CN115647689B - 一种焊接机器人及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接机器人及其校准方法，包括机器人本体和导轨，还包括：底座、定位板、控制处理器、升降部件、激光发射部件和激光接收部件，底座包括上块体和下块体，至少三个不在同一条线上的升降部件位于上块体和下块体之间；定位板位于导轨的两端，激光发射部件和激光接收部件分别安装在底座和对应的定位板上，激光接收部件用于将激光落在其上的位置信息传递至控制处理器，控制处理器对该信息进行处理并控制各升降部件进行升降动作。本发明，通过对上块体的姿态进行调整，实现对焊接机器人的姿态是调整，使机器人本体的姿态不受导轨的形变影响，确保焊接机器人能够长期稳定的工作。

Description

一种焊接机器人及其校准方法

技术领域

本发明涉及焊接机器人技术领域，具体涉及一种焊接机器人及其校准方法。

背景技术

焊接机器人是焊接领域中常用的自动化焊接设备。现有技术中的焊接机器人常通过其自身的底座，固定在地面上。为避免焊接机器人在焊接过程中产生位移、确保焊接的精度，焊接机器人下方的地面通常浇筑一定厚度的混凝土，使焊接机器人下方的地面趋近于刚体，使之无法产生形变。但此种方式仅适用于固定不动的焊接机器人，对于能够移动的焊接机器人来说依然不足。

移动的焊接机器人常用来焊接一些长条直线焊缝(例如焊接较大尺寸的箱体时)。常见的能够移动的焊接机器人，包括机器人本体和位于机器人下方的导轨，机器人位于导轨上，利用驱动部件使机器人在导轨移动。对于此类焊接机器人来说，仅仅将导轨下方的地面进行硬化是不够的。

由于在焊接时，焊接机器人常朝着一侧倾斜，在焊接机器人的自身重力以及倾斜力的影响下，在微观层面上导轨中部的两侧会呈现出略微的倾斜变形。由于导轨位于焊接机器人的底部，导轨距焊接机器人的焊接端有一定的距离，这就会使，即便导轨产生不到1个毫米的倾斜高度，但体现在焊接机器人焊接端的误差就会成倍数的增加(会有几个毫米乃至更大的误差)。由于焊枪的端部本身距离焊接物之间的距离就很小(通常也就在几个毫米之间)，这个误差非常容易使焊枪的端部粘在焊接物上，无法产生弧光。

现有技术中通常通过增加导轨的刚度来应对上述问题，但现实生活中并不存在绝对的刚体，在长时间的应力作用下，导轨依然会产生形变，仅仅只是延长了其形变的时间而已。为此现有技术中衍生出了另外一种解决思路，即每隔一段时间重新规划一下焊接轨迹，以此来弥补因导轨变形而产生的误差。在实际应用中此种方式也是非常可行的，但由于重新规划焊接轨迹会打断生产线的正常运转并消耗大量的专业技术人员的时间。为节省这个时间现有技术中又开发出了自动规划焊接轨迹等相关系统，这俨然是在科技树的一条枝杈上直奔到底。

发明人认为，若是能够对焊接机器人的姿态进行调整，使焊接机器人的姿态不受导轨形变影响，这无异于是另外一种较好的解决问题的方式。为此，本发明特提出一种焊接机器人及其校准方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种通过直接调整焊接机器人的姿态，使焊接机器人的姿态不受导轨的形变影响，保证焊接机器人能够长期稳定工作的一种焊接机器人及其校准方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种焊接机器人，包括机器人本体和导轨，还包括：

底座，位于机器人本体与导轨之间，所述底座包括上块体和下块体，上块体与机器人本体进行连接，下块体与导轨进行配合，上块体和下块体之间设置有不在同一条线上的至少三个升降部件，各升降部件能够分别带动上块体的对应部位靠近和远离下块体；

