CN109623817A - 一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法，包括：上位机，用于存放大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范的电子表格；上位机APP程序，用于录入电子表格，并发送数据；PLC，与上位机APP程序形成局域网连接，包括：从控PLC和主控PLC，从控PLC用于接收上位机APP程序发送的数据，主控PLC用于发送接收数据请求；机器人控制器，通过I/O PTP与主控PLC连接，又通过现场总线与从控PLC连接，并基于接收的数据自动生成焊接工艺表，从而完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。本发明能免示教的快速参数化编程，只需输入几何特征尺寸和工艺参数规范，突破了箱体焊接机器人传统任务编程耗时长的难题。

Description

一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法

技术领域

本发明涉及起重运输设备制造领域，更具体地说，涉及一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法。

背景技术

大型起重机械在航运、冶金、化工、电站、桥梁以及水力电力等工程建设中发挥着重要作用，是国家重大基础设施建设不可或缺的战略支撑装备。箱体结构作为大型起重装备主体结构的主流形式，其焊接制造的质量和效率直接影响着最终产品的质量和效率。为此，全球起重装备制造商积极研发大型复杂箱体结构机器人高效智能化焊接工艺与装备，如窄深箱体内腔焊接机器人(CN 104308344A)、基于机器人的箱体焊接系统(CN105290663A)、一种箱体机器人焊接系统(CN 106425254A)等，以期实现大型复杂箱体结构制造过程的自动化、精益化和智能化。

周知，机器人焊接具有生产效率高和质量稳定性好等突出优点，但将其应用在大型复杂箱体结构焊接制造极具挑战性，首当其冲的难题就是机器人任务编程。传统人工示教在线编程过程繁琐、效率低下，轨迹精度完全是靠编程员的目测决定，而且对于复杂的路径示教在线编辑难以取得令人满意的效果。由于离线编程可完成复杂路径的任务编程，减少机器人的停机时间，让编程者远离危险的工作环境，使得该编程方式迅速成为产业研究热点，并取得了一定的成果，诸如一种基于离线编程的工业机器人打磨抛光工作站(CN106938443A)、基于离线编程的机器人加持工件打磨的轨迹规划方法(CN 107283422A)、一种基于工件三维图形的磨抛工业机器人离线编程方法(CN 106182018A)、一种六轴磨抛工业机器人离线编程及修正方法(CN 105269565A)、一种等离子空间切割机器人的离线编程模块及应用方法(CN 104875204A)等等。不难看出，上述发明侧重于机器人减材加工领域，针对的是单件，较少涉及零部件装配精度对机器人编程的影响，而且需要编程员事先准备生产系统及生产对象的三维模型，熟悉通用或专用机器人离线编程软件，这对目前企业员工的综合素养提出了高要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法，能免示教的快速参数化编程，只需输入几何特征尺寸和工艺参数规范，突破了箱体焊接机器人传统任务编程耗时长的难题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种箱体焊接机器人参数化编程系统，包括：

上位机，用于存放大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范的电子表格；

上位机APP程序，用于录入上位机中的电子表格，并发送数据；

PLC，与上位机APP程序形成局域网连接，包括：从控PLC和主控PLC，从控PLC用于接收上位机APP程序发送的数据，并向主控PLC发送请求数据传输信号，主控PLC用于发送接收数据请求；

机器人控制器，通过I/O PTP与主控PLC连接，用于接收主控PLC发送的接收数据请求，机器人控制器又通过现场总线与从控PLC连接，用于接收从控PLC向机器人控制器发送的数据请求，并基于接收的数据自动生成焊接工艺表，从而完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

所述几何特征参数，包括：箱体长度、箱体宽度、箱体高度、隔板数量、隔板间距、隔板宽度、隔板高度和隔板角度。

所述工艺参数规范，包括：焊接顺序、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝种类、焊接位置和焊脚高度。

所述现场总线为CC-Link通讯协议。

所述机器人控制器中设有焊接专家库、隔板程序库和箱体任务程序。

另一方面，一种箱体焊接机器人参数化编程方法，包括：

1)通过上位机的人机界面的电子表格中输入大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范；

2)上位机APP程序读取步骤1)中录入的电子表格；

3)上位机APP程序通过局域网LAN发送数据，从控PLC以指针方式置入数据寄存器；

4)待从控PLC接收完数据，向主控PLC发送请求数据传输信号，随后主控PLC向机器人控制器发送接收数据请求；

5)待传输信号确认后，从控PLC通过CC-Link通讯协议向机器人控制器发送数据；

6)待接收完毕，机器人自动更新内部程序库中的格挡焊接位置变量，并基于输入的参数自动调用焊接专家库生成焊接工艺表，完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

