具体实施方式
体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化,其皆不脱离本实用新型的范围,且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本实用新型。
在一个实施例中,如图1所示,一种焊接机器人控制系统,包括激光视觉组件10、控制器20、伺服驱动器30和机器人工作站40。
激光视觉组件10,用以扫描待焊接的工件外形,得到工件外形数据。
激光视觉组件10可设置在机器人工作站40上,以方便对竖起固定的工件进行扫描,感知工件的外形,以便于根据工件的外形准确获知工件所对应的焊缝轨迹。
其中,激光视觉组件10可以是激光距离传感器,待焊接的工件可以是波纹板等需要进行焊接加工的对象。
控制器20与激光视觉组件10电连接,以处理工件外形数据得到相应的焊缝轨迹数据。
控制器20可采用Simition CU320(西门子多轴控制单元)实现,也可利用工控机或者ARM(Advanced RISC Machines)控制器实现,以用于进行输入输出信号处理和顺序逻辑控制。具体的,控制器20获取得到激光视觉组件10生成的工件外形数据之后,生成与之对应的焊缝轨迹数据,该焊缝轨迹数据是与三维空间相对应的,将指示了三维空间中的焊接轨迹。
伺服驱动器30,其分别与控制器20和机器人工作站40相连,以根据焊缝轨迹数据驱动机器人工作站40中的联动运动。
具体的,伺服驱动器30接收由控制器20处理得到的焊缝轨迹数据,按照焊缝轨迹数据获知机器人工作站40在三维空间中的运动,进而驱动机器人工作站40进行三维空间的联动运动。
请结合参阅图2,机器人工作站40中设置有联动运动机构410、摆动组件420和焊枪430。
联动运动机构410可设置在一固定面上,例如,机器人工作站40还可包括了一基座440,该基座440是固定不动的,联动运动机构410设置在基座440上,以相对基座440进行三维空间运动。
具体的,联动运动机构410所进行的三维空间运动包括了前后方向上的直线移动、左右方向上的直线移动以及高度方向上的直线移动,根据工件的焊接需要,联动运动机构410可分别进行如上所述的任一方向上的直线运动,也可同时进行如上所述的至少两个方向上的直线运动。
也就是说,将预先建立三维空间坐标系,该三维空间坐标系包括x坐标轴、y坐标轴和z坐标轴,相应的,联动运动机构410中设置了x向移动平台、y向移动平台和z向移动平台,以分别用以实现x方向、y方向和z方向上的移动。
摆动组件420与联动运动机构410相关联,以在联动运动机构410的带动下进行三维空间运动,并且可绕三维空间中的高度方向回转摆动。
具体的,摆动组件420用以实现焊枪430的安装以及回转摆动,并通过联动运动机构410进行三维空间运动。
摆动组件420在联动运动机构410的带动下进行x方向、y方向和z方向上的移动,并根据需要绕三维空间中的高度方向,即z坐标轴进行回转摆动。
焊枪430设置在摆动组件420上,并通过摆动组件420和联动运动机构410的配合实现其在三维空间中的运动以及回转摆动,进而极大地提高了灵活性,可就各种形状不同的工件进行焊接。
上述的机器人工作站40通过激光视觉组件10准确识别工件的外形以得到最佳的焊接轨迹,并在控制器20和伺服驱动器30的配合下按照这一焊接轨迹进行三维空间中的移动以及回转摆动,以完成工件的平稳焊接,极大的提高了焊接过程中的平稳性,不会造成焊缝不均匀、漏水、漏光和焊道接头突出的情形,有效地减少了人工劳动强度。
在如上所述的联动运动机构410、摆动组件420和焊枪430的配合下,不需要根据工件的形状进行预先设置和调整,只需要在焊接的过程中根据工件的形状进行移动和/或回转摆动即可,其可适用于各种工件加工场合。
在一个实施例中,上述激光视觉组件10设置在机器人工作站40上,通过机器人工作站40实现激光视觉组件10的移动。
具体的,激光视觉组件10在机器人工作站40的驱动下进行匀速移动,以完成工件的准确扫描。
在一个实施例中,如图3所示,上述激光视觉组件10包括第一激光头110、第二激光头130和支架150。
支架150可旋转地固在机器人工作站40上,第一激光头110和第二激光头130均设置在支架150的活动端,从而使得第一激光头110和第二激光头130随着支架150的旋转而发生转动,进而对工件进行准确扫描。该支架150为回转杆件,其可绕固定端回转。