定位板，设有多个且位于导轨的两端，上块体对应各定位板的位置处设置有安装位，定位板与对应的安装位上分别安装有激光发射部件和激光接收部件，各激光发射部件用于向对应的激光接收部件发射激光，激光接收部件在接收激光后能够将激光落在激光接收部件上的位置信息向外传递；

控制处理器，用于接收各激光接收部件传递出的信息，并控制各升降部件进行升降动作。

进一步地，各所述升降部件为液压升降部件，所述上块体与所述下块体之间设置有铰接球，铰接球位于上块体的中部位置处，上块体通过铰接球与下块体进行铰接。

进一步地，所述液压升降部件中，一部分液压升降部件进油的同时，其余的液压升降部件与溢流阀连通。

进一步地，各所述液压升降部件仅有一个油液接口，通过设置与之分别对应的换向阀，使所述油液接口在进液状态、与溢流阀连通状态以及关闭状态这三种状态之间进行转换。

进一步地，各所述溢流阀上并联有单向阀，所述单向阀的一端与油箱连通。

进一步地，所述激光接收部件表面从中心依次向外划分成中心区、误差区和调整区，初始状态下，激光的落点落在中心区；当激光的落点落在调整区时，控制处理器控制各升降部件对上块体的姿态进行调整，直至激光的落点重新落在中心区。

进一步地，位于所述导轨端部的所述定位板设置有两个，两个所述定位板上分别设置有激光发生器和激光定点接收器；

激光定点接收器用于定点接收激光发生器发出的激光，激光定点接收器接收到激光时，向控制处理器传递确认信号；激光定点接收器没有接收到激光时，向控制处理器传递否定信号。

一种焊接机器人的校准方法，其特征在于，包含上述的焊接机器人，所述方法包括以下步骤：

S1、根据各激光接收部件传递至控制处理器的位置信息，确认各激光发射部件发出的激光的落点位于激光接收部件表面的哪个区域，若落在调整区则进入步骤S2；若落在中心区或误差区则进入步骤S6；

S2、根据各激光接收部件传递至控制处理器的位置信息，模拟出上块体的姿态，并基于该姿态计算出上块体较低位置处所对应的升降部件；

S3、将所有换向阀全部切换至油液接口与溢流阀连通状态；

S4、将位于上块体较低位置处的升降部件所对应的换向阀切换至进液状态，使油液进入对应的液压升降部件，直至上块体较低位置处所对应的激光的落点重新落在对应激光接收部件表面的中心区，之后液压升降部件重新切换至与溢流阀连通状态；

S5、重复步骤S1；

S6、将所有换向阀全部切换至关闭状态，形成锁紧回路。

本发明的有益效果体现在：

本发明，通过激光发射部件和激光接收部件来监测底座的倾斜信息，通过控制处理器接收并对该信息进行处理，最终输出控制信号控制对应的升降部件进行升降动作对底座进行调整，使与机器人本体连接的上块体的姿态不受导轨的形变影响，进而保证位于其上方的焊接机器人的姿态不受导轨的形变影响，确保焊接机器人能够长期稳定的工作。

附图说明

图1为本发明中所述焊接机器人的整体视图；

图2为本发明中所述底座的结构视图；

图3为本发明中所述定位板的结构视图；

图4为本发明中所述焊接机器人的液压系统图。

附图标记说明：

1-机器人本体，2-导轨，3-底座，31-上块体，32-下块体，33-激光发射部件，34-铰接球，4-液压升降部件，41-油液接口，5-定位板，51-激光接收部件，52-中心区，53-误差区，54-调整区，55-激光发生器，56-激光定点接收器，6-溢流阀，7-换向阀，8-单向阀。

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的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