还包括：步骤7)人工在线或离线跟踪步骤6)生成的箱体格挡机器人焊接轨迹，并修正目标位置点。

还包括：步骤8)基于起始寻位和电弧跟踪技术，实现大型起重机箱体格挡机器人焊接作业。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法，能免示教的快速参数化编程方法及系统，只需输入几何特征尺寸和工艺参数规范，突破了客户定制的箱体焊接机器人传统任务编程耗时长的难题。同时还具有机器人编程效率高，企业员工易操作的优点，可根据不同规格产品选择相应的程序模块。

附图说明

图1是大型起重机箱体结构的示意图；

图2是图1中箱体结构A-A向的示意图；

图3是本发明编程系统的架构示意图；

图4是本发明中上位机内电子表格参数录入的示意图；

图5是本发明中上位机APP程序读取录入的电子表格参数的示意图。

其中，图1、图2所示：L为箱体长度，L1为隔板间距，L2为箱体内部净宽，H为箱体高度，H1为拉杆节点板高度，W为面板宽度，W1为底板宽度，α为斜腹板角度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1至图5所示，本发明所提供的一种箱体焊接机器人参数化编程系统，包括：

上位机1，用于存放大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范的电子表格；

上位机APP程序2，用于录入上位机1中的电子表格，并发送数据；

PLC3，与上位机APP程序2形成局域网连接，包括：从控PLC31和主控PLC32，上位机APP程序2通过局域网将电子表格数据以指针方式置入从控PLC31，从控PLC31向主控PLC32发送请求数据传输信号，主控PLC32用于发送接收数据请求；

机器人控制器4，通过I/O PTP与主控PLC32连接，用于接收主控PLC32发送的接收数据请求，机器人控制器4又通过现场总线与从控PLC31连接，用于接收从控PLC31向机器人控制器4发送的数据请求，待机器人控制器4确认主控PLC32传输信号后，并通过现场总线从从控PLC31接收数据，并基于接收的数据自动生成焊接工艺表，从而完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

较佳的，所述几何特征参数，包括：箱体长度、箱体宽度、箱体高度、隔板数量、隔板间距、隔板宽度、隔板高度和隔板角度等。

较佳的，所述工艺参数规范，包括：焊接顺序、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝种类、焊接位置、焊脚高度和是否起弧等。

较佳的，所述现场总线为CC-Link通讯协议。

较佳的，所述机器人控制器4中设有焊接专家库、隔板程序库和箱体任务程序。待机器人控制器4接收数据完毕，机器人自动更新内部程序库中的格挡焊接位置变量，基于预置的焊接专家库自动生成焊接工艺表，以供机器人焊接程序直接调用。

本发明还提供了一种箱体焊接机器人参数化编程方法，包括：

1)通过上位机的人机界面的电子表格中输入大型箱体结构几何特征参数(如箱体长/宽/高、隔板数量、隔板间距、隔板宽/高/厚等)和工艺参数规范(如焊接顺序、焊接电流、焊接速度、焊接位置、焊脚高度等)，如图4所示；

2)上位机APP程序读取步骤1)中录入的电子表格，如图5所示；

3)上位机APP程序通过局域网LAN发送数据，从控PLC以指针方式置入数据寄存器；

4)待从控PLC接收完数据，向主控PLC发送请求数据传输信号，随后主控PLC向机器人控制器发送接收数据请求；

5)待传输信号确认后，从控PLC通过CC-Link通讯协议向机器人控制器发送数据；

6)待接收完毕，机器人自动更新内部程序库中的格挡焊接位置变量，并基于输入的参数自动调用焊接专家库生成焊接工艺表，完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

还包括：步骤7)人工在线或离线跟踪步骤6)生成的箱体格挡机器人焊接轨迹，并修正目标位置点。

还包括：步骤8)基于起始寻位和电弧跟踪技术，实现大型起重机箱体格挡机器人焊接作业。

实施例一

以大型岸边集装箱起重机为例，由于全球各国所处海洋环境、海运航线、用户码头等工况不同，以及国际标准、国家法规、地域文化等差异，导致客户对港口起重装备设计、品质和周期需求差异很大，产品面临定制化程度高、批量小，约定交货期控制严而制造周期和供应链长等众多问题，柔性智能制造是突出口。针对岸边集装箱起重机箱梁异形箱体结构，几何尺寸示于表1。