相应的,机器人工作站40中设置有扫描驱动电机450,该扫描驱动电机450固设在联动运动机构410上,并与激光视觉组件10相连接,以控制激光视觉组件的匀速移动。
第一激光头110和第二激光头130之间的夹角为25度~75度,第二激光头130与待焊接的工件成90度,第一激光头110与工件的翼面成25度~75度。
在优选的实施例中,第一激光头110和第二激光头130之间的夹角为45度,第一激光头110和工件的翼面成45度。
在一个实施例中,如上所述的焊接机器人控制系统还包括了限位传感器50。该限位传感器50分别与控制器20、机器人工作站40相连,用以检测机器人工作站40中待焊接的工件是否就位,待工件就位后向控制器20发出就位信号。
限位传感器50设置在机器人工作站40中工件进行上料传送的最终位置,即工件的就位位置。限位传感器50将感知工件是否被传送到设置的就位位置,若为是,则产生就位信号,并发送至控制器20,以便于通知控制器20当前可进行工件的外形扫描。
控制器20接收到就位信号后触发控制激光视觉组件10执行工件外形的扫描。
因此,通过设置限位传感器50自动对工件的上料进行自动感知,从而自动开始进行工件的外形扫描,极大的提高了焊接的自动化程度,更进一步降低了焊接所耗费的人工成本。
如图3所示,在一个实施例中,上述控制器20包括工件外形识别单元210、参数保存单元220和焊接轨迹计算单元230。
工件外形识别单元210,用以对工件外形数据进行平滑处理,消除奇异点得到修正的工件外形数据。
本实施例中,工件外形识别单元210将接收到激光视觉组件10所传送的工件外形数据,并通过所进行的平滑处理消除由于扫描过程中工件光洁度造成的奇异点,以进一步保障扫描得到的工件外形数据的准确性。
具体的,工件外形识别单元210将获取待焊接的工件对应的工件图纸数据,根据机器人工作站40的三维坐标系中的水平移动速度和扫描时间间隔计算得到水平方向上的扫描间隔,根据水平方向上的扫描间隔对工件图纸数据进行离散化处理以得到基准数据,对比基准数据识别得到工件外形数据中的奇异点,修正该奇异点即可得到修正的工件外形数据。
也就是说,预先存储了每一工件所对应的工件图纸数据,并在对这一类工件进行焊接加工时调用所存储的工件图纸数据。
激光视觉组件10记录了其与工件之间的垂直距离y,并保存,根据预设的扫描时间间隔t和激光视觉组件10的水平移动速度v计算得到水平方向上的扫描间隔Δx,即Δx 。
其中,工件外形数据是三维数据,并存储为数组的形式,即{x0,x1…xn},{y0,y1…yn},{z0,z1…zn},其中yn为激光视觉组件10与工件之间的垂直距离,xn为水平方向上每一扫描间隔对应的位置,zn为每一工件的翼面高度。
对于离散化处理后的工件图纸数据{X10, X11…X1n},{Y10, Y11…Y1n},{Z10, Z11…Z1n},在理论上应当与工件外形数据相同,即{X10, X11…X1n}={x0,x1…xn},因此,需要设定一阈值k对工件外形数据进行修正。
进一步的,分别判断{X10, X11…X1n}-{x0,x1…xn}、{Y10, Y11…Y1n}-{y0,y1…yn}和{Z10, Z11…Z1n}-{z0,z1…zn}之间的差值是否大于k,若为是,则说明{xn,yn,zn}为奇异点,将用上一点,即{xn-1,yn-1,zn-1}即替代修正,如图4和图5所示。
参数保存单元220,用以保存焊接参数。
本实施例中,参数保存单元220将接收到输入的焊接参数,并保存。
焊接轨迹计算单元230,用以拟合修正的工件外形数据,并根据保存的焊接参数计算插补数值,形成焊缝轨迹数据。
本实施例中,焊接轨迹计算单元230对修正的工件外形数据进行分段处理,以得到多段工件外形数据,由参数保存单元220获取得到焊接参数,以根据焊接参数对每一段工件外形数据计算其所对应的插补数值,以形成焊缝轨迹数据。
以波纹板为例,若工件为波纹板,则根据波纹板中的波纹周期进行分段,以得到多段曲线和线段,即G8-G1线段、G1-G2曲线、G2-G3线段、G3-G4曲线、G4-G5线段、G5-G6曲线、G6-G7线段和G7-G8曲线。
然后焊接轨迹计算单元230由参数保存单元220获取得到焊接参数,即焊枪长度和焊接角度,以根据焊枪长度和焊接角度计算各段曲线和线段所对应的插补数值,以形成焊缝轨迹数据{x1、x2…xn , y1、y2…yn,z1、z2…zn,α1、α2…αn ,v1、v2…vn}。其中{x1、x2…xn }为各个点X轴位移绝对坐标,{y1、y2…yn}是Y轴位移绝对坐标,{z1、z2…zn}是Z轴位移绝对坐标,{α1、α2…αn}是回转摆动轴α轴位移绝对坐标,{v1、v2…vn}是4轴联动插补速度。
