CN116871775B - 一种十字地轨式3d格栅框架结构焊接机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，包括X轴行走地轨、Y轴行走地轨、Z轴行走地轨，Y轴行走地轨沿着格栅框架结构Y轴方向行走、X轴行走地轨沿着格栅框架结构X轴方向行走、Z轴行走地轨沿着格栅框架结构高度方向行走；行走模式增加了加速模式，实现高速行走；行走参数根据行走记录进行自动优化矫正，焊接机械臂能够对焊缝准确寻位和焊接。通过此焊接机器人的使用，可实现一个人按启动键后，多台焊接机器人同时进行焊接，焊接效率大大提高，节省人工成本，提高焊接的质量。
Description
技术领域
本发明涉及海洋工程领域技术领域，尤其涉及一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统。
背景技术
目前国内船舶海洋工程、菱形储罐内部格栅焊接无论是碳钢，还是铝合金均采用半自动熔化极气体保护焊焊进行焊接，此焊接方法焊缝质量不稳定，焊接效率不高，焊工劳动强度大。
授权发明专利CN116252015A一种新型桥桁架焊接机器人，虽然解决了高空或悬空节点焊接作业的问题，但存在基础支点不稳固影响精度，调节位置的效率不高等问题。
为了解决上述问题，本发明提出一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，以解决现有技术中“目前国内船舶海洋工程、菱形储罐内部格栅焊接无论是碳钢，还是铝合金均采用半自动熔化极气体保护焊焊进行焊接，此焊接方法焊缝质量不稳定，焊接效率不高，焊工劳动强度大”的技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，包括智能控制平台、一组行程传感器、X轴行走地轨、Y轴行走地轨、Z轴行走地轨、焊接机械臂、焊接机器人控制器、焊接电源、工装胎架，其特征在于，Y轴行走地轨沿着格栅框架结构Y轴方向行走、X轴行走地轨沿着格栅框架结构X轴方向行走、Z轴行走地轨沿着格栅框架结构高度方向行走、焊接机械臂能够对焊缝准确寻位和焊接。
所述X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）均为行走单元。
行走单元初始化，正式使用行走单元之前，每一个行走单元根据实验数据设置判断阈值SK，最高行速度，行走单元从静态加速到最高速度/>过程的时长T1及所行走的长度S1, 行走单元从最高速度/>减速到静态过程的时长T2及所行走的长度S2，并和行走单元本身的信息一并保存在智能控制平台上。
每个行走单元由焊接机器人控制器驱动两种行走模式，a、匀速模式 b、加速模式；
当行走单元通过焊接机器人控制器（3）接收到智能控制平台发出的指令信息时，从智能控制平台读取该行走单元的判断阈值SK，行走单元从静态加速到最高速度过程的时间T1所行走的长度为S1, 行走单元从最高速度/>减速到静态过程的时间T2，所行走的长度为S2，行走单元行走任务的起点和目标终点的距离为SS 。
将SS和SK进行比对，当SS小于SK时，匀速模式行走；
SS大于等于SK时，执行加速模式。
加速模式：焊接机器人控制器（3）指令执行T1时长的加速，再保持当前速度行走持续（SS-S1-S2）/时长，之后减速到静态。
行走单元Q每次行走一次的行程信息通过行程传感器回传给智能控制平台，计算获得此次行走实际的行走单元Q的最高速度Va、总行程Sz、从静态加速到最高速度Va过程的时长Ta、时长Ta期间所行走的长度Sa， 行走单元Q从最高速度Va减速到静态过程的时长Tb、Tb期间所行走的长度Sb，行走的起始时间Td和行走单元Q本身的信息作为一条记录保存到智能控制平台上，智能控制平台根据行走单元Q的相关数据矫正优化加速模式所依赖的参数。
作为本发明的优选技术方案，所述焊接机器人控制器通过离线编程软件自动生成焊接程序，机器人根据程序自动寻找到焊接位置，并自动进行焊接。
作为本发明的优选技术方案，所述Y轴行走地轨用于实现焊接机械臂整体沿Y轴方向行走。
作为本发明的优选技术方案，所述X轴行走地轨用于实现焊接机械臂整体沿X轴方向行走。
作为本发明的优选技术方案，所述Z轴行走地轨用于实现焊接机械臂整体沿着Z轴方向行走。
作为本发明的优选技术方案，所述焊接机械臂用于自动找到焊接位置，对焊缝进行焊接。
