CN115091094B - 一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，具体涉及焊接技术领域，包括驱动臂，所述驱动臂的上表面安装有倾斜支架，所述倾斜支架的内部设有引导监测机构；所述引导监测机构包括设置在倾斜支架内部的视觉传感器，且驱动臂的输出端连接有焊接头。本发明采用引导监测机构使倾斜支架上的视觉传感器进行在线视觉引导，启动顶部超声波传感器、第一侧面超声波传感器、第二侧面超声波传感器、底面超声波传感器进行数据感应维持机器人自行按照采集的数据进行焊接操作，达到应急使用驱动臂避免出现引导错误造成焊接碰撞以及其他问题，运行稳定性更好，更加安全可靠。

Description

一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，更具体地说，本发明涉及一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统。

背景技术

焊接也称作熔接、熔接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术，为了提高焊接技术，现有的生产线往往需要通过运用移动机器人的位置来控制机器人对焊接工件进行焊接，可以有效提高焊接的时的精度。

专利申请公告号CN112705886A的发明专利公开了一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，包括多轴机器人、工控机、视觉传感器，所述多轴机器人一端固定设置有焊枪，所述视觉传感器安装在所述焊枪上，所述视觉传感器和所述多轴机器人分别与所述工控机连接。该发明的一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，通过视觉传感器实时采集待焊接工件的当前图像信息，根据当前图像信息以及预存多轴机器人当前位置可以计算出焊接工件中的当前实际焊缝位置，实现了对焊缝位置的实时跟踪，多轴机器人根据当前实际焊缝位置对待焊接工件的焊缝进行焊接，提高了焊接工件的焊接效率，整个焊接过程完全智能化，节省了人工成本。

但是在上述该结构进行焊接过程中，通过视觉处理进行引导焊接，一旦视觉处理出现问题无法继续保持使用，需要停机进行检修，甚至会造成视觉处理出现问题后发生焊接错误造成设备损坏，运行稳定性较差，因此需要提供一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统。

发明内容

本发明技术方案针对现有技术解决方案过于单一的技术问题，提供了显著不同于现有技术的解决方案为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，以解决上述背景技术中提出一旦视觉处理出现问题无法继续保持使用，需要停机进行检修，甚至会造成视觉处理出现问题后发生焊接错误造成设备损坏，运行稳定性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，包括驱动臂，所述驱动臂的上表面安装有倾斜支架，所述倾斜支架的内部设有引导监测机构；

所述引导监测机构包括设置在倾斜支架内部的视觉传感器，且驱动臂的输出端连接有焊接头，所述驱动臂的一端且位于焊接头外部位置处设有呈圆弧等距分布的第一侧面超声波传感器、底面超声波传感器、第二侧面超声波传感器，在驱动臂的上表面且靠近第二侧面超声波传感器位置处安装有顶部超声波传感器，所述顶部超声波传感器的输出端连接有报警组件，所述驱动臂输出端与焊接头之间固定连接，所述视觉传感器与倾斜支架之间固定连接。

优选地，所述报警组件包括设置在顶部超声波传感器输出端的工控机，且工控机的输出端连接有蜂鸣器和闪烁灯，所述闪烁灯位于蜂鸣器的一侧位置处，所述工控机的上方安装有交换机，所述驱动臂的另一端部固定有角度驱动臂，且角度驱动臂的一侧设有用于起到竖向角度驱动的竖向角度驱动臂，在竖向角度驱动臂的底端安装有用于对竖向角度驱动臂起到横向角度驱动的旋转驱动底盘，所述驱动臂的一侧设有横截面形状设为凹形的定位框板，在定位框板的底端安装有用于放置焊接件的支撑底板。

优选地，所述倾斜支架的顶端且位于视觉传感器一侧位置处嵌入开设有调节槽，在倾斜支架的一侧固定有采集组件，且所述采集组件包括固定在倾斜支架一侧的采集储存器，所述采集储存器的输出端电性连接有储存主机，所述调节槽的内部安装有驱动螺杆和螺纹套环块，且驱动螺杆的一端部同圆心驱动有伺服驱动电机，在螺纹套环块的顶端固定有两个对称设置的套环支板，套环支板的内部设有驱动轴杆，所述驱动轴杆的一端同圆心驱动有减速电机，且驱动轴杆的另一端同圆心设有角度传感器，所述驱动轴杆的外壁且位于两个套环支板之间位置处设有套环转动支架，在套环转动支架的底端位置处固定有用于焊接图像数据采集的视觉采集仪，所述螺纹套环块位于驱动螺杆外壁位置处，且螺纹套环块和驱动螺杆之间螺纹连接，所述驱动轴杆的两端分别与减速电机的输出端和角度传感器的感应端两两之间固定连接，所述驱动轴杆与套环支板之间通过轴承活动连接，所述套环支板的一侧固定有用于对套环转动支架上倾斜面起到支撑作用的第一限位支板。

