CN208992027U - 一种激光寻位装置及机器人焊接寻位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光寻位装置及机器人焊接寻位系统，属于机器人技术领域。其包括焊接机器人本体、激光寻位组件、连接组件、焊枪以及机器人控制系统；连接组件可转动地连接于焊接机器人本体，激光寻位组件、焊枪分别安装在连接组件上；机器人控制系统分别与焊接机器人本体、激光寻位组件通信连接，激光寻位组件用于对工件的位置信息进行检测，并将检测到的工件的位置信息传递给机器人控制系统，机器人控制系统根据接收到的工件的位置信息对焊接机器人本体发送动作指令。该机器人焊接寻位系统具有上述的激光寻位装置，工件识别效率高且能够避免由于触碰而导致工件损坏的情况。

Description

一种激光寻位装置及机器人焊接寻位系统

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其涉及一种激光寻位装置及机器人焊接寻位系统。

背景技术

在现代制造业生产中，焊接是最重要的工艺方法之一，它被广泛地用于机械制造、核工业、石油化工、航空航天、大型建筑等诸多领域。焊接生产数量以及焊接工艺，都在社会对于焊接制造品的需求的增加中与日俱增。在劳动力成本日益增加的状态下，对于具有更大产能、更高生产质量、更大柔性的智能焊接迎来了空前的需求。

信息技术的飞速发展，给焊接这个传统工艺带来了新的革命，目前焊接技术已融入了计算机、机器人、微电子、激光等众多前沿工业技术，它正朝着任务规划、过程控制、质量监测等作业过程的自动化、智能化方向发展。特别是近年来，机器人焊接技术在机械制造业领域得到广泛应用，大大促进了焊接的自动化水平，据不完全统计在实用的工业机器人中焊接机器人所占比例超过了50％，采用机器人焊接已经成为焊接自动化的主流发展方向，世界各工业发达国家如日本、德国、瑞士、美国都在这一领域展开技术博弈。尽管如此，焊接机器人的技术还有很多实质性的技术亟待突破。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种激光寻位装置，此激光寻位装置旨在解决现有技术中机器人焊接效率低的问题；

本实用新型的另一目的在于提供一种机器人焊接寻位系统，此机器人焊接寻位系统旨在解决现有技术中机器人焊接效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种激光寻位装置，所述激光寻位装置包括焊接机器人本体、激光寻位组件、连接组件、焊枪以及机器人控制系统；

所述连接组件可转动地连接于所述焊接机器人本体，所述激光寻位组件、所述焊枪分别安装在所述连接组件上；

所述机器人控制系统分别与所述焊接机器人本体、所述激光寻位组件通信连接，所述激光寻位组件用于对工件的位置信息进行检测，并将检测到的工件的位置信息传递给所述机器人控制系统，所述机器人控制系统根据接收到的工件的位置信息对所述焊接机器人本体发送动作指令。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述激光寻位组件包括激光寻位器、激光位移传感器、连接支架以及限位架，所述连接支架的一端连接在所述连接组件上，另一端与所述限位架连接，所述激光位移传感器安装在所述连接支架上，所述激光寻位器安装在所述激光位移传感器上，所述激光寻位器与所述激光位移传感器通信连接，所述激光位移传感器与机器人控制系统通信连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述连接支架包括第一连接板、中间板以及第二连接板，所述第一连接板、所述第二连接板分别安装在所述中间板的两端，所述第一连接板和所述第二连接板分别处于所述中间板的两侧，所述限位架连接于所述第二连接板，并与所述中间板平行，所述激光位移传感器处于所述中间板与所述限位架之间。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述限位架呈L型，包括连接支板和连接挡板，所述连接支板的一侧与所述中间板的一侧连接，所述连接支板的另一侧与所述连接挡板的一侧连接，所述连接挡板连接于所述第二连接板。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述连接组件包括连接套、连接夹以及连接头，所述连接套可转动地连接于所述焊接机器人本体，所述连接夹通过所述第一连接板与所述连接套连接，所述连接头安装在所述连接夹上，所述焊枪与所述连接头连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述连接套和所述连接夹分别处于所述第一连接板的相对两个侧面上。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述焊接机器人本体包括底座、转动座、第一关节电机、操作臂、第二关节电机以及机械夹持手臂；所述转动座可转动地安装在所述底座上，所述操作臂的两端分别与所述转动座、所述机械夹持手臂铰接；所述第一关节电机安装在所述转动座上，并与所述操作臂传动连接，所述第一关节电机能够驱动所述操作臂转动；所述第二关节电机安装在所述操作臂远离所述转动座的一端上，并与所述机械夹持手臂传动连接，所述第二关节电机能够驱动所述机械夹持手臂转动。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述操作臂与所述转动座之间呈角度设置。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述机械夹持手臂与所述操作臂之间呈角度设置。