作为本发明的优选技术方案，所述每个行走单元的动力分开独立设置，即X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）在同一时间接收执行智能控制平台下达的行走指令，同步开启行走任务。
作为本发明的优选技术方案，所述矫正优化加速模式所依赖的参数具体的步骤如下：
step1、读取智能控制平台上该行走单元Q的N条M天之内历史数据，移除掉Sz小于判断阈值SK的记录，剩下的记录按照记录中行走的起始时间排序获得几组数据：Td( 、、/>...)、Sa（ />、/>、 />...)、Ta（/>、/>、/>...)、Sb（ />、 />、 />...)、Tb（ />、 />、 />...)、Va（/>、 />、/>...)；
step2、设置一个权重调节参数K，和时间相关计算公式为：
β为权重调节常数，M为 常数代表M天之内历史数据，NOW()为NOW函数表示当前时间；
作为本发明的优选技术方案，根据实验和调试数据将β的值设置为0.96，M值设置为15。
step3、计算更新行走单元Q从静态加速到最高速度过程的时长T1：
step4、计算更新行走单元Q从最高速度减速到静态过程的时间T2：
step5、计算更新行走单元Q最高速度：
step6、计算更新行走单元Q的判断阈值SK：
step7、使用step3至step6结算的结果T1、T2、 、SK，存储更新到智能控制平台对应行走单元Q的对应数据位置。
本发明提供了一种十字地轨式D格栅框架结构焊接机器人系统，具备以下有益的技术效果：
（1）框架格栅焊接方法的焊缝质量稳定。
（2）基于加速模式焊接机器臂能快速到达焊接点，大大提高了效率。
（3）焊接焊接机械臂在X、Y轴上有整体结构，相对多节点的机器臂 承载动力根基更稳定，有利于提高精度。
（4）矫正优化加速模式所依赖的行走定位参数，不断自我修正，具备智能效果，使用越多，性能质量越高。
（5）效率极高，更适用于超大尺寸的工件焊接要求。
（6）通过此焊接机器人的使用，焊工的劳动强度大大降低，焊工只需要在控制台上按下启动键后，机器人自行寻找焊缝进行焊接，4台焊接机器人同时进行焊接，焊接效率大大提高，节约了人工成本，焊缝外观成型非常美观，焊缝质量较好，焊接质量稳定可靠。
附图说明
图1是本发明框架格栅焊接机器人示意图；
图2是本发明发明框架格栅焊接机器人部分放大结构示意图。
图中：1焊接机械臂、2Z轴行走地轨、3焊接机器人控制器、4焊接电源、5X轴行走地轨、6工装胎架、7Y轴行走地轨。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例
参考图1-2，本发明提供一种技术方案：一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，包括X轴行走地轨5、Y轴行走地轨7、Z轴行走地轨2、焊接机械臂1、焊接机器人控制器3、焊接电源4、工装胎架6，工装胎架6上设置有相匹配的夹具，Y轴行走地轨7沿着格栅框架结构Y轴方向行走、X轴行走地轨5沿着格栅框架结构X轴方向行走、Z轴行走地轨2沿着格栅框架结构高度方向行走、焊接机械臂能够对焊缝准确寻位和焊接，X轴行走地轨5、Y轴行走地轨7、Z轴行走地轨2均与工装胎架6之间滑动连接，可以在工装胎架6上运动，固定产品用的工装胎架6和夹具、固定在焊接机械臂1前端的焊接设备和焊接机器人系统Y轴地轨、X轴、Z轴、焊接机械臂、焊接电源4进行集成后形成整套焊接系统。
其中，焊接机器人控制器3通过离线编程软件自动生成焊接程序，机器人根据程序自动寻找到焊接位置，并自动进行焊接，先将产品模型导入到离线编程软件中，在离线编程软件中生成焊接路径，继而生成机器人可识别的程序，将此程序导入到焊接机器人控制器3中，将工件吊至专用工装胎架7上指定的位置，并用夹具夹紧，焊工在控制台按下启动按钮，机器人自动寻找到需要焊接的焊缝，并自行进行焊接。
其中，Y轴行走地轨7用于实现焊接机械臂1整体沿Y轴方向行走，使得焊接机械臂1可以前后运动调整位置；
其中，X轴行走地轨5用于实现焊接机械臂1整体沿X轴方向行走，使得焊接机械臂1可以左右运动调整位置；
其中，Z轴行走地轨2用于实现焊接机械臂1整体沿着Z轴方向行走，使得焊接机械臂1可以上下运动调整位置；
其中，焊接机械臂1通过X轴行走地轨5、Y轴行走地轨7、Z轴行走地轨2能够自动精准找到焊接位置，对焊缝进行焊接。