优选地，所述定位框板内侧壁嵌入设有定位组件，且定位组件包括嵌入设置在定位框板内侧壁的螺纹联动杆，在螺纹联动杆的外壁螺纹连接有螺纹调节块，且螺纹联动杆的顶端同圆心固定有驱动电机，所述螺纹调节块的一侧焊接有支撑块，在支撑块的两侧均固定安装有第二限位支板，两个所述第二限位支板之间设有固定支板和联动支板，在固定支板和联动支板之间位置处安装有压力传感器，压力传感器的上方设有两个导向弹簧柱，所述导向弹簧柱的一端竖截面面积大于其另一端竖截面面积，所述固定支板与第二限位支板之间焊接固定。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明采用引导监测机构使倾斜支架上的视觉传感器进行在线视觉引导，从而使焊接头沿着工件的缝隙进行焊接操作，通过驱动臂上的第一侧面超声波传感器可以发出超声波传感到定位框板内壁一侧上的距离，第二侧面超声波传感器可以发出超声波传感到定位框板内壁另一侧位置处，支撑底板发出超声波传感到工件上表面位置处，顶部超声波传感器可以采集驱动臂在焊接时在定位框板中间内壁位置处上的数值，根据焊接数值变化采集原先数据，这样视觉传感器出现视觉传感错误，启动顶部超声波传感器、第一侧面超声波传感器、第二侧面超声波传感器、底面超声波传感器进行数据感应维持机器人自行按照采集的数据进行焊接操作，达到应急使用驱动臂避免出现引导错误造成焊接碰撞以及其他问题，运行稳定性更好，更加安全可靠；

2、本发明采用采集组件使减速电机带动驱动轴杆进行二百二十度旋转，套环转动支架可以带动视觉采集仪旋转，套环转动支架的上倾斜面贴合在第一限位支板的上表面位置处，伺服驱动电机带动驱动螺杆使螺纹套环块在螺纹的作用下进行移动，驱动轴杆带动底面超声波传感器使视觉采集仪进行移动，视觉采集仪移动到两个第二限位支板内部，视觉采集仪可以进行下拍传感采集工件的焊缝数据，可以自行达到采集新焊接缝隙数据，并且在不需要采集时自行收缩不影响焊接，当不需要焊接时即可自行进行采集数据，进行备份更新，无需操作人员测量数据输入到工控机内，具有高效更新数据的效果；

3、本发明采用定位组件启动驱动电机带动螺纹联动杆转动，螺纹调节块带动支撑块使两个第二限位支板向下移动，视觉采集仪进入到两个第二限位支板之间位置处且位于联动支板左侧位置处，视觉采集仪挤压在联动支板侧面，联动支板挤压导向弹簧柱，联动支板挤压接触到压力传感器，这样发生感应即可停止伺服驱动电机的驱动，保证视觉采集仪在进行采集时达到指定位置处进行原点采集，保证每次采集的数据都从原点采集，更加准确，精确度更好，参考计算数据更加精确；

综上，通过上述多个作用的相互影响，达到应急使用驱动臂避免出现引导错误造成焊接碰撞以及其他问题，运行稳定性更好，更加安全可靠，不需要焊接时即可自行进行采集数据，进行备份更新，无需操作人员测量数据输入到工控机内，具有高效更新数据的效果，保证每次采集的数据都从原点采集，更加准确，精确度更好，参考计算数据更加精确，综上可以有效提高机器人在焊接时达到稳定焊接运行，并且可以持续更新焊接数据，提高自行更新焊缝数据的效果，保证焊接时的高精确性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的驱动臂与焊接头连接处结构示意图。

