CN209773792U - 一种多功能自动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能自动焊接机器人，包括：传动装置和识别装置；其中，传动装置包括设置于焊接工作台顶部的三轴机器人，以及与三轴机器人的动力输入端连接的控制机构；识别装置包括CCD摄像机、灯组和图像处理机构，CCD摄像机和灯组设置于三轴机器人的顶部，CCD摄像机和灯组正对焊接工作台，图像处理机构与CCD摄像机电性连接，且图像处理机构与控制机构电性连接。本实用新型将三轴机器人、CCD摄像机和图像处理机构相结合，实现了焊缝信息图像的自动采集处理，以及三轴机器人的自动操控焊接，结构简单、自动化和智能化程度高、且焊接精度高。

Description

一种多功能自动焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，更具体的说是涉及一种多功能自动焊接机器人。

背景技术

由于焊接机器人可长时间的、稳定的、高质量的完成焊接工作，所以焊接机器人在车辆制造业、医疗器械、军工、管道制造等行业中使用频率极高。而在这些行业中，汽车制造是使用自动化焊接较早的行业，因为汽车制造的重复性特点，以及对焊接精度的要求较高。在中国，大部分自动焊接系统应用在汽车制造业和相关产业。自动焊接系统最早是应用在点焊上，因为点焊的工艺较为容易且运动控制较为简单。随着自动焊接技术的发展，焊接机器人在运动精度和快速完成焊接作业方面有了长足的进步，这得益于焊接机器人的高速发展、以及自动焊在汽车制造领域中起到的关键作用。

但是由于焊接工艺的特殊性，在焊接作业中，会产生尘埃并伴随有弧光、热辐射等，对人体伤害极大，有较高的危险。使用机器人进行焊接作业虽然在一定程度上避免了焊接作业对人体的伤害，然而很多操作仍然需要人工进行。此外，由于我国高铁的快速发展，在高铁的建设中需要大量的焊接产品，且对产品的精度要求较高，待焊工件的体积都比较大，完成焊接所花费的时间较长，人工难以完成焊接作业。而且一些体积较大的钢板，在焊接操作前必须预热处理，这就导致了钢板温度很高，人工难以完成焊接作业。由此可见，目前的焊接机器人依然存在着焊接难度大、自动化程度低和焊接精度不足等缺点。

因此，如何提供一种自动化程度和焊机精度高、操作简单的焊接机器人，是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种多功能自动焊接机器人，将三轴机器人与图像采集系统相结合，实现高精度、高自动化的自动焊接功能。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种多功能自动焊接机器人，包括：传动装置和识别装置；

其中，所述传动装置包括设置于焊接工作台顶部的三轴机器人，以及与所述三轴机器人的动力输入端连接的控制机构；

所述识别装置包括CCD摄像机、灯组和图像处理机构，所述CCD摄像机和所述灯组设置于所述三轴机器人的顶部，所述CCD摄像机和所述灯组朝向所述焊接工作台，所述图像处理机构与所述CCD摄像机电性连接，且所述图像处理机构与所述控制机构电性连接。

通过上述技术方案，本实用新型将三轴机器人、CCD摄像机和图像处理机构相结合，实现了焊缝信息图像的自动采集处理，以及三轴机器人的自动操控焊接，结构简单、自动化程度和智能化程度高、且焊接精度高。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，所述控制机构包括伺服驱动器、主电源、伺服电机、上位控制器、编码器和位置传感器；

其中，所述伺服驱动器包括电源输入连接器接口、伺服电机连接器接口、通用输入/输出连接器接口、编码器信号连接器接口和传感器接口；

所述电源输入连接器接口与所述主电源电性连接；所述伺服电机连接器接口与所述伺服电机电性连接，所述伺服电机的动力输出端与所述三轴机器人的动力输入端连接；所述通用输入/输出连接器接口与所述上位控制器电性连接，所述上位控制器与所述图像处理机构电性连接；所述编码器信号连接器接口与所述编码器电性连接；所述传感器接口与所述位置传感器电性连接。

