CN112894206A - 一种自动焊接机器人智能控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，且公开了一种自动焊接机器人智能控制系统，包括：三轴控制卡、输入输出控制卡、电平转换模块、交流伺服变频器、继电器输出卡、视觉传感器、抱闸电源、机器人本体、接口和控制处理模块；三轴控制卡通讯连接有工控机，且工控机与输入输出控制卡通讯连接；输入输出控制卡通讯连接有操纵卡；输入输出控制卡与电平转换模块通讯连接；交流伺服变频器分别与三轴控制卡和继电器输出卡通讯连接。本发明提出一种自动焊接机器人智能控制系统，本发明数字电路和模拟电路分开以减小回路的干扰，同时将控制电路与外部强磁场电路进行严格的电气隔离，减少因干扰造成的影响；智能控制，提高焊接效果。
Description
技术领域
本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种自动焊接机器人智能控制系统。
背景技术
焊接机器人是从事焊接的工业机器人。根据国际标准化组织工业机器人属于标准焊接机器人的定义，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，可接装不同工具或称末端执行器。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的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。
随着市场经济的快速发展，企业的产品从单一品种大批量生产变为多品种小批量，要求生产线具有更大的柔性。所以焊接机器人在生产中的应用越来越广泛，机器人焊接已成为焊接自动化的发展趋势，为此我们提出一种自动焊接机器人智能控制系统。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种自动焊接机器人智能控制系统，本发明数字电路和模拟电路分开以减小回路的干扰，同时将控制电路与外部强磁场电路进行严格的电气隔离，减少因干扰造成的影响；智能控制，提高焊接效果。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种自动焊接机器人智能控制系统，包括：三轴控制卡、输入输出控制卡、电平转换模块、交流伺服变频器、继电器输出卡、视觉传感器、抱闸电源、机器人本体、接口和控制处理模块；
三轴控制卡通讯连接有工控机，且工控机与输入输出控制卡通讯连接；输入输出控制卡通讯连接有操纵卡；
输入输出控制卡与电平转换模块通讯连接；
交流伺服变频器分别与三轴控制卡和继电器输出卡通讯连接；
抱闸电源分别与继电器输出卡和机器人本体电性连接；
继电器输出卡与输入输出控制卡通讯连接；
视觉传感器通过接口与机器人本体通讯连接；视觉传感器用于整个机器视觉系统信息的直接来源，获取机器视觉系统要处理原始图像；
机器人本体通讯连接有控制处理模块；控制处理模块内包含熔透控制单元、系统仿真单元、机器人控制单元、焊缝跟踪单元、知识库单元和焊缝导引单元；熔透控制单元用于获取后半部熔池变化图像，并通过计算机图像处理，提取熔池特征，以调整焊接参数、速度、姿态和送丝速度；系统仿真单元用于机器人本体的运动仿真和焊接路径规划；焊缝跟踪单元用于引导出始焊接位置，并提取焊缝形态和方向的特征，以通过计算机和控制处理模块驱动焊枪端点和跟踪焊缝走向和位置纠偏；知识库单元用于焊接工艺的制定、选择和焊接顺序的规划；焊缝导引单元用于识别焊件图像，并处理和立体匹配。
优选的，视觉传感器由一个或者两个图形传感器组成，并配以光投射器。
优选的，机器人本体包含旋转轴电机和倾斜电机；且旋转轴电机和倾斜电机均与抱闸电源电性连接。
优选的，焊缝跟踪单元由CCD摄像机拍摄焊接提取图像。
优选的，控制处理模块通讯连接有PC端。
优选的，控制处理模块通讯连接有焊接清洁机构，且焊接清洁机构与继电器输出卡通讯连接。
优选的，控制处理模块通讯连接有移动端，且移动端设有多个。
优选的，移动端选用为手机端。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
智能焊接，提高焊接效果；数字电路和模拟电路分开以减小回路的干扰，同时将控制电路与外部强磁场电路进行严格的电气隔离，减少因干扰造成的影响。
附图说明
图1为本发明提出的一种自动焊接机器人智能控制系统的结构示意图。
图2为本发明提出的一种自动焊接机器人智能控制系统中控制处理模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-2所示，本发明提出的一种自动焊接机器人智能控制系统，包括：三轴控制卡、输入输出控制卡、电平转换模块、交流伺服变频器、继电器输出卡、视觉传感器、抱闸电源、机器人本体、接口和控制处理模块；
三轴控制卡通讯连接有工控机，且工控机与输入输出控制卡通讯连接；输入输出控制卡通讯连接有操纵卡；
输入输出控制卡与电平转换模块通讯连接；
交流伺服变频器分别与三轴控制卡和继电器输出卡通讯连接；
抱闸电源分别与继电器输出卡和机器人本体电性连接；
继电器输出卡与输入输出控制卡通讯连接；
视觉传感器通过接口与机器人本体通讯连接；视觉传感器用于整个机器视觉系统信息的直接来源，获取机器视觉系统要处理原始图像；