其中所述X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）均为行走单元。
行走单元初始化，正式使用行走单元之前，每一个行走单元根据实验数据设置判断阈值SK，最高行速度，行走单元从静态加速到最高速度/>过程的时长T1及所行走的长度S1,行走单元从最高速度 />减速到静态过程的时长T2及所行走的长度S2，并和行走单元本身的信息一并保存在智能控制平台上。
每个行走单元由焊接机器人控制器驱动两种行走模式，a、匀速模式 b、加速模式。
当行走单元通过焊接机器人控制器（3）接收到智能控制平台发出的指令信息时，从智能控制平台读取该行走单元的判断阈值SK，行走单元从静态加速到最高速度过程的时间T1所行走的长度为S1,行走单元从最高速度/> 减速到静态过程的时间T2，所行走的长度为S2，行走单元行走任务的起点和目标终点的距离为SS。
将SS和SK进行比对，当SS小于SK时，匀速模式行走；SS大于等于SK时，执行加速模式。
加速模式：焊接机器人控制器（3）指令执行T1时长的加速，再保持当前速度行走持续（SS-S1-S2）/ 时长，之后减速到静态。
行走单元Q每次行走一次的行程信息通过行程传感器回传给智能控制平台，计算获得此次行走实际的行走单元Q的最高速度Va、总行程Sz、从静态加速到最高速度Va过程的时长Ta、时长Ta期间所行走的长度Sa， 行走单元Q从最高速度Va减速到静态过程的时长Tb、Tb期间所行走的长度Sb，行走的起始时间Td和行走单元Q本身的信息作为一条记录保存到智能控制平台上，智能控制平台根据行走单元Q的相关数据矫正优化加速模式所依赖的参数。
读取智能控制平台上该行走单元Q的N条M天之内历史数据，移除掉Sz小于判断阈值SK的记录，剩下的记录按照记录中行走的起始时间排序获得几组数据：Td( 、/>、...)、Sa（ />、/>、 />...)、Ta（/>、/>、/>...)、Sb（ />、 />、 />...)、Tb（ />、 />、 />...)、Va（/>、 />、/>...)；
鉴于隔间越久的参数和当前参数的相关性越小，所以本发明设置一个权重调节参数K，和时间相关，以获得更客观精准自我调节算法的有益技术效果，，和时间相关计算公式为：
β为权重调节常数，M为 常数代表M天之内历史数据， NOW()为NOW函数表示当前时间；
作为本发明的优选技术方案，根据实验和调试数据将β的值设置为0.96，M值设置为15。
进一步计算更新行走单元Q从静态加速到最高速度过程的时长T1：
step4、计算更新行走单元Q从最高速度减速到静态过程的时间T2：
step5、计算更新行走单元Q最高速度：
step6、计算更新行走单元Q的判断阈值SK：
进一步使用step3至step6结算的结果T1、T2、、SK，存储更新到智能控制平台对应行走单元Q的对应数据位置。
进一步所述每个行走单元的动力分开独立设置，即X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）在同一时间接收执行智能控制平台下达的行走指令，同步开启行走任务。
本发明中，先将被焊工件模型导入到离线编程软件中，通过离线编程软件生成焊接轨迹，结果令人满意后，并自动生成相应的机器人可识别的焊接程序，将此程序导入焊接机器人控制器3中，将被焊工件吊至工装胎架6上指定位置，并用夹具加以固定，通过按下控制台上的启动按钮，控制台会通过无线网络发送信号指令给焊接机器人控制器3，焊接机器人控制器3控制机器人的焊接机械臂1通过行走地轨自动行走到被焊焊缝位置，并自动对焊丝头进行修剪和焊枪喷嘴内飞溅物的清理清枪。
需要注意的是：为防止工件摆放和工件装配的少量误差导致机器人焊偏的情况，机器人在正式焊接前通过焊丝触碰寻位的方式自动计算出工件上被焊焊缝的实际准确轨迹，然后开始焊接直到此焊缝焊接结束，其它焊缝的焊接循环使用这样的方式进行，直到整个工件焊接完成，焊接结束后，机器人的焊接机械臂1通过行走地轨自动返回到零位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
Claims (7)
1.一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，包括智能控制平台、一组行程传感器、X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）、焊接机械臂（1）、焊接机器人控制器（3）、焊接电源（4）、工装胎架（6），焊接机械臂（1）能够对焊缝准确寻位和焊接,所述X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）均为行走单元；