另外，“多个”指两个以上。

参见图1至图4。

本发明提供了一种焊接机器人，包括机器人本体1和导轨2，机器人本体1的底部通过底座3滑动设置在导轨2上，该底座3包括上块体31和下块体32，上块体31与机器人本体1进行连接，下块体32与导轨2进行配合，上块体31和下块体32之间设置有不在同一条线上的至少三个升降部件，各升降部件能够分别带动上块体31的各个部位靠近和远离下块体32；由于底座3如何相对导轨2进行移动，又是采用何种驱动部件来驱动皆属于本领域技术人员的公知常识，可参考现有技术中的焊接机器人与导轨2之间的移动方式，故不对此处进行描述。

导轨2的两端分别设有多个定位板5，该定位板5可与导轨2连接也可脱离导轨2独立存在。为便于定位板5的安装和定位，此处将定位板5与导轨2进行连接。上块体31对应各定位板5的位置处设置有安装位，各定位板5与对应的安装位上分别安装有激光发射部件33和激光接收部件51，各激光发射部件33用于向对应的激光接收部件51发射激光，激光接收部件51在接收激光后能够将激光落在激光接收部件51上的位置信息向外传递；

还包括一控制处理器，该控制处理器用于接收各激光接收部件51传递出的信息，并控制各升降部件进行升降动作。

具体实施中，由于机器人很少移动至导轨2的两端，导轨2的两端也通常会留出一定的余量，因此在导轨2发生形变时，导轨2的两端以及位于导轨2两端的定位板5不会发生形变或变形量远远小于导轨2中部的变形量，可将位于导轨2两端的定位板5视作基准点。由于导轨2的变形量需要通过底座3才能传递至机器人本体1上，底座3随导轨2的形变产生倾斜时，激光发射部件33发出的激光的落点会产生变化，该位置的变化被激光接收部件51感应到，并将落点位置信息传递至控制处理器，控制处理器经过简单的模拟计算，计算出上块体31的倾斜信息(即倾斜的角度和姿态)然后通过控制对应的升降部件的升降对上块体31进行调整，直至激光发射部件33发出的激光的落点回到原点。

本发明，通过激光发射部件和激光接收部件来监测底座的倾斜信息，通过控制处理器接收并对该信息进行处理，最终输出控制信号控制对应的升降部件进行升降动作对底座进行调整，使与机器人本体连接的上块体的姿态不受导轨的形变影响，进而保证位于其上方的焊接机器人的姿态不受导轨的形变影响，确保焊接机器人能够长期稳定的工作。

优选的，该选用计算机作为控制处理器使用。

如图2所示，各升降部件为液压升降部件4，上块体31与下块体32之间设置有铰接球34，铰接球34位于上块体31的中部位置处，上块体31通过铰接球34与下块体32进行铰接，且该铰接球34无法在竖直方向上受力后与下块体32分离。

具体实施中，受铰接球34的影响上块体31的高度被限定，因此液压升降部件4中的油压就可以很高，较高的油压会使液压升降部件4具有较高的刚性和硬度，不会在移动过程中使上块体31产生晃动。并且由于上块体31的高度被限定，上块体31的一端抬高时，必然有一端降低，如此可以快速的对上块体31的姿态进行调整，提高姿态调整时的相应速度。

当然，也是因上块体31的高度被限定，若是导轨2的一侧受力挤压向扁平化发展，致使导轨2一侧的高度为标高、另一侧的高度降低，此种情况下上块体31调整后的高度取决于下块体32的中心高度，若下块体32的中心高度低于标，则调整后的上块体31的高度也是低于标高的。但由于导轨2本身产生的形变量本就不大，同时下块体32的中心高度与标高的差值通常会小于形变高差，因此只要保持上块体31不倾斜，仅仅是高度方向上的变量对焊接机器人的影响并不明显，本申请也能够适应于这种情况。

在一实施例中，各液压升降部件4中，一部分液压升降部件4进油的同时，其余的液压升降部件4与溢流阀6连通。这样设计，当一部分液压升降部件抬高上块体的一端时，在铰接球的影响下，上块体与之对应的另一端必然下降，上块体另一端的下降必然会提高与之对应的液压升降部件中的油压，通过使该部分的液压升降部件与溢流阀连通，能够在保证压力的同时，将多余的油液释放掉，为上块体的调整提供条件。

