CN204397136U - 移动式弧焊机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及弧焊机器人，具体是一种移动式弧焊机器人。机器人本体由直角坐标式行走机构、关节式旋转机构和焊枪组成，配合焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块和机器人控制系统，实现大范围机器人焊接、焊接参数及路径离线规划、焊缝位置跟踪、焊接轨迹数据的自动提取和人工辅助焊接，满足了H型钢的焊接要求。本实用新型焊接自动化水平高、动作灵活精确、效率高，非常适用于大型H型钢的腹板、翼板、肋板和枕柱梁的焊接。

Description

移动式弧焊机器人

技术领域

 本实用新型涉及弧焊机器人，具体是一种移动式弧焊机器人。

背景技术

工业机器人主要分两大类：直角坐标机器人和关节式机器人。 直角坐标机器人主要由一些直线运动单元、驱动电机、控制系统和末端操作器组成。针对不同的应用，可以方便快速组合成不同维数，各种行程和不同带载能力的壁挂式、悬臂式、龙门式或倒挂式等各种形式的直角坐标机器人。 关节式机器人主要由一些旋转运动单元驱动电机、控制系统和末端操作器组成。关节式机器人定制性比较差，它不像直角坐标机器人可以快速组合成不同维数。针对不同的应用，只能选用固定的不同维度的关节式机器人。

中国实用新型专利CN101733595A公开了一种转台机器人焊接系统，包括中心支撑、三轴移动装置、天吊式机器人、两轴变位机、转台夹具，顶置除尘装置有效覆盖焊接区域。它能焊接复杂的转台工件并有除尘功能；该实用新型未涉及能实现大范围机器人焊接、 焊接参数及路径离线规划 、焊缝位置跟踪 、焊接轨迹数据自动提取的功能。

中国实用新型专利CN 102283765A公开了一种直角坐标式和关节式相结合的中医按摩机器人，该实用新型的机械臂是直角坐标式和关节式相结合的机械装置，既具有直角坐标式机械装置的刚性好、定位精度高的特点，又具有关节式机械装置的动作灵活的特点，在机械臂末端安装有按摩装置，该按摩装置在机械臂的配合下可以实现捏拿、指揉、指按、掌推、掌揉、掌按、震动、滚压、叩击等多种中医按摩手法；该实用新型仅能适用于中医按摩，不适用于H 型钢的腹板、翼板、肋板和枕柱梁的焊接。

因此，本领域技术人员有必要开发出一种可移动式弧焊机器人，实现大范围机器人焊接、 焊接参数及路径离线规划、焊缝位置跟踪、焊接轨迹数据的自动提取的自动化高的机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服现有通用弧焊机器人的不足，提供了一种移动式弧焊机器人，解决了大范围机器人焊接、 焊接参数及路径离线规划 、焊缝位置跟踪 、焊接轨迹数据的自动提取的问题；为了解决上述技术问题，本实用新型 采用下述技术方案：

一种移动式弧焊机器人，包括机器人本体、焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块和机器人控制系统，机器人本体包括直角坐标式行走机构、 关节式旋转机构和焊枪；关节式旋转机构置于直角坐标式行走机构上面；焊枪悬挂于关节式旋转机构上面；机器人本体、焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块分别与机器人控制系统连接；机器人控制系统包括三维图像处理模块、模型预处理模块、焊缝信息获得模块、焊接任务规划模块、焊接路径规划模块、焊接参数优化模块、动态图形仿真模块和生成加工文件模块。

上述技术方案的本实用新型与现有技术相比，因机器人本体由直角坐标式行走机构、 关节式旋转机构和焊枪组成，配合焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块和机器人控制系统，实现大范围机器人焊接、焊接参数及路径离线规划、焊缝位置跟踪、焊接轨迹数据的自动提取和人工辅助焊接，满足了大型H 型钢的焊接要求。