图3为本发明的驱动臂部分截断结构示意图。

图4为本发明的竖向角度驱动臂部分截断结构示意图。

图5为本发明的倾斜支架与视觉传感器连接处结构示意图。

图6为本发明的图5中A处放大结构示意图。

图7为本发明的定位组件结构示意图。

图8为本发明的固定支板与第二限位支板连接处竖截面结构示意图。

附图标记为：1、驱动臂；2、倾斜支架；3、视觉传感器；4、焊接头；5、第一侧面超声波传感器；6、底面超声波传感器；7、第二侧面超声波传感器；8、顶部超声波传感器；9、蜂鸣器；10、工控机；11、闪烁灯；12、储存主机；13、交换机；14、角度驱动臂；15、竖向角度驱动臂；16、旋转驱动底盘；17、定位框板；18、支撑底板；19、调节槽；20、采集储存器；21、驱动螺杆；22、螺纹套环块；23、伺服驱动电机；24、套环支板；25、驱动轴杆；26、减速电机；27、套环转动支架；28、角度传感器；29、视觉采集仪；30、第一限位支板；31、螺纹联动杆；32、螺纹调节块；33、支撑块；34、第二限位支板；35、驱动电机；36、固定支板；37、压力传感器；38、联动支板；39、导向弹簧柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图1-8所示的一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，该移动底座上设置有引导监测机构、报警组件、采集组件和定位组件，各个机构和组件的设置能够对机器人的焊接使用起到增加安全性，以及稳定性的效果，各机构和组件的具体结构设置如下：

在一些实施例中如附图1-5所示，引导监测机构包括设置在倾斜支架2内部的视觉传感器3，且驱动臂1的输出端连接有焊接头4，驱动臂1的一端且位于焊接头4外部位置处设有呈圆弧等距分布的第一侧面超声波传感器5、底面超声波传感器6、第二侧面超声波传感器7，在驱动臂1的上表面且靠近第二侧面超声波传感器7位置处安装有顶部超声波传感器8，顶部超声波传感器8的输出端连接有报警组件，报警组件包括设置在顶部超声波传感器8输出端的工控机10，且工控机10的输出端连接有蜂鸣器9和闪烁灯11，闪烁灯11位于蜂鸣器9的一侧位置处，工控机10的上方安装有交换机13；

根据上述结构在焊接引导时，可以将工件放入到支撑底板18的顶端位置处且边缘贴合在定位框板17的内壁位置处，可以通过储存主机12上储存的焊接图像数据输入到工控机10内，通过工控机10可以启动驱动臂1进行运行，驱动臂1可以带动焊接头4旋转到平行状态，并且焊接头4进入到定位框板17和支撑底板18之间位置处，通过倾斜支架2上的视觉传感器3进行在线视觉引导，从而使焊接头4沿着工件的缝隙进行焊接操作，并且通过驱动臂1上的第一侧面超声波传感器5可以发出超声波传感到定位框板17内壁一侧上的距离，第二侧面超声波传感器7可以发出超声波传感到定位框板17内壁另一侧位置处；

支撑底板18发出超声波传感到工件上表面位置处，顶部超声波传感器8可以采集驱动臂1在焊接时在定位框板17中间内壁位置处上的数值，这样在焊接时，可以先采集一组顶部超声波传感器8、第一侧面超声波传感器5、底面超声波传感器6、第二侧面超声波传感器7所移动的数据变化，并且储存在储存主机12内部，当焊接头4在运行时，视觉传感器3出现视觉传感错误可以通过工控机10启动蜂鸣器9和闪烁灯11发出声光报警提醒现场工作人员，且由交换机13通过互联网提醒后台监控的电脑，同时工控机10可以关闭视觉传感器3，并且启动顶部超声波传感器8、第一侧面超声波传感器5、第二侧面超声波传感器7、底面超声波传感器6进行数据感应，保证驱动臂1按照采集的数据进行焊接操作，这样达到应急使用驱动臂1避免出现引导错误造成焊接碰撞以及其他问题。

在一些实施例中如附图1-4所示，驱动臂1输出端与焊接头4之间固定连接，视觉传感器3与倾斜支架2之间固定连接，以便于驱动臂1可以带动焊接头4旋转到平行状态，实现角度驱动，且倾斜支架2可以带动视觉传感器3进行移动，达到跟随式视觉传感，驱动臂1的另一端部固定有角度驱动臂14，且角度驱动臂14的一侧设有用于起到竖向角度驱动的竖向角度驱动臂15，在竖向角度驱动臂15的底端安装有用于对竖向角度驱动臂15起到横向角度驱动的旋转驱动底盘16，以便于旋转驱动底盘16可以带动竖向角度驱动臂15进行角度驱动，竖向角度驱动臂15带动角度驱动臂14进行驱动，角度驱动臂14带动驱动臂1进行驱动，达到多轴驱动进行焊接，驱动臂1的一侧设有横截面形状设为凹形的定位框板17，在定位框板17的底端安装有用于放置焊接件的支撑底板18，以便于定位框板17和支撑底板18可以对工件起到底面以及侧面进行限位，保证工件定位放置，同时方便顶部超声波传感器8、第一侧面超声波传感器5、第二侧面超声波传感器7、底面超声波传感器6对定位框板17进行传感监测。