表1大型岸边集装箱起重机箱梁尺寸

此类定制的异形箱体窄深格挡采用多轴复合式悬臂机器人高效智能化焊接，其参数化快速编程详细实施步骤如下：

1)通过上位机人机界面输入箱体结构几何特征尺寸(如箱体长/宽/高、隔板数量、隔板间距、隔板宽/高/厚等)和工艺参数规范(如焊接顺序、焊接位置、焊脚高度、焊丝类型等)，如图4所示；

2)通过上位机APP程序读取步骤1中录入的参数表格，如图5所示；

3)上位机APP程序通过局域网LAN发送数据，从控PLC以指针方式置入数据寄存器；

4)待从控PLC接收完数据，向主控PLC发送请求数据传输信号，随后主控PLC向机器人控制器发送接收数据请求；

5)待传输信号确认后，从控PLC通过现场总线(CC-Link通信协议)向机器人控制器发送数据；

6)待接收完毕，机器人自动更新内部程序库中的格挡焊接位置变量,并基于输入的参数自动调用焊接专家库生成焊接工艺表，完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程；

7)人工离线跟踪步骤6)生成的箱体格挡机器人焊接轨迹，并适当修正目标位置点；

8)基于起始寻位和电弧跟踪技术，实现大型起重机箱体格挡机器人高效智能化焊接作业。

综上所述，通过运用本发明所提供的一种箱体焊接机器人参数化编程系统及其编程方法，只需输入大型箱体结构的几何特征尺寸和工艺参数规范，参数化编程时间控制在1h内，在线准备时间15min以内，突破了客户定制的箱体结构机器人焊接传统任务编程耗时长的难题，确保了约定交货期和焊接质量。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种箱体焊接机器人参数化编程系统，其特征在于，包括：

上位机，用于存放大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范的电子表格；

上位机APP程序，用于录入上位机中的电子表格，并发送数据；

PLC，与上位机APP程序形成局域网连接，包括：从控PLC和主控PLC，从控PLC用于接收上位机APP程序发送的数据，并向主控PLC发送请求数据传输信号，主控PLC用于发送接收数据请求；

机器人控制器，通过I/O PTP与主控PLC连接，用于接收主控PLC发送的接收数据请求，机器人控制器又通过现场总线与从控PLC连接，用于接收从控PLC向机器人控制器发送的数据请求，并基于接收的数据自动生成焊接工艺表，从而完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

2.如权利要求1所述的一种箱体焊接机器人参数化编程系统，其特征在于：所述几何特征参数，包括：箱体长度、箱体宽度、箱体高度、隔板数量、隔板间距、隔板宽度、隔板高度和隔板角度。

3.如权利要求1所述的一种箱体焊接机器人参数化编程系统，其特征在于：所述工艺参数规范，包括：焊接顺序、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝种类、焊接位置和焊脚高度。

4.如权利要求1所述的一种箱体焊接机器人参数化编程系统，其特征在于：所述现场总线为CC-Link通讯协议。

5.如权利要求1所述的一种箱体焊接机器人参数化编程系统，其特征在于：所述机器人控制器中设有焊接专家库、隔板程序库和箱体任务程序。

6.一种如权利1-5任一项所述的箱体焊接机器人参数化编程方法，其特征在于，包括：

1)通过上位机的人机界面的电子表格中输入大型箱体结构几何特征参数和工艺参数规范；

2)上位机APP程序读取步骤1)中录入的电子表格；

3)上位机APP程序通过局域网LAN发送数据，从控PLC以指针方式置入数据寄存器；

4)待从控PLC接收完数据，向主控PLC发送请求数据传输信号，随后主控PLC向机器人控制器发送接收数据请求；

5)待传输信号确认后，从控PLC通过CC-Link通讯协议向机器人控制器发送数据；

6)待接收完毕，机器人自动更新内部程序库中的格挡焊接位置变量，并基于输入的参数自动调用焊接专家库生成焊接工艺表，完成箱体格挡机器人焊接任务程序编程。

7.如权利要求6所述的一种箱体焊接机器人参数化编程方法，其特征在于，还包括：步骤7)人工在线或离线跟踪步骤6)生成的箱体格挡机器人焊接轨迹，并修正目标位置点。

8.如权利要求7所述的一种箱体焊接机器人参数化编程方法，其特征在于，还包括：步骤8)基于起始寻位和电弧跟踪技术，实现大型起重机箱体格挡机器人焊接作业。