机器人本体通讯连接有控制处理模块；控制处理模块内包含熔透控制单元、系统仿真单元、机器人控制单元、焊缝跟踪单元、知识库单元和焊缝导引单元；熔透控制单元用于获取后半部熔池变化图像，并通过计算机图像处理，提取熔池特征，以调整焊接参数、速度、姿态和送丝速度；系统仿真单元用于机器人本体的运动仿真和焊接路径规划；焊缝跟踪单元用于引导出始焊接位置，并提取焊缝形态和方向的特征，以通过计算机和控制处理模块驱动焊枪端点和跟踪焊缝走向和位置纠偏；知识库单元用于焊接工艺的制定、选择和焊接顺序的规划；焊缝导引单元用于识别焊件图像，并处理和立体匹配。
控制处理模块通讯连接有计算机。
在一个可选的实施例中，视觉传感器由一个或者两个图形传感器组成，并配以光投射器。
在一个可选的实施例中，机器人本体包含旋转轴电机和倾斜电机；且旋转轴电机和倾斜电机均与抱闸电源电性连接。
在一个可选的实施例中，焊缝跟踪单元由CCD摄像机拍摄焊接提取图像。
在一个可选的实施例中，控制处理模块通讯连接有PC端，利于通过PC端进行控制使用。
在一个可选的实施例中，控制处理模块通讯连接有焊接清洁机构，且焊接清洁机构与继电器输出卡通讯连接，进而对焊枪进行清洁处理，以利于后续的加工使用。
在一个可选的实施例中，控制处理模块通讯连接有移动端，且移动端设有多个。
在一个可选的实施例中，移动端选用为手机端，通过设有手机端，利于远程操控控制。
本发明中，智能焊接，提高焊接效果；数字电路和模拟电路分开以减小回路的干扰，同时将控制电路与外部强磁场电路进行严格的电气隔离，减少因干扰造成的影响。
需要说明的是，系统仿真单元有两个功能：一个是机器人本体运动控制仿真，负责机器人运动模型的创建、焊接过程仿真、焊接路径规划等；另一个是焊接动态过程仿真，负责焊接参数与焊缝成形的动态过程仿真。
需要说明的是，知识库单元是焊接机器人专家系统，负责焊接工艺的制定和选择和焊接顺序的规划。
需要说明的是，焊缝导引单元的功能是利用焊缝识别摄像机CCD拍摄焊件的图像，通过计算机图像处理和立体匹配，提取焊缝的初始点在三维空间内的坐标，上传到中央控制计算机，由中央控制计算机和机器人控制单元来控制焊枪到达初始焊位，以准备焊接。
需要说明的是，焊缝跟踪单元的功能是在机器人导引到初始焊接位置并开始焊接后，利用焊缝识别摄像机CCD摄像机在工作空间内实时拍摄焊缝的图像，通过计算机图像处理，提取焊缝形状和方向特征，并根据焊缝位置确定焊枪下一步纠偏运动方向和位移的量，并将这些信息上报中央控制计算机，通过中央控制计算机和机器人控制器来驱动机器人焊枪端点，以跟踪焊缝走向和位置纠偏。
需要说明的是，熔透控制单元的功能是利用熔池监视摄像机CCD谁相机获取机器人本体运动后的半部熔池变化图像，通过计算机图像处理，提取熔池形状特征，通过中央控制计算机结合相应的工艺参数和预先建立的焊接熔池动态过程模型预测熔深、熔宽、余高和熔透等参数，调用合适的控制策略，给出适当的焊接参数调整以及机器人运动速度、姿态和送丝速度的调节变化，通过焊接电源和机器人执行，实现对焊缝熔透和成形的控制。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，包括：三轴控制卡、输入输出控制卡、电平转换模块、交流伺服变频器、继电器输出卡、视觉传感器、抱闸电源、机器人本体、接口和控制处理模块；
三轴控制卡通讯连接有工控机，且工控机与输入输出控制卡通讯连接；输入输出控制卡通讯连接有操纵卡；
输入输出控制卡与电平转换模块通讯连接；
交流伺服变频器分别与三轴控制卡和继电器输出卡通讯连接；
抱闸电源分别与继电器输出卡和机器人本体电性连接；
继电器输出卡与输入输出控制卡通讯连接；
视觉传感器通过接口与机器人本体通讯连接；视觉传感器用于整个机器视觉系统信息的直接来源，获取机器视觉系统要处理原始图像；
机器人本体通讯连接有控制处理模块；控制处理模块内包含熔透控制单元、系统仿真单元、机器人控制单元、焊缝跟踪单元、知识库单元和焊缝导引单元；熔透控制单元用于获取后半部熔池变化图像，并通过计算机图像处理，提取熔池特征，以调整焊接参数、速度、姿态和送丝速度；系统仿真单元用于机器人本体的运动仿真和焊接路径规划；焊缝跟踪单元用于引导出始焊接位置，并提取焊缝形态和方向的特征，以通过计算机和控制处理模块驱动焊枪端点和跟踪焊缝走向和位置纠偏；知识库单元用于焊接工艺的制定、选择和焊接顺序的规划；焊缝导引单元用于识别焊件图像，并处理和立体匹配。
2.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，视觉传感器由一个或者两个图形传感器组成，并配以光投射器。
3.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，机器人本体包含旋转轴电机和倾斜电机；且旋转轴电机和倾斜电机均与抱闸电源电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，焊缝跟踪单元由CCD摄像机拍摄焊接提取图像。
5.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，控制处理模块通讯连接有PC端。
6.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，控制处理模块通讯连接有焊接清洁机构，且焊接清洁机构与继电器输出卡通讯连接。
7.根据权利要求1所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，控制处理模块通讯连接有移动端，且移动端设有多个。
8.根据权利要求7所述的一种自动焊接机器人智能控制系统，其特征在于，移动端选用为手机端。
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