在一些实施例中如附图5-6所示，倾斜支架2的顶端且位于视觉传感器3一侧位置处嵌入开设有调节槽19，在倾斜支架2的一侧固定有采集组件，且采集组件包括固定在倾斜支架2一侧的采集储存器20，采集储存器20的输出端电性连接有储存主机12，调节槽19的内部安装有驱动螺杆21和螺纹套环块22，且驱动螺杆21的一端部同圆心驱动有伺服驱动电机23；

在螺纹套环块22的顶端固定有两个对称设置的套环支板24，套环支板24的内部设有驱动轴杆25，驱动轴杆25的一端同圆心驱动有减速电机26，且驱动轴杆25的另一端同圆心设有角度传感器28，驱动轴杆25的外壁且位于两个套环支板24之间位置处设有套环转动支架27，在套环转动支架27的底端位置处固定有用于焊接图像数据采集的视觉采集仪29，螺纹套环块22位于驱动螺杆21外壁位置处，且螺纹套环块22和驱动螺杆21之间螺纹连接，驱动轴杆25的两端分别与减速电机26的输出端和角度传感器28的感应端两两之间固定连接，驱动轴杆25与套环支板24之间通过轴承活动连接，套环支板24的一侧固定有用于对套环转动支架27上倾斜面起到支撑作用的第一限位支板30；

根据上述结构在进行图像采集时，可以通过角度驱动臂14带动驱动臂1进行旋转，实现驱动臂1带动倾斜支架2与第二限位支板34保持平行状态，然后启动减速电机26，减速电机26带动驱动轴杆25进行二百二十度旋转，装驱动轴杆25带动套环转动支架27进行旋转，套环转动支架27可以带动视觉采集仪29旋转，即可使套环转动支架27的上倾斜面贴合在第一限位支板30的上表面位置处，然后启动伺服驱动电机23带动驱动螺杆21使螺纹套环块22在螺纹的作用下进行移动，螺纹套环块22沿着调节槽19内壁进行导向移动，即可使螺纹套环块22带动两个套环支板24进行移动，驱动轴杆25带动底面超声波传感器6使视觉采集仪29进行移动，视觉采集仪29移动到两个第二限位支板34内部，这样视觉采集仪29可以进行下拍传感采集工件的焊缝数据，并且由采集储存器20收集后输入到储存主机12内部分部备份储存。

在一些实施例中如附图1和图7、图8所示，定位框板17内侧壁嵌入设有定位组件，且定位组件包括嵌入设置在定位框板17内侧壁的螺纹联动杆31，在螺纹联动杆31的外壁螺纹连接有螺纹调节块32，且螺纹联动杆31的顶端同圆心固定有驱动电机35，螺纹调节块32的一侧焊接有支撑块33，在支撑块33的两侧均固定安装有第二限位支板34，两个第二限位支板34之间设有固定支板36和联动支板38，在固定支板36和联动支板38之间位置处安装有压力传感器37，压力传感器37的上方设有两个导向弹簧柱39，导向弹簧柱39的一端竖截面面积大于其另一端竖截面面积，固定支板36与第二限位支板34之间焊接固定；

根据上述结构在对视觉采集仪29进行定位使用时，可以启动驱动电机35带动螺纹联动杆31转动，螺纹联动杆31带动螺纹调节块32在螺纹的作用下进行下移，且螺纹调节块32带动支撑块33使两个第二限位支板34向下移动，第二限位支板34带动固定支板36向下移动到最底部位置处后，视觉采集仪29进入到两个第二限位支板34之间位置处且位于联动支板38左侧位置处，这样视觉采集仪29在螺纹套环块22横向移动的作用下，视觉采集仪29挤压在联动支板38侧面，联动支板38挤压导向弹簧柱39，实现压缩，即可使联动支板38挤压接触到压力传感器37，这样发生感应即可停止伺服驱动电机23的驱动，保证视觉采集仪29在进行采集时达到指定位置处进行原点采集。

