CN215240868U - 用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人加工应用技术领域，具体公开了一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其中，包括：变位机，用于根据控制装置的控制信号调整待加工零件的姿态；桁架机器人，用于根据控制装置的控制信号调整作业工具的工作区域；作业机械臂，与桁架机器人的末端连接，用于在桁架机器人的控制下进行作业工具的姿态调整和位置运动；作业工具，设置在作业机械臂的末端，用于对待加工零件进行作业操作；控制装置，用于根据待加工零件的加工任务发出对待加工零件进行加工的控制信号。本实用新型提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统解决了机器人工作空间受限的问题。

Description

用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统

技术领域

本实用新型涉及机器人加工应用技术领域，尤其涉及一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统。

背景技术

面向圆柱、圆锥或球形等大型壳体类零件的内外表面加工作业，包括喷涂、焊接、打磨等操作作业，目前现阶段大部分作业都是靠人工来完成的，一方面，工作环境非常差，工作劳动强度大，对人的身心健康会造成一定伤害，导致人工成本较高、招工困难等问题，另一方面，人工手工操作的产品质量无法得到可靠有效保障，很多人为因素是无法避免的。

目前，工业机器人可以进行一些小型壳体零件的加工作业，但是面对大型壳体的内外表面加工作业受限于其工作空间，有些作业区域机器人操作根本无法达到。桁架机器人末端搭载作业机械臂（或工业机器人）可以扩展极大的扩展作业工具的工作空间，但是受限于大型壳体零件内表面操作的空间狭小的问题或作业工具操作与壳体之间会产生干涉问题。

发明内容

本实用新型提供了一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，解决相关技术中存在的大型壳体零件加工时空间受限的问题。

作为本实用新型的一个方面，提供一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其中，包括：

变位机，用于根据控制装置的控制信号调整待加工零件的姿态；

桁架机器人，用于根据控制装置的控制信号调整作业工具的工作区域，所述变位机位于所述桁架机器人的末端的工作空间范围内；

作业机械臂，与所述桁架机器人的末端连接，用于在所述桁架机器人的控制下进行作业工具的姿态调整和位置运动；

作业工具，设置在所述作业机械臂的末端，用于对所述待加工零件进行作业操作；

控制装置，用于根据待加工零件的加工任务发出对待加工零件进行加工的控制信号，并能够分别根据所述变位机、桁架机器人、作业机械臂以及作业工具的工作状态进行相应的控制。

进一步地，所述变位机具有3个自由度，能够实现对所述待加工零件的旋转和偏转。

进一步地，所述桁架机器人包括桁架和设置在桁架上的X方向行走轴、Y方向行走轴以及Z方向行走轴，所述X方向行走轴、Y方向行走轴以及Z方向行走轴的运动为独立解耦。

进一步地，所述作业机械臂倒装在所述桁架机器人的末端，且具有至少4个自由度。

进一步地，所述作业工具通过工装夹具安装在所述作业机械臂的末端。

进一步地，所述作业工具包括焊接工具、喷涂工具和打磨工具。

进一步地，所述控制装置包括：变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器、作业工具控制器和中央控制器，所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器均与所述中央控制器通信连接，所述变位机控制器与所述变位机连接，所述桁架机器人控制器与所述桁架机器人连接，所述作业机械臂控制器与所述作业机械臂连接，所述作业工具控制器与所述作业工具连接；

所述变位机控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述变位机的控制，并能够将所述变位机的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述桁架机器人控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述桁架机器人的控制，并能够将所述桁架机器人的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述作业机械臂控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述作业机械臂的控制，并能够将所述作业机械臂的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述作业工具控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述作业工具的控制，并能够将所述作业工具的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述中央控制器能够实现对所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器的控制，并能够根据所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器的反馈信号进行相应控制。

本实用新型提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，在桁架机器人末端设置工作机械臂，并在桁架机器人的工作空间范围内设置变位机，可以实现对待加工零件的加工，尤其是对大型壳体零件内外表面的加工，从而可以减轻工人的劳动强度，改善工人的作业环境，还可以在独立封闭的远端来控制机器人进行自动化作业操作，并且能够改善和提高产品的质量，并提高作业的效率。因此，本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统解决了机器人工作空间受限的问题，还可以用于大尺寸复杂壳体零件的测量。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统的结构示意图。

图2为本实用新型提供的控制装置的结构框图。

图3为本实用新型提供的用于零件内外表面作业的机器人控制的具体实施过程流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，图1是根据本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统的结构示意图，如图1所示，包括：

变位机1，用于根据控制装置的控制信号调整待加工零件的姿态；

桁架机器人2，用于根据控制装置的控制信号调整作业工具的工作区域，所述变位机1位于所述桁架机器人2的末端的工作空间范围内；

作业机械臂6，与所述桁架机器人2的末端连接，用于在所述桁架机器人2的控制下进行作业工具7的姿态调整和位置运动；

作业工具7，设置在所述作业机械臂6的末端，用于对所述待加工零件进行作业操作；

控制装置，用于根据待加工零件的加工任务发出对待加工零件进行加工的控制信号，并能够分别根据所述变位机1、桁架机器人2、作业机械臂6以及作业工具7的工作状态进行相应的控制