此外,上述控制器20还包括了与限位传感器50电连接的布尔单元240。该布尔单元240用以对限位传感器50执行布尔操作。
在另一个实施例中,上述焊接机器人控制系统还包括与控制器20相连的输入设备60,该输入设备60用以输入焊接参数,以将焊接参数传递至参数保存单元220中。
根据使用上的需要,该输入设备60可以是触摸屏,以通过触摸屏中的控制面板实现焊接参数的输入,但也可是其他设备,例如显示屏和键盘的组合等,在此不做限定。
在一个实施例中,上述工件可为波纹板,波纹板被大量应用于工业建筑、集装箱和道路运输车车厢等,其波纹折角越大则抗剪性能越好,但是波纹折角过大,例如波纹折角大于60度时,焊枪430与波纹板所成的角度不利于准确焊接,进而严重影响焊接质量,而在如上所述的机器人工作站中焊枪430可在联动运动机构410和摆动组件420的配合下进行三维空间运动和高度方向上的回转摆动,以对波纹板的焊缝进行跟踪焊接,实现大波纹折角的波纹板焊接。
请结合参阅图2,在一个实施例中,所述的机器人工作站40还包括了机械臂460,该机械臂460与联动运动机构410相连,摆动组件420则设置在机械臂460的端部。
具体的,机械臂460包括了机械臂主体461,该机械臂主体461与联动运动机构410相连,用以带动摆动组件420进行三维空间运动,从而为摆动组件420提供三维空间运动的功能。
其中,摆动组件420可设置在机械臂主体461的自由端。
进一步的,如上所述的机械臂460还包括了连接器463,该连接器463用以为焊枪430提供可调的安装位,以提高工件焊接的准确性。
连接器463设置在机械臂主体461的自由端,用以提供摆动组件420的安装位,并可对摆动组件420中焊枪430的安装角度进行调整,进而在对工件进行焊接前预先对焊枪430进行位置调整。
具体的,连接器463将包括壳体、齿轮轴(图未示)和锁定螺母(图未示),壳体用以封装齿轮轴,并与机械臂主体461的自由端相连接,齿轮轴可转动地设置在壳体中,以提供旋转传动。而摆动组件420与可转动的齿轮轴相连接,以通过齿轮轴的旋转传动实现摆动组件420的转动,进而得以调整摆动组件420中焊枪430的安装角度。
锁定螺母设置在齿轮轴上并与壳体相配合,通过锁定螺母旋出壳体,以松开锁定的齿轮轴,齿轮轴处于自由状态可随意旋转,因此,可通过齿轮轴的旋转对设置在齿轮轴端部的摆动组件420进行调整。
相应的,待摆动组件420所进行的调整完成之后,将锁定螺母旋入,并在壳体的配合下锁定,从而锁定齿轮轴,对当前摆动组件420中焊枪430的安装角度进行锁定。
在一个实施例中,摆动组件420包括轴减速机421和轴伺服电机423,并且轴减速机421和轴伺服电机423相连接。
具体的,轴减速机421可与机械臂主体461的自由端相连接,以随着机械臂主体461和联动运动机构420实现四轴联动,即三维空间运动以及其绕高度方向上的回转摆动。
进一步的,轴减速机421也可通过与连接器463相连而设置在机械臂460上,由于可通过连接器463对焊枪430的安装角度进行调整,因此,通过在机械臂主体461和轴减速机421之间设置连接器463将进一步对焊枪430进行位置优化,进一步提高了焊接的质量。
进一步的,如上所述的摆动组件420还包括焊枪夹爪425,该焊枪夹爪425设置在轴减速机421底部,用以夹持焊枪430。
也就是说,焊枪夹爪425将在轴减速机421的带动下绕三维空间的高度方向旋转,进而带动夹持的焊枪430绕三维空间的高度方向进行回转摆动。
请结合参阅图6,在一个实施例中,联动运动机构410包括了伺服电机和执行机构。伺服电机与执行机构相连,以带动执行机构进行三维空间运动。
具体的,由于三维空间的移动包括了三个方向上的直线移动,因此,伺服电机包括了三个直线伺服电机411,相应的,执行机构也包括了三个直线执行机构411,每一直线伺服电机411将与一直线执行机构413相连,并且直线伺服电机411和直线执行机构413的设置也与其所进行的三维空间运动相对应。
也就是说,三个直线伺服电机411将分别与一直线执行机构413构成一移动平台,即x向移动平台、y向移动平台和z向移动平台,以分别实现三维空间中的x向移动、y向移动和z向移动。