其中，本技术方案中设计的电器结构如视觉传感器3、第一侧面超声波传感器5、底面超声波传感器6、第二侧面超声波传感器7、顶部超声波传感器8、蜂鸣器9、工控机10、储存主机12、交换机13、采集储存器20、角度传感器28、压力传感器37所使用的型号不作具体限定，在满足实现本技术方案并能够达到预期效果的型号类型均可使用。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，包括驱动臂（1），所述驱动臂（1）的上表面安装有倾斜支架（2），其特征在于：所述倾斜支架（2）的内部设有引导监测机构；

所述引导监测机构包括设置在倾斜支架（2）内部的视觉传感器（3），且驱动臂（1）的输出端连接有焊接头（4），所述驱动臂（1）的一端且位于焊接头（4）外部位置处设有呈圆弧等距分布的第一侧面超声波传感器（5）、底面超声波传感器（6）、第二侧面超声波传感器（7），在驱动臂（1）的上表面且靠近第二侧面超声波传感器（7）位置处安装有顶部超声波传感器（8），所述顶部超声波传感器（8）的输出端连接有报警组件,所述驱动臂（1）输出端与焊接头（4）之间固定连接，所述视觉传感器（3）与倾斜支架（2）之间固定连接,所述报警组件包括设置在顶部超声波传感器（8）输出端的工控机（10），且工控机（10）的输出端连接有蜂鸣器（9）和闪烁灯（11），所述闪烁灯（11）位于蜂鸣器（9）的一侧位置处，所述工控机（10）的上方安装有交换机（13）,所述驱动臂（1）的另一端部固定有角度驱动臂（14），且角度驱动臂（14）的一侧设有用于起到竖向角度驱动的竖向角度驱动臂（15），在竖向角度驱动臂（15）的底端安装有用于对竖向角度驱动臂（15）起到横向角度驱动的旋转驱动底盘（16）,所述驱动臂（1）的一侧设有横截面形状设为凹形的定位框板（17），在定位框板（17）的底端安装有用于放置焊接件的支撑底板（18）,所述倾斜支架（2）的顶端且位于视觉传感器（3）一侧位置处嵌入开设有调节槽（19），在倾斜支架（2）的一侧固定有采集组件，且所述采集组件包括固定在倾斜支架（2）一侧的采集储存器（20），所述采集储存器（20）的输出端电性连接有储存主机（12），所述调节槽（19）的内部安装有驱动螺杆（21）和螺纹套环块（22），且驱动螺杆（21）的一端部同圆心驱动有伺服驱动电机（23），在螺纹套环块（22）的顶端固定有两个对称设置的套环支板（24），套环支板（24）的内部设有驱动轴杆（25），所述驱动轴杆（25）的一端同圆心驱动有减速电机（26），且驱动轴杆（25）的另一端同圆心设有角度传感器（28），所述驱动轴杆（25）的外壁且位于两个套环支板（24）之间位置处设有套环转动支架（27），在套环转动支架（27）的底端位置处固定有用于焊接图像数据采集的视觉采集仪（29）,所述螺纹套环块（22）位于驱动螺杆（21）外壁位置处，且螺纹套环块（22）和驱动螺杆（21）之间螺纹连接,所述驱动轴杆（25）的两端分别与减速电机（26）的输出端和角度传感器（28）的感应端两两之间固定连接，所述驱动轴杆（25）与套环支板（24）之间通过轴承活动连接，所述套环支板（24）的一侧固定有用于对套环转动支架（27）上倾斜面起到支撑作用的第一限位支板（30）；

所述定位框板（17）内侧壁嵌入设有定位组件，且定位组件包括嵌入设置在定位框板（17）内侧壁的螺纹联动杆（31），在螺纹联动杆（31）的外壁螺纹连接有螺纹调节块（32），且螺纹联动杆（31）的顶端同圆心固定有驱动电机（35），所述螺纹调节块（32）的一侧焊接有支撑块（33），在支撑块（33）的两侧均固定安装有第二限位支板（34），两个所述第二限位支板（34）之间设有固定支板（36）和联动支板（38），在固定支板（36）和联动支板（38）之间位置处安装有压力传感器（37），且压力传感器（37）的上方设有两个导向弹簧柱（39）。

2.根据权利要求1所述的一种在线实时引导的机器人自适应焊接系统，其特征在于：所述导向弹簧柱（39）的一端竖截面面积大于其另一端竖截面面积，所述固定支板（36）与第二限位支板（34）之间焊接固定。

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