如图2所示，各液压升降部件4仅有一个油液接口41，通过设置分别与之对应的换向阀7，使该油液接口41在进液状态、与溢流阀6连通状态以及关闭状态这三者之间进行转换。

具体实施中，在需要调整上块体31姿态时，此时所有换向阀7全部切换至油液接口41与溢流阀6连通状态，然后控制处理器向对应发出换向阀7发出进液信号，对应的换向阀7调整至进液状态，油液进入对应的液压升降部件4，由于进液状态的液压升降部件4不与溢流阀6连通，因此对应的液压升降部件4压力增大，将上块体31的对应端抬高，于此同时位于上块体31下降端的液压升降部件4油压增大，并通过溢流阀6将多余的油液释放掉。待上块体31姿态调整完毕后，所有换向阀7全部切换至关闭状态，形成锁紧回路。

如图4所示，各溢流阀6上并联有单向阀8，该单向阀8的一端与油箱连通，为液压升降部件4吸取油液提供回路。

具体实施中，在某一个液压升降部件4上升时，与该液压升降部件4处于同一侧的液压升降部件4在其带动下会产生一个向上的拉力，这个拉力会致使该同侧的液压升降部件4内部产生负压，若不将负压释放，则该上升的液压升降部件4也难以顺利上升。因此通过在溢流阀6上并联一个单向阀8，内部产生负压的液压升降部件4可以通过单向阀8吸取油箱内的液压油，使该上升的液压升降部件4顺利上升。

如图1和图3所示，该激光接收部件51表面从中心依次向外划分成中心区52、误差区53和调整区54，初始状态下，激光的落点落在中心区52，当激光的落点落在调整区54时，此时控制处理器控制各升降部件对上块体31的姿态进行调整，直至激光的落点重新落在中心区52。

具体实施中，当激光的落点落在中心区52时，此时上块体31的姿态为初始姿态。当激光的落点落在误差区53时，此时上块体31有轻微的偏斜，但这个误差在允许范围内，并不对焊接作业造成不利影响。当激光的落点落在调整区54时，此时上块体31的偏斜已经将要影响到焊接的正常作业，此时控制处理器启动，控制各升降部件对上块体31的姿态进行调整，直至激光的落点重新落在中心区52。

如图1和图3所示，位于各导轨2端部的定位板5设置有两个，两个定位板5上分别设置有激光发生器55和激光定点接收器56，激光定点接收器56用于定点接收激光发生器55发出的激光；当激光定点接收器56接收到激光时，向控制处理器传递确认信号；当激光定点接收器56没有接收到激光时，向控制处理器传递否定信号；当控制处理器接收到的信号为否定信号时，控制处理器启动报警程序。

具体实施中，若激光定点接收器56没有接收到激光时，此时表明导轨2的形变量已经过大，并已经传递至定位板5上，无法在作为上块体31的定位基准使用，此时控制处理器启动报警程序，通过工作人员对导轨2进行修正或替换。

一种焊接机器人的校准方法，其中包含上述的焊接机器人，具体方法如下：

S1、根据各激光接收部件51传递至控制处理器的位置信息，确认各激光发射部件33发出的激光的落点位于激光接收部件51表面的哪个区域，若落在调整区54则进入步骤S2；若落在中心区52或误差区53则进入步骤S6；

S2、根据各激光接收部件51传递至控制处理器的位置信息，模拟出上块体31的姿态，并基于该姿态计算出上块体31较低位置处所对应的升降部件；

S3、将所有换向阀7全部切换至油液接口41与溢流阀6连通状态；

S4、将位于上块体31较低位置处的升降部件所对应的换向阀7切换至进液状态，使油液进入对应的液压升降部件4，直至上块体31较低位置处所对应的激光的落点重新落在对应激光接收部件51表面的中心区52，之后液压升降部件4重新切换至与溢流阀6连通状态；