本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，在桁架机器人末端设置工作机械臂，并在桁架机器人的工作空间范围内设置变位机，可以实现对待加工零件的加工，尤其是对大型壳体零件内外表面的加工，从而可以减轻工人的劳动强度，改善工人的作业环境，还可以在独立封闭的远端来控制机器人进行自动化作业操作，并且能够改善和提高产品的质量，并提高作业的效率。因此，本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统解决了机器人工作空间受限的问题，还可以用于大尺寸复杂壳体零件的测量。

需要说明的是，本实用新型实施例主要是针对圆柱、圆锥或球形等大型壳体类零件的内外表面加工作业，本实用新型实施例所述大型壳体零件具体可以为大型风电机组轮毂

具体地，所述变位机1具有3个自由度，能够实现对所述待加工零件的旋转和偏转。

需要说明的是，所述变位机1通过夹具实现对大型壳体零件的装夹和定位。变位机1具有3个自由度，可实现零件的旋转和偏转，从而可按照任务需要实现零件三个方向的姿态调整。变位机1放置在桁架机器人2的末端可达的工作空间内，变位机可根据任务需要以及桁架机器人2的工作空间合理配置数量。

具体地，所述桁架机器人2包括桁架和设置在桁架上的X方向行走轴3、Y方向行走轴4以及Z方向行走轴5，所述X方向行走轴3、Y方向行走轴4以及Z方向行走轴5的运动为独立解耦。

应当理解的是，通过本实用新型实施例提供的桁架机器人2可实现作业机械臂末端工具大范围行程位置运动调整，从而满足作业机械臂末端工具对大型壳体零件内外表面及各个方向作业操作的需求

具体地，所述作业机械臂6倒装在所述桁架机器人2的末端，且具有至少4个自由度。

具体地，所述作业工具7通过工装夹具安装在所述作业机械臂6的末端。

在本实用新型实施例中，所述作业工具7包括焊接工具、喷涂工具和打磨工具。

因此，本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，可以实现大尺寸壳体零件内外表面的作业任务，包括焊接、喷漆和打磨等。

需要说明的是，桁架机器人2和作业机械臂6组合构成一个复合机械臂系统，同时具有桁架直角坐标机器人工作空间大及串联机械臂工作灵活性高的优点，可以满足大型复杂曲面作业任务的要求。复合机械臂系统的运动控制方式采用独立的运动控制，桁架机器人2主要实现将末端作业工具送到某一作业区域范围，作业机械臂6配合作业工具7在到达的作业区域进行作业操作。当完成作业操作时，桁架机器人2将末端作业工具送达下一个作业区域，继而作业机械臂6配合作业工具7在新的作业区域进行作业操作。

如图2所示，所述控制装置包括：变位机控制器10、桁架机器人控制器20、作业机械臂控制器60、作业工具控制器70和中央控制器90，所述变位机控制器10、桁架机器人控制器20、作业机械臂控制器60和作业工具控制器70均与所述中央控制器90通信连接，所述变位机控制器10与所述变位机1连接，所述桁架机器人控制器20与所述桁架机器人2连接，所述作业机械臂控制器60与所述作业机械臂6连接，所述作业工具控制器70与所述作业工具7连接；

所述变位机控制器10能够在所述中央控制器90的控制下实现对所述变位机1的控制，并能够将所述变位机1的工作状态反馈至所述中央控制器90；

所述桁架机器人控制器20能够在所述中央控制器90的控制下实现对所述桁架机器人2的控制，并能够将所述桁架机器人2的工作状态反馈至所述中央控制器90；

作业机械臂控制器60能够在所述中央控制器90的控制下实现对所述作业机械臂6的控制，并能够将所述作业机械臂6的工作状态反馈至所述中央控制器90；

作业工具控制器70能够在所述中央控制器90的控制下实现对所述作业工具7的控制，并能够将所述作业工具7的工作状态反馈至所述中央控制器90；

所述中央控制器90能够实现对所述变位机控制器10、桁架机器人控制器20、作业机械臂控制器60和作业工具控制器70的控制，并能够根据所述变位机控制器10、桁架机器人控制器20、作业机械臂控制器60和作业工具控制器70的反馈信号进行相应控制。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述变位机控制器10具体可以为PLC控制器，所述桁架机器人控制器20具体可以为PLC控制器或者专用机器人控制器，所述作业机械臂控制器60具体可以为专用机器人控制器，所述作业工具控制器70具体可以为PLC控制器，所述中央控制器90具体可以为工业控制计算机。