上位控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器、位置传感器构成闭环运动控制系统，通过改变输入的进给脉冲的数量、频率和方向，经由伺服驱动器和伺服电机，实现三轴机器人的位移量、进给速度和进给方向的控制，位移精度高、重复定位精度能够达到0.05mm-0.01mm。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，还包括编程控制界面，所述编程控制界面分别与所述伺服驱动器、所述伺服电机、所述上位控制器和所述图像处理机构电性连接。能够将原始图像、焊缝识别轨迹、控制信息、运动信息和运动状态信息实时显示至控制界面，信息获取方便、操控便捷。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，所述三轴机器人包括轨道底座，X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，所述X轴组件、所述Y轴组件和所述Z轴组件相互滑动连接，所述X轴组件、所述Y轴组件和所述Z轴组件设置于所述轨道底座上。三轴机器人是运动学的模型简略，操控精度高、简单易操作。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，所述X轴组件、所述Y轴组件和所述Z轴组件均设置有防尘装置。有利于对三轴机器人的内部结构件的保护，保证运行精度。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，所述三轴机器人的最高移动速度为8m/s，最高加速度为5m/s。移动速度快、反应灵敏、灵活性强。

优选的，在上述一种多功能自动焊接机器人中，还包括设置于所述三轴机器人顶部的支撑架，所述CCD摄像机和所述灯组设置在所述支撑架上。连接结构更稳定，拍摄精度更高。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种多功能自动焊接机器人，具有以下有益效果：

1、本实用新型将三轴机器人、CCD摄像机和图像处理机构相结合，实现了焊缝信息图像的自动采集处理，以及三轴机器人的自动操控焊接，结构简单、自动化和智能化程度高。

2、三轴机器人将上位控制器、伺服驱动器、伺服电机、编码器、位置传感器等构成闭环运动控制系统，通过改变输入的进给脉冲的数量、频率和方向，经由伺服驱动器和伺服电机，实现三轴机器人的位移量、进给速度和进给方向的控制，位移精度高、重复定位误差小。

3、图像处理机构通过对CCD摄像机采集的焊缝图像进行滤波、阈值分割、像素标定、边缘检测等处理提取准确的焊缝信息，提高自动焊接控制系统的控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的整体结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的电路系统连接图。

其中：

1为三轴机器人，11为轨道底座，12为X轴组件，13为Y轴组件，14为Z轴组件，2为控制机构，21为伺服驱动器，211为电源接口，212为伺服电机接口，213为通用输入/输出连接器接口，214为编码器信号接口，215为传感器接口，22为主电源，23为伺服电机，24为上位控制器，25为编码器，26为位置传感器，3为CCD摄像机，4为灯组，5为图像处理机构，6为焊接工作台，7为支撑架。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

参见附图1和附图2，本实用新型实施例公开了一种多功能自动焊接机器人，包括：传动装置和识别装置；

其中，传动装置包括设置于焊接工作台6顶部的三轴机器人1，以及与三轴机器人1的动力输入端连接的控制机构2；

识别装置包括CCD摄像机3、灯组4和图像处理机构5，CCD摄像机3和灯组4设置于三轴机器人1的顶部，CCD摄像机3和灯组4朝向焊接工作台6，图像处理机构5与CCD摄像机3电性连接，且图像处理机构5与控制机构2电性连接。

参见附图2，控制机构2包括伺服驱动器21、主电源22、伺服电机23、上位控制器24、编码器25和位置传感器26；

其中，伺服驱动器21包括电源接口211、伺服电机接口212、通用输入/输出连接器接口213、编码器信号接口214和传感器接口215；

电源接口211与主电源22电性连接；伺服电机接口212与伺服电机23电性连接，伺服电机23的动力输出端与三轴机器人1的动力输入端连接；通用输入/输出连接器接口213与上位控制器24电性连接，上位控制器24与图像处理机构5电性连接；编码器信号接口214与编码器25电性连接；传感器接口215与位置传感器26电性连接。

需要说明的是，本实用新型的上位控制器采用西门子S7-200SMARTPLC，对于三轴机器人1的控制能够实现以下功能：

①有“开始”、“停止”和“复位”动能，并可进行手动或自动操作方式；

②复位完成后，在自动控制方式下，X轴组件12、Y轴组件13、Z轴组件14沿既定轨道运行；

③在手动操作方式下，可实现X轴组件12、Y轴组件13、Z轴组件14的上下、左右、前后的点动运动控制；

④X轴组件12、Y轴组件13、Z轴组件14走完两个工位后回到原点，焊接工作台6一周期运动结束。

在图像采集处理方面：

对整个识别装置进行坐标标定，主要包括CCD摄像机3标定和手眼标定，采用“张正友”标定法对CCD摄像机3进行标定，得到CCD摄像机3内、外参数，通过“手眼”标定得到“手眼”关系矩阵，从而获取图像中的像素点与实际空间中点的关系，消除CCD摄像机3畸变；对焊缝图像进行预处理，通过滤波处理消除原始图像中的噪声信号，通过阈值分割处理和边缘检测算法提取原图像中兴趣区域，然后采用形态学方法对焊缝图形进行孤点滤波，滤出个别小的孤立点和孤立区域，最后采用只提取局部信息方法，获得清晰的焊缝骨架，提取可靠的焊缝特征信息，并结合Matlab软件仿真分析。