行走单元初始化，正式使用行走单元之前，每一个行走单元根据实验数据设置判断阈值SK，最高行速度，行走单元从静态加速到最高速度/>过程的时长T1及所行走的长度S1, 行走单元从最高速度/>减速到静态过程的时长T2及所行走的长度S2，并和行走单元本身的信息一并保存在智能控制平台上；
每个行走单元由焊接机器人控制器驱动两种行走模式，a、匀速模式 b、加速模式；
当行走单元通过焊接机器人控制器（3）接收到智能控制平台发出的指令信息时，从智能控制平台读取该行走单元的判断阈值SK，行走单元从静态加速到最高速度过程的时间T1所行走的长度为S1, 行走单元从最高速度/>减速到静态过程的时间T2，所行走的长度为S2，行走单元行走任务的起点和目标终点的距离为SS ；
将SS和SK进行比对，当SS小于SK时，匀速模式行走；
SS大于等于SK时，执行加速模式；
加速模式：焊接机器人控制器（3）指令执行T1时长的加速，再保持当前速度行走持续（SS-S1-S2）/时长，之后减速到静态；
行走单元Q每次行走一次的行程信息通过行程传感器回传给智能控制平台，计算获得此次行走实际的行走单元Q的最高速度Va、总行程Sz、从静态加速到最高速度Va过程的时长Ta、时长Ta期间所行走的长度Sa， 行走单元Q从最高速度Va减速到静态过程的时长Tb、Tb期间所行走的长度Sb，行走的起始时间Td和行走单元Q本身的信息作为一条记录保存到智能控制平台上，智能控制平台根据行走单元Q的相关数据矫正优化加速模式所依赖的参数，具体的步骤如下：
step1、读取智能控制平台上该行走单元Q的N条M天之内历史数据，移除掉Sz小于判断阈值SK的记录，剩下的记录按照记录中行走的起始时间排序获得几组数据：Td(、/>、...) 、Sa（/>、/>、/>...)、Ta（/>、/>、/>...)、Sb（/>、/>、/>...)、Tb（、/>、/>...)、Va（/>、/>、/>...)；
step2、设置一个权重调节参数K，和时间相关计算公式为：
β为权重调节常数，M为 常数代表M天之内历史数据，NOW()为NOW函数表示当前时间，根据实验和调试数据将β的值设置为0.96，M值设置为15；
step3、计算更新行走单元Q从静态加速到最高速度过程的时长T1：
step4、计算更新行走单元Q从最高速度减速到静态过程的时间T2：
step5、计算更新行走单元Q最高速度：
step6、计算更新行走单元Q的判断阈值SK：
step7、使用step3至step6结算的结果T1、T2、、SK，存储更新到智能控制平台对应行走单元Q的对应数据位置。
2.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接机器人控制器（3）通过离线编程软件自动生成焊接程序，机器人根据程序自动寻找到焊接位置，并自动进行焊接。
3.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于， Y轴行走地轨（7）沿着格栅框架结构Y轴方向行走、X轴行走地轨（5）沿着格栅框架结构X轴方向行走、Z轴行走地轨（2）沿着格栅框架结构高度方向行走。
4.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于，所述X轴行走地轨（5）用于实现焊接机械臂（1）整体沿X轴方向行走。
5.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于，所述Z轴行走地轨（2）用于实现焊接机械臂（1）整体沿着Z轴方向行走。
6.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接机械臂（1）用于自动找到焊接位置，对焊缝进行焊接。
7.根据权利要求1所述的一种十字地轨式3D格栅框架结构焊接机器人系统，其特征在于，所述每个行走单元的动力分开独立设置，即X轴行走地轨（5）、Y轴行走地轨（7）、Z轴行走地轨（2）在同一时间接收执行智能控制平台下达的行走指令，同步开启行走任务。
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