本实用新型采用如下优选方案：

直角坐标式行走机构为龙门式两自由度直角坐标式行走机构。

龙门式两自由度直角坐标式行走机构的工作范围是: 长为12000mm、宽为4000mm。

关节式旋转机构能够沿着垂直于直角坐标式行走机构前后移动。

关节式旋转机构为悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构。

关节式旋转机构是能够确定焊枪的焊接路径、空间指向和焊枪的空间姿态的五自由度机器人关节式旋转机构。

焊接电源模块为DSP 全数字化脉冲焊接电源。

机器人控制系统与焊接电源进行通信，用于控制焊接电流、电压、送丝速度和控制焊机的起弧、息弧、再引弧。

本实用新型还公开了一种移动式弧焊机器人的控制系统，包括三维图形处理模块、模型预处理模块、焊缝信息获取模块、焊接任务规划模块、焊接路径优化模块、焊接参数优化模块、图形仿真模块、生成焊接加工文件模块，

所述三维图形处理模块是用于协助完成焊缝信息获取、焊接路径规划和动态图形仿真。

所述模型预处理模块是用于对Xsteel 模型进行预处理，对焊缝信息进行提取。

 Xsteel是芬兰Tekla公司开发的钢结构详图设计软件，它是通过首先创建三维模型以后自动生成钢结构详图和各种报表，是一个三维智能钢结构模拟、详图的软包。

所述焊缝信息获取模块是用于提供一个与三维 CAD / CAM 软件的接口，导入三维实体模型；并用于抽取焊缝位置、焊缝姿态、焊缝矢量、焊缝起始点坐标、焊缝终点坐标、焊缝两侧母材的表面法向矢量、板厚。

“CAD/CAM”即机械行业的“计算机辅助设计与辅助制造”。

所述焊接任务规划模块，通过人机交互方式，用于选择焊接顺序、对长焊缝、曲折焊缝的分段处理、制订焊接工艺，形成待焊焊缝，输出给焊接路径优化模块处理。

所述焊接路径优化模块是根据焊缝姿态结合焊枪姿态优化，对机器人的运动进行优化。

所述焊接参数优化模块是系统根据焊接方法、板厚、坡口型式及焊枪姿态在焊接参数数据库选择焊接参数，使系统能够根据焊缝的姿态或者板厚的焊接条件的变化，实时地改变焊接参数，获得最佳焊接参数。

所述图形仿真模块是模拟整个焊接过程，检查发生碰撞的可能性及机器人的运动是否合理，并计算机器人的工作循环时间，为离线编程结果的可行性提供参考 。

所述生成焊接加工文件模块是把规划结果转换成机器人控制柜能够识别的语言，生成加工文件；加工文件下载到机器人控制柜上实现焊接。

附图说明

图1 是本实用新型的机器人本体结构示意图。

图2是本实用新型的机器人控制系统流程图。

图中：

1—龙门式两自由度直角坐标式行走机构；2—悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构；3—焊枪。

具体实施方式

下面结合附图1和附图2给出的实施例对本实用新型作进一步阐述，但实施例不对本实用新型构成任何限制。

一种移动式弧焊机器人，参见图1和图2，机器人本体由龙门式两自由度直角坐标式行走机构1、悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构2和焊枪3组成。

悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构2置于龙门式两自由度直角坐标式行走机构1上面，能确定焊枪的焊接路径、空间指向和焊枪的空间姿态。

悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构2能沿着垂直于龙门式两自由度直角坐标式行走机构1前后移动。

焊枪3悬挂于五自由度机器人关节式旋转机构2上面；焊枪3固定在关节式旋转机构上面，能确定焊枪3的焊接路径及空间指向。

龙门式两自由度直角坐标式移动机构工作范围是: 龙门式两自由度直线行走机构的工作范围是: 长为12000mm、宽为4000mm，能满足 H 型钢的焊接要求。

机器人控制系统在操作人员的监控下，控制焊接电源模块，为DSP全数字化脉冲焊接电源、机器人辅助模块和焊缝跟踪模块完成操作，包括从 Xsteel中自动提取焊缝位置、尺寸及形状信息，焊接参数及焊接路径自动规划，焊接参数的输入与显示，焊接过程中焊接参数及焊枪位置的人工辅助调节，焊枪位置与姿态的实时控制。