一种机器人焊接寻位系统，所述机器人焊接寻位系统包括以上所述的激光寻位装置。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过上述设计提供一种激光寻位装置，该激光寻位装置具有焊接机器人本体、激光寻位组件、连接组件、焊枪以及机器人控制系统；其首先通过激光位移传感器、焊接机器人本体、焊枪对基准工件进行位置测量，然后对其他工件进行测量，每个测量均包括多条有关工件位置的信息；经过算法计算当前工件与基准工件相对位置信息后，机器人控制系统根据当前工件位置对机器人的轨迹进行调整，从而完成焊缝寻位。本实用新型操作简单，同时，采用本系统之后，对夹具和工件精度的要求均不高，从而提高了机器人焊接系统的适应性，并降低了夹具的设计成本，测量精度高，减少了处理不良焊接的时间，并且不需要与工件接触，可靠性和安全性增强。该发明通过对机器人控制系统进行改进，使其可以对激光传感器发送过来的简单位置信号进行滤波、特征识别以及尺度标定，并将其和机器人在检测点的位、姿数据结合，计算出新的运行基坐标，从而实现利用传感器采集数据对比已有轨迹对当前轨迹进行修正。

本实用新型通过上述设计提供一种机器人焊接寻位系统，该机器人焊接寻位系统由于具有以上的激光寻位装置，因此，其具有提高寻位效率的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的激光寻位装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的激光寻位装置的第一角度结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的焊接机器人本体结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的激光寻位组件结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的连接支架结构示意图。

图标：1-激光寻位装置；2-焊接机器人本体；3-激光寻位组件； 4-连接组件；5-焊枪；6-激光寻位器；7-激光位移传感器；8-连接支架；9-限位架；10-第一连接板；11-中间板；12-第二连接板；13-连接支板；14-连接挡板；15-连接套；16-连接夹；17-连接头；18-底座；19-转动座；20-第一关节电机；21-操作臂；22-第二关节电机；23-机械夹持手臂。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例：

本实施例提供一种机器人焊接寻位系统，其包括激光寻位装置 1，其具体结构如下文所阐述。

请参照图1，配合参照图2至图4，激光寻位装置1包括焊接机器人本体2、激光寻位组件3、连接组件4、焊枪5以及机器人控制系统；连接组件4可转动地连接于焊接机器人本体2，激光寻位组件 3、焊枪5分别安装在连接组件4上；机器人控制系统分别与焊接机器人本体2、激光寻位组件3通信连接，激光寻位组件3用于对工件的位置信息进行检测，并将检测到的工件的位置信息传递给机器人控制系统，机器人控制系统根据接收到的工件的位置信息对焊接机器人本体2发送动作指令。

请参照图4，配合参照图1，激光寻位组件3包括激光寻位器6、激光位移传感器7、连接支架8以及限位架9，连接支架8的一端连接在连接组件4上，另一端与限位架9连接，激光位移传感器7安装在连接支架8上，激光寻位器6安装在激光位移传感器7上，激光寻位器6与激光位移传感器7通信连接，激光位移传感器7与机器人控制系统通信连接。