预先设置了机器人工作站中的焊接起始位置和三维工作坐标系,三维工作坐标系的原点即为焊接起始位置,三个直线伺服电机411分别与三维工作坐标系中的坐标轴相对应,直线执行机构413也将沿相应的坐标轴移动。
进一步的,直线执行机构413包括了滑轨4131、滑动设置在滑轨4131上的滑块4133以及固设在滑块4133顶部的平板4135,以实现顺畅滑动。
在优选的实施例中,由直线伺服电机411和直线执行机构413构成的移动平台中,x向移动平台、y向移动平台和z向移动平台将以基座440为起始依次层叠设置,以满足工件焊接过程中涉及的长度、宽度和高度需求。
通过如上所述的机器人工作站,将使得焊枪430得以灵活移动,对波纹板的焊接而言,将极大地提高了焊接的精度和一致性,避免了焊缝外观不均匀、漏水、漏光等情况的出现,降低了人工劳动强度,极大地改善了焊接环境。
在如上所述的机器人工作站的作用下,使得较大波纹折角的波纹板也能够得到最佳焊接,同时提高了较大波纹折角的波纹板的加工质量和加工速度。
如图7至图9所示,在一个实施例中,如上所述的机器人工作站还设置了定位夹紧工装70,该定位夹紧工装70与焊枪430相对应,用于定位竖起待焊接的工件,以在焊接过程中使得待焊接的工作可自动达到预设的焊接位置,不需要任何人工操作即可直接进行焊接。
具体的,定位夹紧工装70包括了上料组件(图未示)、夹紧机构720和竖起机构730。
上料组件中设置有工件的就位位置,夹紧机构720与就位位置相对设置,以便于夹紧达到就位位置的工件;竖起机构730则设置在夹紧机构720下方,以将被夹紧机构720夹紧的工件竖起到焊接位置,进而通过焊枪430进行焊接。
进一步的,定位夹紧工装70还包括高低调整组件740,其设置在夹紧机构720的下方,以对工件进行高低调整。
也就是说,在工件达到就位位置之后,高低调整组件740将对工件进行高低调整。
在一个实施例中,上料组件包括传送带(图未示)、定位卡爪713和定位传感器(图未示)。
传送带用于传送工件,定位卡爪713相对传送带进行设置,以用于停止传送带中工件的传送,也就是说,定位卡爪713所在位置即为工件传送的结束位置。
定位卡爪713中设置了定位传感器,该定位传感器用于检测工件是否就位,若为是,则发出相应的信号,以便于实现自动化控制。
通过如上所述的上料组件,将实现了焊接过程中的自动上料,极大地提高了焊接效率。
在一个实施例中,上述夹紧机构720包括固定设置的第一边框721、可滑动的第二边框723和驱动第二边框723滑动的驱动组件725。
定位夹紧工装70中设置了底架750,上料组件、夹紧机构720和竖起机构730均设置在底架750上。
夹紧机构720中的第一边框721将固设在底架750上,而第二边框723则滑动设置在底架750上,并通过与之连接的驱动组件725实现滑动,以待工件就位时驱使第二边框723滑动,进而夹紧工件。
进一步的,驱动组件725包括了滑动滚轮7251、丝杠螺母(图未示)和夹紧电机7253。
为实现第二边框723的滑动,将滑动滚轮7251设置在第二边框723底部,第二边框723通过丝杠螺母与夹紧电机相连,并在丝杠螺母和夹紧电机7253的作用下驱使第二边框723通过滑动滚轮7251滑动。
在一个实施例中,如上所述的高低调整组件740包括了高低调整推板741、顶杆743和推板电机745,以通过高低调整推板741、顶杆743和推板电机745的配合对就位的工件进行高低调整。
具体的,顶杆743与高低调整推板741的底部相连,推板电机745与顶杆743相连,在推板电机745的带动下顶杆743推动高低调整推板741,进而实现工件的高低调整。
在一个实施例中,如上所述的定位夹紧工装70还包括了位置传感器770,该位置传感器770设置在预设的焊接位置上,以检测工件是否已经置于焊接位置。
在一个实施例中,如上所述的机器人工作站还包括了与焊枪430相连的送丝机(图未示),该送丝机用以控制焊枪430起弧和熄弧,进而实现自动化焊接。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本实用新型,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离实用新型的精神或实质,所以应当理解,上述实施方式不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。