设计开发了一套焊缝图像采集和处理的软件系统，设计了控制界面，采用Visual2012、Open CV、Halcon和MFC混合编制一套焊缝信息检测系统和焊缝图像处理软件，实现自动化、智能化焊接控制系统。

为了进一步优化上述技术方案，还包括编程控制界面，编程控制界面分别与伺服驱动器21、伺服电机23、上位控制器24和图像处理机构5电性连接。

为了进一步优化上述技术方案，三轴机器人1包括轨道底座11，X轴组件12、Y轴组件13和Z轴组件14，X轴组件12、Y轴组件13和Z轴组件14相互滑动连接，X轴组件12、Y轴组件13和Z轴组件14设置于轨道底座11上。

为了进一步优化上述技术方案，X轴组件12、Y轴组件13和Z轴组件14均设置有防尘装置。

为了进一步优化上述技术方案，三轴机器人1的最高移动速度为8m/s，最高加速度为5m/s。

为了进一步优化上述技术方案，还包括设置于三轴机器人1顶部的支撑架7，CCD摄像机3和灯组4设置在支撑架7上。

本实用新型的工作原理为：

CCD摄像机3对焊接工作台6的图像信息进行采集，灯组4起到提高亮度的作用。图像处理机构5对CCD摄像机3采集的焊缝图像进行滤波、阈值分割、像素标定、边缘检测等处理提取准确的焊缝信息，并将焊缝信息传输至上位控制器24，上位控制器24对焊缝信息分析处理后，伺服驱动器21通过伺服电机23驱动三轴机器人1运动，进行焊接。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，包括：传动装置和识别装置；

其中，所述传动装置包括设置于焊接工作台(6)顶部的三轴机器人(1)，以及与所述三轴机器人(1)的动力输入端连接的控制机构(2)；

所述识别装置包括CCD摄像机(3)、灯组(4)和图像处理机构(5)，所述CCD摄像机(3)和所述灯组(4)设置于所述三轴机器人(1)的顶部，所述CCD摄像机(3)和所述灯组(4)朝向所述焊接工作台(6)，所述图像处理机构(5)与所述CCD摄像机(3)电性连接，且所述图像处理机构(5)与所述控制机构(2)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，所述控制机构(2)包括伺服驱动器(21)、主电源(22)、伺服电机(23)、上位控制器(24)、编码器(25)和位置传感器(26)；

其中，所述伺服驱动器(21)包括电源接口(211)、伺服电机接口(212)、通用输入/输出连接器接口(213)、编码器信号接口(214)和传感器接口(215)；

所述电源接口(211)与所述主电源(22)电性连接；所述伺服电机接口(212)与所述伺服电机(23)电性连接，所述伺服电机(23)的动力输出端与所述三轴机器人(1)的动力输入端连接；所述通用输入/输出连接器接口(213)与所述上位控制器(24)电性连接，所述上位控制器(24)与所述图像处理机构(5)电性连接；所述编码器信号接口(214)与所述编码器(25)电性连接；所述传感器接口(215)与所述位置传感器(26)电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，还包括编程控制界面，所述编程控制界面分别与所述伺服驱动器(21)、所述伺服电机(23)、所述上位控制器(24)和所述图像处理机构(5)电性连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，所述三轴机器人(1)包括轨道底座(11)，X轴组件(12)、Y轴组件(13)和Z轴组件(14)，所述X轴组件(12)、所述Y轴组件(13)和所述Z轴组件(14)相互滑动连接，所述X轴组件(12)、所述Y轴组件(13)和所述Z轴组件(14)设置于所述轨道底座(11)上。

5.根据权利要求4所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，所述X轴组件(12)、所述Y轴组件(13)和所述Z轴组件(14)均设置有防尘装置。

6.根据权利要求4所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，所述三轴机器人(1)的最高移动速度为8m/s，最高加速度为5m/s。

7.根据权利要求1所述的一种多功能自动焊接机器人，其特征在于，还包括设置于所述三轴机器人(1)顶部的支撑架(7)，所述CCD摄像机(3)和所述灯组(4)设置在所述支撑架(7)上。