CN112059490B - 一种机器人现场焊接装置和焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人现场焊接装置和焊接方法，焊接装置包括作业单元和控制单元，作业单元包括第一行走机构、第一底座、第一固定机构、第一手扶机构、机械手和焊枪，控制单元用于存储焊接轨迹数据和焊接工艺数据，根据焊接轨迹数据控制机械手的动作，根据焊接工艺数据控制焊枪的工作。本发明可以适应危险性高的焊接场合，避免同时损坏造成损失，可以实现无人操作的自动焊接，且焊接过程中机器人可以跟踪焊缝位置实时修正焊接轨迹，提高焊接质量；可以方便跨越地面上的障碍物，适应复杂的焊接场合。采用轻量化机器人以及现场焊接技术，实现机器人的便捷移动、快速部署，满足现场焊接要求。本发明广泛应用于焊接技术领域。

Description

一种机器人现场焊接装置和焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其是一种机器人现场焊接装置和焊接方法。

背景技术

现有焊接技术依赖手工焊接，广泛存在焊接成型差、质量不稳定、工作效率低、劳动强度大等缺点。在一些特定的焊接场合，例如船舶生产中的焊接流程，由于工件尺寸庞大且工作地点多变，需要在组装现场进行作业，无法像汽车生产使用固定流水线式的焊接，因此传统的工业机器人自动化焊接技术无法应用在这些焊接场合。

发明内容

针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种机器人现场焊接装置和焊接方法。

一方面，本发明实施例包括一种机器人现场焊接装置，包括作业单元和控制单元；

所述作业单元包括第一行走机构、第一底座、第一固定机构、第一手扶机构、机械手和焊枪；所述第一行走机构承载所述第一底座，所述第一固定机构安装在所述第一底座的第一位置，所述第一手扶机构安装在所述第一底座的第二位置，所述机械手安装在所述第一底座上，所述焊枪安装在所述机械手的一个活动端；

所述控制单元用于存储焊接轨迹数据和焊接工艺数据，根据所述焊接轨迹数据控制所述机械手的动作，根据所述焊接工艺数据控制所述焊枪的工作。

进一步地，所述作业单元还包括跟踪仪，所述跟踪仪安装在所述机械手上，所述跟踪仪用于采集焊缝位置，将所述焊缝位置传送至所述控制单元；所述焊缝位置位于所述焊枪未作业之处。

进一步地，所述控制单元还用于根据所述焊缝位置，对所述焊枪的作业位置进行修正。

进一步地，所述根据所述焊缝位置，对所述焊枪的作业位置进行修正。

进一步地，所述控制单元还用于为所述作业单元供应焊料。

进一步地，所述控制单元包括第二行走机构、第二底座、第二固定机构、第二手扶机构、焊料容纳机构、焊料供应机构和控制器；所述第二行走机构承载所述第二底座，所述第二固定机构安装在所述第二底座的第三位置，所述第二手扶机构安装在所述第二底座的第四位置；所述焊料容纳机构和所述焊料供应机构安装在所述第二底座上，所述焊料供应机构用于从所述焊料容纳机构提取焊料供应至所述焊枪的作业位置；所述控制器用于存储焊接轨迹数据和焊接工艺数据，根据所述焊接轨迹数据控制所述机械手的动作，根据所述焊接工艺数据控制所述焊枪和所述焊料供应机构的工作。

进一步地，所述作业单元还包括第一触发机构，所述第一触发机构安装在所述第一手扶机构上，所述第一触发机构用于触发所述第一固定机构固定或解除固定；所述控制单元还包括第二触发机构，所述第二触发机构安装在所述第二手扶机构上，所述第二触发机构用于触发所述第二固定机构固定或解除固定。

进一步地，所述第一固定机构和所述第二固定机构均为磁吸附器件。

另一方面，本发明的实施例还包括一种焊接方法，使用实施例中的焊接装置执行以下步骤：

将所述作业单元和所述控制单元移动到作业现场；

触发所述第一固定机构以固定所述作业单元；

触发所述第二固定机构以固定所述控制单元；

启动所述作业单元和所述控制单元；

触发所述第一固定机构以解除固定所述作业单元；

触发所述第二固定机构以解除固定所述控制单元。

本发明的有益效果是：通过设置作业单元和控制单元，将作业功能和控制功能分离由不同的实体执行，可以适应危险性高的焊接场合，避免同时损坏造成损失，且不同的焊接装置之间可以实现互用作业单元和控制单元；通过作业单元和控制单元的配合，可以实现无人操作的自动焊接，且焊接过程中机器人可以跟踪焊缝位置实时修正焊接轨迹，避免因工件安装及尺寸误差导致的焊接不良，提高焊接质量；通过作业单元和控制单元的结构设计，方便跨越地面上的障碍物，适应复杂的焊接场合。采用轻量化机器人以及现场焊接技术，实现机器人的便捷移动、快速部署，满足现场焊接要求。