需要说明的是，在本实施例中，激光位移传感器7主要用于扫描被测物体，根据发射的激光计算出光点到激光位移传感器7之间的距离，然后将采样信号处理后传给机器人控制系统，机器人控制系统对采集的信号进行分析，并控制焊接机器人本体2的移动，最终控制焊枪5的移动。

机器人控制系统中具有相应的信号处理模块，对激光传感器发送过来的简单位置信号，进行滤波、特征识别和尺度标定，并将其和机器人在检测点的位、姿数据结合，计算出新的运行基坐标。在机器人控制系统中开发人机交互界面，通过指令、菜单、按钮等方式操作该系统，人机交互界面应包含：传感器使能(不使能)、激光开(关)、传感器初始化、传感器清零、开始寻位、终止寻位、初始点寻位等功能。

请参照图5，配合参照图1，连接支架8包括第一连接板10、中间板11以及第二连接板12，第一连接板10、第二连接板12分别安装在中间板11的两端，第一连接板10和第二连接板12分别处于中间板11的两侧，限位架9连接于第二连接板12，并与中间板11平行，激光位移传感器7处于中间板11与限位架9之间。

请参照图1，限位架9呈L型，包括连接支板13和连接挡板14，连接支板13的一侧与中间板11的一侧连接，连接支板13的另一侧与连接挡板14的一侧连接，连接挡板14连接于第二连接板12。

至此，将激光寻位器6设置在中间板11和限位架9之间，使得激光寻位器6被局限在有限的范围发射激光，进而能够更加精准地对被测物体进行扫描，进而提高检测的精确度。

请参照图1，连接组件4包括连接套15、连接夹16以及连接头 17，连接套15可转动地连接于焊接机器人本体2，连接夹16通过第一连接板10与连接套15连接，连接头17安装在连接夹16上，焊枪 5与连接头17连接。

通过该连接套15可转动地连接于焊接机器人本体2上，能够使得当需要调整焊枪5的位置时，其能够较为灵活地进行位置的移动，进而能够较为精准地对被测物体的缝隙之处进行焊接。

需要说明的是，在本实施例中，连接套15和连接夹16分别处于第一连接板10的相对两个侧面上。

请参照图1，配合参照图2，在本实施例中，焊接机器人本体2 包括底座18、转动座19、第一关节电机20、操作臂21、第二关节电机22以及机械夹持手臂23；转动座19可转动地安装在底座18上，操作臂21的两端分别与转动座19、机械夹持手臂23铰接；第一关节电机20安装在转动座19上，并与操作臂21传动连接，第一关节电机20能够驱动操作臂21转动；第二关节电机22安装在操作臂21 远离转动座19的一端上，并与机械夹持手臂23传动连接，第二关节电机22能够驱动机械夹持手臂23转动。

需要说明的是，在本实施例中，操作臂21与转动座19之间呈角度设置。

需要说明的是，在本实施例中，机械夹持手臂23与操作臂21 之间呈角度设置。

该激光寻位装置1的工作原理如下文所阐述：

将焊枪5放在待焊接工件的上方，激光传感器对当前待焊接工件进行扫描，然后将扫描后的采样信号处理后传送给焊接机器人控制系统。焊接机器人控制系统根据得到的信号经过计算得到当前待焊接工件的坐标，然后机器人通过比对基准工件位置信息，修正当前待焊接工件的焊缝轨迹，驱动焊接机器人本体2带动焊枪5，随修正后的焊缝轨迹实施焊接。激光位移传感器7通过测距功能，可以反映焊缝在上下(Z轴)方向发生的变化，并将该信息传递给修改过的焊接机器人控制系统，对激光传感器发送过来的简单位置信号，进行滤波、坐标系转换等一系列工作，进而驱动焊枪5移动。