需要说明的是，所述控制装置包括变位机控制器10、桁架机器人控制器20、作业机械臂控制器60、作业工具控制器70、中央控制器90以及以太网或总线通讯软件等。各个子控制器与中央控制器之间采用以太网或总线通讯来实现信息的传输。中央控制器90负责接收各个子控制器发送的状态信息，并向各个子控制器发送相关指令信息，控制各个子控制器的运动实现。

下面结合图1至图3对本实用新型实施例提供的用于零件内外表面作业的机器人控制的具体实施过程进行详细描述。

首先，通过零件三维数字模型或现场测量系统扫描的零件模型将大型壳体零件8划分为多个工作区域；

确定变位机、桁架机器人、作业机械臂和作业工具的初始状态，包括变位机1、桁架机器人2、作业机械臂6初始状态的位置和姿态。

根据作业任务要求，确定作业机械臂6和作业工具7操作需要零件的姿态，中央控制器90记录下各个工作区域的变位机1上零件的姿态；

根据作业任务要求，确定在各个工作区域需要桁架机器人2的运动状态，中央控制器90记录下各个工作区域的桁架机器人末端的位置（X方向行走轴，Y方向行走轴和Z方向行走轴的运动距离）；

根据作业任务要求，在桁架机器人2到达各工作区域相应位置后，规划好在各个工作区域作业机械臂6的运动轨迹，中央控制器90记录下各个工作区域的作业机械臂6的规划好的运动轨迹；

根据作业任务要求，确定作业机械臂6在各个区域运动时，末端作业工具7的状态信息，中央控制器90记录下在各个工作区域作业工具在不同位置的状态。

当变位机、桁架机器人、作业机械臂和作业工具在初始状态时，首先中央控制器90给变位机1发送指令，变位机1调整待加工零件到达当前工作区域所需的姿态，任务完成后将其状态信息发送给中央控制计算机90；

然后中央控制器90给桁架机器人2发送控制指令，桁架机器人2携带作业机械臂6和作业工具7到达指定位置，完成任务后将其状态信息发送给中央控制器90；

最后中央控制器90给作业机械臂6和作业工具7同时发送控制指令，开始进行作业任务，作业任务完成后作业机械臂6和作业工具7的状态信息发送给中央控制器90；

接收到信息后，中央控制器90控制各个子控制器进行下一个工作区域的作业任务，重复上述过程，直到整个大型壳体零件的作业任务完成。

最后工作区域的作业任务完成后，中央控制器90分别给变位机控制器10、桁架机器人控制器20和作业机械臂控制器60发送控制指令，让它们控制变位机、桁架机器人和作业机械臂回到初始状态，等待下一个零件的作业任务。

综上，本实用新型实施例提供的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统解决了机器人工作空间受限的问题，提高了作业效率。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，包括：

变位机，用于根据控制装置的控制信号调整待加工零件的姿态；

桁架机器人，用于根据控制装置的控制信号调整作业工具的工作区域，所述变位机位于所述桁架机器人的末端的工作空间范围内；

作业机械臂，与所述桁架机器人的末端连接，用于在所述桁架机器人的控制下进行作业工具的姿态调整和位置运动；

作业工具，设置在所述作业机械臂的末端，用于对所述待加工零件进行作业操作；

控制装置，用于根据待加工零件的加工任务发出对待加工零件进行加工的控制信号，并能够分别根据所述变位机、桁架机器人、作业机械臂以及作业工具的工作状态进行相应的控制。

2.根据权利要求1所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述变位机具有3个自由度，能够实现对所述待加工零件的旋转和偏转。

3.根据权利要求1所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述桁架机器人包括桁架和设置在桁架上的X方向行走轴、Y方向行走轴以及Z方向行走轴，所述X方向行走轴、Y方向行走轴以及Z方向行走轴的运动为独立解耦。

4.根据权利要求1所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述作业机械臂倒装在所述桁架机器人的末端，且具有至少4个自由度。

5.根据权利要求1所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述作业工具通过工装夹具安装在所述作业机械臂的末端。

6.根据权利要求1所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述作业工具包括焊接工具、喷涂工具和打磨工具。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的用于大型壳体零件内外表面作业的机器人系统，其特征在于，所述控制装置包括：变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器、作业工具控制器和中央控制器，所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器均与所述中央控制器通信连接，所述变位机控制器与所述变位机连接，所述桁架机器人控制器与所述桁架机器人连接，所述作业机械臂控制器与所述作业机械臂连接，所述作业工具控制器与所述作业工具连接；

所述变位机控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述变位机的控制，并能够将所述变位机的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述桁架机器人控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述桁架机器人的控制，并能够将所述桁架机器人的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述作业机械臂控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述作业机械臂的控制，并能够将所述作业机械臂的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述作业工具控制器能够在所述中央控制器的控制下实现对所述作业工具的控制，并能够将所述作业工具的工作状态反馈至所述中央控制器；

所述中央控制器能够实现对所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器的控制，并能够根据所述变位机控制器、桁架机器人控制器、作业机械臂控制器和作业工具控制器的反馈信号进行相应控制。

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