附图说明

图1为实施例中焊接装置的结构示意图；

图2为实施例中作业单元的结构示意图；

图3为实施例中控制单元的结构示意图；

图4和图5为实施例中对焊枪的作业位置进行修正的原理示意图。

具体实施方式

本实施例中，参照图1，焊接装置包括作业单元1000和控制单元2000两部分。

本实施例中，参照图2，作业单元1000包括第一行走机构、第一底座1200、第一固定机构、第一手扶机构1401、机械手1500、焊枪1600。其中，第一行走机构包括第一万向导轮1101和第一伸缩脚座1102，第一行走机构承载第一底座1200。第一固定机构为磁吸附器件，具体地，第一固定机构包括第一磁霸伸缩杆1301和第一吸合磁霸1302，第一固定机构安装在第一底座1200的第一位置，第一手扶机构1401安装在第一底座1200的第二位置，本实施例中，第一位置位于第一底座1200的一条边上，第二位置位于第一底座1200的另一条边上。

参照图2，机械手1500安装在第一底座1200上，焊枪1600安装在机械手1500的一个活动端。机械手1500有多个关节，这些关节具有多个自由度，控制焊枪1600移动到不同的作业位置。

本实施例中，参照图3，控制单元2000包括第二行走机构、第二底座2200、第二固定机构、第二手扶机构2401、焊料容纳机构2500、焊料供应机构2600和控制器2700。其中，第二行走机构包括第二万向导轮2101和第二伸缩脚座2102，第二行走机构承载第二底座2200。第二固定机构为磁吸附器件，具体地，第二固定机构包括第二磁霸伸缩杆和第二吸合磁霸2302，第二固定机构安装在第二底座2200的第三位置，第二手扶机构2401安装在第二底座2200的第四位置，本实施例中，第三位置位于第二底座2200的一条边上，第四位置位于第二底座2200的另一条边上。

本实施例中，参照图3，焊料容纳机构2500和焊料供应机构2600安装在第二底座2200上。本实施例中，所使用的焊料为焊丝，焊料容纳机构2500为焊丝盘。焊料供应机构2600从焊料容纳机构2500提取焊料，将焊料供应至焊枪1600的作业位置，使得焊枪1600能够将焊料熔化送至作业位置实现焊接。

本实施例中，控制器2700可以是个人电脑或者工控机。控制器2700中存储有焊接轨迹数据和焊接工艺数据。本实施例中，焊接轨迹数据包括作业时间以及每个作业时间对应的坐标点，控制器2700根据作业时间与坐标点的对应关系，生成控制指令，控制机械手1500在作业时间移动到相应的坐标点位置。本实施例中，焊接工艺数据包括作业时间以及每个作业时间对应的焊接温度等工艺参数，控制器2700根据作业时间与工艺参数的对应关系，生成控制指令，控制焊枪1600在作业时间产生相应的工艺参数。

本实施例中，参照图1，作业单元1000还包括跟踪仪1700，跟踪仪1700安装在所述机械手1500上。具体地，可以使用激光跟踪仪1700作为跟踪仪1700。跟踪仪1700用于采集焊缝位置，将焊缝位置传送至控制单元2000。本实施例中，将激光跟踪仪1700的视野设置为比焊枪1600的作业位置靠前，即激光跟踪仪1700采集到的焊缝位置，总是位于焊枪1600当前未作业之处。

本实施例中，控制器2700通过Zigbee或者蓝牙等通讯协议与机械手1500和跟踪仪1700连接。

本实施例中，控制单元2000还根据焊缝位置，对焊枪1600的作业位置进行修正。修正的步骤包括：

A1.确定第一向量；所述第一向量由焊枪1600在第一时刻的作业位置指向焊缝位置；

A2.确定在所述焊枪1600的在第一时刻的作业位置处，所述焊接轨迹数据的切线；

A3.根据所述第一向量与所述切线的平均值确定第二向量；

A4.确定修正位置；所述修正位置为所述第二向量从所述焊枪1600在第一时刻的作业位置出发所指向的点；

A5.将所述修正位置确定为所述焊枪1600在第二时刻的作业位置；所述第二时刻在所述第一时刻之后。

步骤A1-A5的原理如图4所示。本实施例中，焊接轨迹数据可以表示为一条二维或者三维的曲线。本实施例中，第一时刻为当前时刻，焊枪1600在当前时刻处于如图5所示的第一时刻的作业位置，激光跟踪仪1700测到如图5所示的焊缝位置，由此可以确定第一向量。从焊接轨迹数据在焊枪1600在当前时刻的作业位置作切线，通过第二向量＝(1/2)*(第一向量+切线)的方式确定第二向量，第二向量所指向的位置为修正位置，将修正位置确定为焊枪1600在第二时刻的作业位置，即当时间为第二时刻时，焊枪1600将对修正位置进行焊接作业。

本实施例中，参照图2和图3，第一手扶机构1401上安装有第一触发机构1402，第二手扶机构2401上安装有第二触发机构2402。工作人员通过按下第一触发机构1402，可以触发第一固定机构动作，从而将作业单元1000固定在作业地点，或者解除对作业单元1000的固定。工作人员通过按下第二触发机构2402，可以触发第二固定机构动作，从而将控制单元2000固定在作业地点，或者解除对控制单元2000的固定。