综上所述，该激光寻位装置1具有焊接机器人本体2、激光寻位组件3、连接组件4、焊枪5以及机器人控制系统；其首先通过激光位移传感器7、焊接机器人本体2、焊枪5对基准工件进行位置测量，然后对其他工件进行测量，每个测量均包括多条有关工件位置的信息；经过算法计算当前工件与基准工件相对位置信息后，机器人控制系统根据当前工件位置对机器人的轨迹进行调整，从而完成焊缝寻位。本实用新型操作简单，同时，采用本系统之后，对夹具和工件精度的要求均不高，从而提高了机器人焊接系统的适应性，并降低了夹具的设计成本，测量精度高，减少了处理不良焊接的时间，并且不需要与工件接触，可靠性和安全性增强。该发明通过对机器人控制系统进行改进，使其可以对激光传感器发送过来的简单位置信号进行滤波、特征识别以及尺度标定，并将其和机器人在检测点的位、姿数据结合，计算出新的运行基坐标，从而实现利用传感器采集数据对比已有轨迹对当前轨迹进行修正。该机器人焊接寻位系统由于具有以上的激光寻位装置1，因此，其具有提高寻位效率的特点。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光寻位装置，其特征在于：所述激光寻位装置包括焊接机器人本体、激光寻位组件、连接组件、焊枪以及机器人控制系统；

所述连接组件可转动地连接于所述焊接机器人本体，所述激光寻位组件、所述焊枪分别安装在所述连接组件上；

所述机器人控制系统分别与所述焊接机器人本体、所述激光寻位组件通信连接，所述激光寻位组件用于对工件的位置信息进行检测，并将检测到的工件的位置信息传递给所述机器人控制系统，所述机器人控制系统根据接收到的工件的位置信息对所述焊接机器人本体发送动作指令。

2.根据权利要求1所述的激光寻位装置，其特征在于：所述激光寻位组件包括激光寻位器、激光位移传感器、连接支架以及限位架，所述连接支架的一端连接在所述连接组件上，另一端与所述限位架连接，所述激光位移传感器安装在所述连接支架上，所述激光寻位器安装在所述激光位移传感器上，所述激光寻位器与所述激光位移传感器通信连接，所述激光位移传感器与机器人控制系统通信连接。

3.根据权利要求2所述的激光寻位装置，其特征在于：所述连接支架包括第一连接板、中间板以及第二连接板，所述第一连接板、所述第二连接板分别安装在所述中间板的两端，所述第一连接板和所述第二连接板分别处于所述中间板的两侧，所述限位架连接于所述第二连接板，并与所述中间板平行，所述激光位移传感器处于所述中间板与所述限位架之间。

4.根据权利要求3所述的激光寻位装置，其特征在于：所述限位架呈L型，包括连接支板和连接挡板，所述连接支板的一侧与所述中间板的一侧连接，所述连接支板的另一侧与所述连接挡板的一侧连接，所述连接挡板连接于所述第二连接板。

5.根据权利要求4所述的激光寻位装置，其特征在于：所述连接组件包括连接套、连接夹以及连接头，所述连接套可转动地连接于所述焊接机器人本体，所述连接夹通过所述第一连接板与所述连接套连接，所述连接头安装在所述连接夹上，所述焊枪与所述连接头连接。

6.根据权利要求5所述的激光寻位装置，其特征在于：所述连接套和所述连接夹分别处于所述第一连接板的相对两个侧面上。

7.根据权利要求1所述的激光寻位装置，其特征在于：所述焊接机器人本体包括底座、转动座、第一关节电机、操作臂、第二关节电机以及机械夹持手臂；所述转动座可转动地安装在所述底座上，所述操作臂的两端分别与所述转动座、所述机械夹持手臂铰接；所述第一关节电机安装在所述转动座上，并与所述操作臂传动连接，所述第一关节电机能够驱动所述操作臂转动；所述第二关节电机安装在所述操作臂远离所述转动座的一端上，并与所述机械夹持手臂传动连接，所述第二关节电机能够驱动所述机械夹持手臂转动。

8.根据权利要求7所述的激光寻位装置，其特征在于：所述操作臂与所述转动座之间呈角度设置。

9.根据权利要求7所述的激光寻位装置，其特征在于：所述机械夹持手臂与所述操作臂之间呈角度设置。

10.一种机器人焊接寻位系统，其特征在于：所述机器人焊接寻位系统包括权利要求1至9任一项所述的激光寻位装置。