后保证每个焊接动作开始时绘制的模拟轨迹都与上一个焊接动作的最后颜色不同，有颜色的变化。如图5所示，例如完成一个焊接动作后，由于该焊接动作较短，消耗了粉笔四分之一不到，第一黑色段1231色料还剩一些，为了区分两个焊接动作，机械臂控制模块中的研磨控制单元控制机械臂200将绘制件120转移到研磨盘400上，而后控制旋转座210旋转，使绘制芯123在研磨盘400上旋转抹去粉笔中剩余第一黑色段1231，直至出现第一红色段1232，研磨颜色识别模块向研磨控制单元发送停止研磨信号，研磨停止。如图6所示然后下一个焊接动作开始由粉笔中第一红色段1232开始绘制，使上一个焊接动作与下一个焊接动作有明显颜色变化，方便绘迹识别器区分不同焊接动作。

如图2所示在研磨的过程中，由于在安装时绘制芯123垂直于旋转座210，因此在绘制芯123安装准确时，绘制芯123在研磨盘400上绘制的图像为圆点。如图3所示当绘制芯123姿态出现偏转时，绘制芯123在研磨盘400上绘制的图像为圆形或者其他不规则图像。

举例说明本实施例如何排除绘制芯安装松动对判断结果的影响。因为在绘制件120姿态有问题的前提下，焊接动作会一直出现问题，这样就无法判断是否是焊接动作的控制程序出现了问题。

例：粉笔在工件模拟件300上绘制模拟轨迹，包括三个焊接动作，第一焊接动作在工件模拟件300上画一段黑色轨迹，第一个焊接动作较短，因此如图5所示第一黑色段1231有剩余，然后研磨剩下的黑色的一段，在研磨的过程中发现研磨绘制的图形为圆点，判断绘制件120姿态无问题。

然后开始第二个焊接动作，第二焊接动作较长，在工件模拟件300上绘制一段红色的轨迹、黑色的一段轨迹，粉笔上剩下部分第二黑色段1233，由研磨控制单元控制粉笔进行研磨，将剩余的第二黑色段1233磨净，在研磨的过程中发现研磨绘制的图形为圆点，判断绘制件120姿态无问题。

开始第三个焊接动作，在工件模拟件300上绘制了红色的一段轨迹。粉笔的第二红色段1234尚未用完，研磨剩余的红色，研磨的过程中发现研磨的图形为圆，判断绘制件120姿态出现问题。至此完成完整的焊接模拟。

将整个模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对，发现第二个黑色轨迹和准确的焊接轨迹比对时有偏差，通过绘迹录制模块的记录知晓，第二段黑色轨迹属于第二个焊接动作，而第一个焊接动作后的研磨和第二个焊接动作后的研磨中，研磨的图像均为圆点，因此可以判断，绘制件120的姿态无问题，可能是第二焊接动作的尾段的控制程序出现了问题。

将模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对，发现第二段红色的轨迹也与准确的焊接轨迹有偏差，通过绘迹录制模块的记录知晓，该段属于第三个焊接动作，而最后研磨时，发现研磨轨迹为圆圈，这说明绘制件120的姿态出现了问题，首先应该调整绘制件120的姿态，排除姿态问题后，再次对第三个焊接动作进行检测。避免因为绘制件120的姿态有问题而导致对控制程序的误判。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.工业焊接机器人，包括机械臂，机械臂包括可安装焊接枪头的旋转座，其特征在于：

还包括轨迹绘制机构、工件模拟件、研磨盘、机械臂控制模块以及绘迹识别器，轨迹绘制机构包括夹持件和绘制件，夹持件一端连接旋转座，另一端连接绘制件，绘制件包括可在工件模拟件上绘制轨迹的绘制芯，

所述绘制芯由若干种色料填充而成，所述绘制芯包括若干周期段，每个周期段内色料以设定的顺序排列；

机械臂控制模块设有绘迹控制单元与研磨控制单元，绘迹控制单元用于控制机械臂使绘制件在工件模拟件上绘制模拟轨迹；

研磨控制单元用于在上一个焊接动作完成后，在下一个焊接动作开始前，控制机械臂使绘制件在研磨盘上研磨色料，将上一个焊接动作中最后使用的色料磨净，确保下一个焊接动作绘制模拟轨迹使用色料为下一种色料；

绘迹识别器包括绘迹录制模块、焊迹对比模块以及误差动作确认模块，绘迹录制模块用于拍摄工件模拟件上的模拟轨迹，焊接对比模块将模拟轨迹与准确的焊接轨迹进行比对得到焊接有误的误差模拟轨迹，误差动作确认模块比对误差模拟轨迹与模拟轨迹得出有误差的焊接动作。

2.根据权利要求1所述的工业焊接机器人，其特征在于：所述绘制芯垂直于所述旋转座安装，所述研磨控制单元用于在研磨时控制旋转座自转，所述绘迹识别器还包括绘制件姿态检测模块，绘制件姿态检测模块用于根据绘制芯在研磨过程中绘制的图像判断绘制件的姿态，当研磨过程中绘制图像为圆点时判断绘制件姿态正确，为点以外的其它形状时判断绘制件姿态错误。

3.根据权利要求1所述的工业焊接机器人，其特征在于：所述绘制芯为粉笔，所述工件模拟件为石膏工件。

4.根据权利要求2所述的工业焊接机器人，其特征在于：所述绘迹识别器还包括研磨颜色识别模块，研磨颜色识别模块用于在研磨过程中研磨颜色发生变化时向研磨控制单元发送停止研磨信号。

5.根据权利要求4所述的工业焊接机器人，其特征在于：绘制芯的周期段内单种色料填充量相同，绘迹控制单元控制机器臂匀速绘制所述模拟轨迹。

6.根据权利要求1所述的工业焊接机器人，其特征在于：所述绘制件还包括储芯匣与夹芯管，绘制芯存放在储芯匣内，所述储芯匣连通夹芯管。