S5、重复步骤S1；

S6、将所有换向阀7全部切换至关闭状态，形成锁紧回路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (4)

1.一种焊接机器人，包括机器人本体(1)和导轨(2)，其特征在于，还包括：

底座(3)，位于机器人本体(1)与导轨(2)之间，所述底座(3)包括上块体(31)和下块体(32)，上块体(31)与机器人本体(1)进行连接，下块体(32)与导轨(2)进行配合，上块体(31)和下块体(32)之间设置有不在同一条线上的至少三个升降部件，各升降部件能够分别带动上块体(31)的对应部位靠近和远离下块体(32)；

定位板(5)，设有多个且位于导轨(2)的两端，上块体(31)对应各定位板(5)的位置处设置有安装位，定位板(5)与对应的安装位上分别安装有激光发射部件(33)和激光接收部件(51)，各激光发射部件(33)用于向对应的激光接收部件(51)发射激光，激光接收部件(51)在接收激光后能够将激光落在激光接收部件(51)上的位置信息向外传递；

控制处理器，用于接收各激光接收部件(51)传递出的信息，并控制各升降部件进行升降动作；

各所述升降部件为液压升降部件(4)，所述上块体(31)与所述下块体(32)之间设置有铰接球(34)，铰接球(34)位于上块体(31)的中部位置处，上块体(31)通过铰接球(34)与下块体(32)进行铰接；

所述液压升降部件(4)中，一部分液压升降部件(4)进油的同时，其余的液压升降部件(4)与溢流阀(6)连通；

所述激光接收部件(51)表面从中心依次向外划分成中心区(52)、误差区(53)和调整区(54)，初始状态下，激光的落点落在中心区(52)；当激光的落点落在调整区(54)时，控制处理器控制各升降部件对上块体(31)的姿态进行调整，直至激光的落点重新落在中心区(52)；

位于所述导轨(2)端部的所述定位板(5)设置有两个，两个所述定位板(5)上分别设置有激光发生器(55)和激光定点接收器(56)；

激光定点接收器(56)用于定点接收激光发生器(55)发出的激光，激光定点接收器(56)接收到激光时，向控制处理器传递确认信号；激光定点接收器(56)没有接收到激光时，向控制处理器传递否定信号。

2.如权利要求1所述的焊接机器人，其特征在于，各所述液压升降部件(4)仅有一个油液接口(41)，通过设置与之分别对应的换向阀(7)，使所述油液接口(41)在进液状态、与溢流阀(6)连通状态以及关闭状态这三种状态之间进行转换。

3.如权利要求2所述的焊接机器人，其特征在于，各所述溢流阀(6)上并联有单向阀(8)，所述单向阀(8)的一端与油箱连通。

4.一种焊接机器人的校准方法，其特征在于，包含权利要求2或3所述的焊接机器人，所述方法包括以下步骤：

S1、根据各激光接收部件(51)传递至控制处理器的位置信息，确认各激光发射部件(33)发出的激光的落点位于激光接收部件(51)表面的哪个区域，若落在调整区(54)则进入步骤S2；若落在中心区(52)或误差区(53)则进入步骤S6；

S2、根据各激光接收部件(51)传递至控制处理器的位置信息，模拟出上块体(31)的姿态，并基于该姿态计算出上块体(31)较低位置处所对应的升降部件；

S3、将所有换向阀(7)全部切换至油液接口(41)与溢流阀(6)连通状态；

S4、将位于上块体(31)较低位置处的升降部件所对应的换向阀(7)切换至进液状态，使油液进入对应的液压升降部件(4)，直至上块体(31)较低位置处所对应的激光的落点重新落在对应激光接收部件(51)表面的中心区(52)，之后液压升降部件(4)重新切换至与溢流阀(6)连通状态；

S5、重复步骤S1；

S6、将所有换向阀(7)全部切换至关闭状态，形成锁紧回路。