本实施例中，焊接装置的执行方法如图1所示。工作人员在需要进行焊接时，将作业单元1000和控制单元2000移动到作业现场，按下第一触发机构1402，触发第一固定机构动作将作业单元1000固定在作业现场，按下第二触发机构2402，触发第二固定机构动作将控制单元2000固定在作业现场。然后启动作业单元1000和控制单元2000，由作业单元1000和控制单元2000执行各自的功能，自动完成对作业位置的焊接工作。

在完成一处作业现场的焊接工作后，工作人员按下第一触发机构1402，触发第一固定机构动作解除对作业单元1000的固定，按下第二触发机构2402，触发第二固定机构动作解除对控制单元2000的固定，然后通过第一手扶机构1401和第二手扶机构2401推动作业单元1000和控制单元2000移动到另一作业现场继续进行作业。

当遇到如图1所示的作业现场，地下存在横梁等障碍物，工作人员可以通过第一手扶机构1401和第二手扶机构2401发力，将作业单元1000和控制单元2000的一侧抬起，从而跨过横梁障碍物向目标位置移动。

本实施例中的焊接装置，至少具有如下优点：设置作业单元和控制单元，将作业功能和控制功能分离由不同的实体执行，可以适应危险性高的焊接场合，避免同时损坏造成损失，且不同的焊接装置之间可以实现互用作业单元和控制单元；通过作业单元和控制单元的配合，可以实现无人操作的自动焊接，且焊接过程中机器人可以跟踪焊缝位置实时修正焊接轨迹，避免因工件安装及尺寸误差导致的焊接不良，提高焊接质量；通过作业单元和控制单元的结构设计，方便跨越地面上的障碍物，适应复杂的焊接场合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (4)

1.一种机器人现场焊接装置，其特征在于，包括作业单元和控制单元；

所述作业单元包括第一行走机构、第一底座、第一固定机构、第一手扶机构、机械手和焊枪；所述第一行走机构承载所述第一底座，所述第一固定机构安装在所述第一底座的第一位置，所述第一手扶机构安装在所述第一底座的第二位置，所述机械手安装在所述第一底座上，所述焊枪安装在所述机械手的一个活动端；

所述控制单元用于存储焊接轨迹数据和焊接工艺数据，根据所述焊接轨迹数据控制所述机械手的动作，根据所述焊接工艺数据控制所述焊枪的工作；

所述控制单元还用于为所述作业单元供应焊料；

所述控制单元包括第二行走机构、第二底座、第二固定机构、第二手扶机构、焊料容纳机构、焊料供应机构和控制器；所述第二行走机构承载所述第二底座，所述第二固定机构安装在所述第二底座的第三位置，所述第二手扶机构安装在所述第二底座的第四位置；所述焊料容纳机构和所述焊料供应机构安装在所述第二底座上，所述焊料供应机构用于从所述焊料容纳机构提取焊料供应至所述焊枪的作业位置；所述控制器用于存储焊接轨迹数据和焊接工艺数据，根据所述焊接轨迹数据控制所述机械手的动作，根据所述焊接工艺数据控制所述焊枪和所述焊料供应机构的工作；

所述作业单元还包括跟踪仪，所述跟踪仪安装在所述机械手上，所述跟踪仪用于采集焊缝位置，将所述焊缝位置传送至所述控制单元；所述焊缝位置位于所述焊枪未作业之处；

所述控制单元还用于根据所述焊缝位置，对所述焊枪的作业位置进行修正；修正的步骤包括：

确定第一向量；所述第一向量由焊枪在第一时刻的作业位置指向焊缝位置；

确定在所述焊枪的在第一时刻的作业位置处，所述焊接轨迹数据的切线；

根据所述第一向量与所述切线的平均值确定第二向量；

确定修正位置；所述修正位置为所述第二向量从所述焊枪在第一时刻的作业位置出发所指向的点；

将所述修正位置确定为所述焊枪在第二时刻的作业位置；所述第二时刻在所述第一时刻之后。

2.根据权利要求1所述的机器人现场焊接装置，其特征在于，所述作业单元还包括第一触发机构，所述第一触发机构安装在所述第一手扶机构上，所述第一触发机构用于触发所述第一固定机构固定或解除固定；所述控制单元还包括第二触发机构，所述第二触发机构安装在所述第二手扶机构上，所述第二触发机构用于触发所述第二固定机构固定或解除固定。

3.根据权利要求2所述的机器人现场焊接装置，其特征在于，所述第一固定机构和所述第二固定机构均为磁吸附器件。

4.一种机器人现场焊接方法，其特征在于，使用如权利要求2或3所述的机器人现场焊接装置执行以下步骤：

将所述作业单元和所述控制单元移动到作业现场；

触发所述第一固定机构以固定所述作业单元；

触发所述第二固定机构以固定所述控制单元；

启动所述作业单元和所述控制单元；

触发所述第一固定机构以解除固定所述作业单元；

触发所述第二固定机构以解除固定所述控制单元。

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