机器人控制系统与焊接电源进行通信，以方便通过编程的方法用于控制焊接电流、电压、送丝速度和控制焊机的起弧、息弧、再引弧。

机器人控制系统包括三维图像处理模块、模型预处理模块、焊缝信息获得模块、焊接任务规划模块、焊接路径规划模块、焊接参数优化模块、动态图形仿真模块和生成加工文件模块，工作流程如下：

三维图形处理模块是用于协助完成焊缝信息获取、焊接路径规划和动态图形仿真。

模型预处理模块是用于对Xsteel 模型进行预处理，对焊缝信息进行提取。

焊缝信息获取模块是用于提供一个与三维 CAD / CAM 软件的接口，导入三维实体模型；并用于抽取焊缝位置、焊缝姿态、焊缝矢量、焊缝起始点坐标、焊缝终点坐标、焊缝两侧母材的表面法向矢量、板厚。

焊接任务规划模块，通过人机交互方式，用于选择焊接顺序、对长焊缝、曲折焊缝的分段处理、制订焊接工艺，形成待焊焊缝，输出给焊接路径优化模块处理。

焊接路径优化模块是根据焊缝姿态结合焊枪姿态优化，对机器人的运动进行优化。 

焊接参数优化模块是系统根据焊接方法、板厚、坡口型式及焊枪姿态在焊接参数数据库选择焊接参数，使系统能够根据焊缝的姿态或者板厚的焊接条件的变化，实时地改变焊接参数，获得最佳焊接参数。

图形仿真模块是模拟整个焊接过程，检查发生碰撞的可能性及机器人的运动是否合理，并计算机器人的工作循环时间，为离线编程结果的可行性提供参考。

生成焊接加工文件模块是把规划结果转换成机器人控制柜能够识别的语言，生成加工文件；加工文件下载到机器人控制柜上实现焊接。

本实施例用于大型H型钢的腹板、翼板、肋板和枕柱梁的焊接；实现大范围机器人焊接、焊接参数及路径离线规划、焊缝位置跟踪、焊接轨迹数据的自动提取和人工辅助焊接。

本领域技术人员不脱离本实用新型的实质和精神，可以有多种变形方案实现本实用新型，以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (8)

1.一种移动式弧焊机器人，包括机器人本体、焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块和机器人控制系统，其特征在于：机器人本体包括直角坐标式行走机构、 关节式旋转机构和焊枪；关节式旋转机构置于直角坐标式行走机构上面；焊枪悬挂于关节式旋转机构上面；机器人本体、焊接电源模块、机器人辅助模块、焊缝跟踪模块分别与机器人控制系统连接；机器人控制系统包括三维图像处理模块、模型预处理模块、焊缝信息获得模块、焊接任务规划模块、焊接路径规划模块、焊接参数优化模块、动态图形仿真模块和生成加工文件模块。

2.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：直角坐标式行走机构为龙门式两自由度直角坐标式行走机构。

3.根据权利要求2所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：龙门式两自由度直角坐标式行走机构的工作范围是: 长为12000mm、宽为4000mm。

4.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：关节式旋转机构能够沿着垂直于直角坐标式行走机构前后移动。

5.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：关节式旋转机构为悬挂式五自由度机器人关节式旋转机构。

6.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：关节式旋转机构是能够确定焊枪的焊接路径、空间指向和焊枪的空间姿态的五自由度机器人关节式旋转机构。

7.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：焊接电源模块为DSP 全数字化脉冲焊接电源。

8.根据权利要求1所述的移动式弧焊机器人，其特征在于：机器人控制系统与焊接电源进行通信，用于控制焊接电流、电压、送丝速度和控制焊机的起弧、息弧、再引弧。