專利名稱：大型工件焊接智能機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，是有視覺控制功能的焊接機(jī)器人裝置，具體 地說是一種通過視覺傳感采集、處理焊接過程信息，集成焊接電源、焊槍、送 絲機(jī)構(gòu)等輔助焊接裝置，能夠完成大型工件復(fù)雜焊縫自動(dòng)跟蹤焊接的焊接機(jī)器 人裝置。
背景技術(shù)：
焊接機(jī)器人是一種能夠完成焊接操作的自動(dòng)化裝置。焊接機(jī)器人由多個(gè)關(guān) 節(jié)組成操作手臂或其他形式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)末端夾持焊槍等焊接輔助裝置，在 焊接操作空間內(nèi)完成工件焊接所要求的焊縫軌跡運(yùn)動(dòng)。目前，焊接機(jī)器人一般 采用通用六關(guān)節(jié)式機(jī)械手臂，或針對特定焊縫軌跡的專用焊接操作機(jī)等形式。 前者定位精度高，操作空間相對有限，適用于短距離復(fù)雜焊縫的焊接(席文明，鄭
梅生，顏景平.視覺引導(dǎo)下的機(jī)器人跟蹤復(fù)雜焊縫的研究.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，Vo1.3， No.2,pp.79-83,2000);后者操作空間較大，定位精度相對不高，適用于簡單形狀 焊縫的焊接操作(曲文忠，沈巖，李緒金.小口徑管道全自動(dòng)焊生產(chǎn)線的研制.油 氣田地面工程，2001, 20(5): 66)。對于大型工件復(fù)雜焊縫的焊接，上述裝置存在 不足。大型工件焊接對操作設(shè)備的要求較高，需要大范圍、高精度地對工件進(jìn)行操作焊接(例如采用多機(jī)器人系統(tǒng)對焊接工件進(jìn)行協(xié)調(diào)操作，以完成焊接運(yùn)動(dòng) 要求，詳見"王躍，譚民，景奉水等.多機(jī)器人協(xié)調(diào)操作大型物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
及應(yīng)用.機(jī)器人,2002， 24(5): 451-455")，這樣機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、控制往往比較復(fù) 雜，且成本高昂，不利于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。隨著焊接結(jié)構(gòu)制造業(yè)向著規(guī)?；?、大 型化、參數(shù)化和精密化方向發(fā)展過程中，迫切需要適應(yīng)大型工件焊接的大運(yùn)動(dòng) 范圍、高精度的實(shí)用自動(dòng)化焊接操作設(shè)備。在焊接機(jī)器人控制技術(shù)方面，目前 一般采用人工示教或離線編程方式為主對機(jī)器人的焊接操作進(jìn)行規(guī)劃(王克鴻, 劉永.孤焊機(jī)器人典型工件幾何建模研究.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2002, (4): 15-18; 王曉鵬.正交相貫線坡口數(shù)控加工G代碼的自動(dòng)生成.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2006, (4): 161-162)，焊接過程中只是簡單的重復(fù)預(yù)先設(shè)定的動(dòng)作，機(jī)器人缺少靈活性 和適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的焊接機(jī)器人裝置的不足，提供一種具有視覺 功能的大型工件焊接智能機(jī)器人裝置。該機(jī)器人裝置能夠通過視覺方法感知焊 接過程工件位置信息和焊縫成形信息，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)焊槍在笛卡爾空間的 大范圍、高精度位置調(diào)節(jié)和焊槍的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)調(diào)整，能夠?qū)Υ笮凸ぜ缚p進(jìn)行大 范圍高精度跟蹤焊接，并通過視覺技術(shù)，對焊接過程中的工件焊縫和焊接環(huán)境 進(jìn)行監(jiān)控，以完成焊接操作所要求的焊槍運(yùn)動(dòng)軌跡，提高機(jī)器人焊接質(zhì)量和效 率；
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
一種大型工件焊接智能機(jī)器人裝置，其包括機(jī)架、機(jī)頭、焊接輔助裝置以及控制計(jì)算機(jī)；
其中，機(jī)架，包括導(dǎo)軌、立柱、橫梁，導(dǎo)軌水平設(shè)置，導(dǎo)軌、立柱、橫梁相 互之間采用導(dǎo)軌一十字架結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)軸方向分別滿足直角坐標(biāo)系X、 Y、 Z軸 方向機(jī)架在水平導(dǎo)軌上沿X軸方向平移，第一滑塊在立柱上沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)，
第二滑塊在橫梁上沿Y軸方向平移；
機(jī)架構(gòu)成宏動(dòng)機(jī)構(gòu)，其三個(gè)宏動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)方向在X、 Y、 Z三個(gè)軸 方向上相互正交；
第二滑塊下方設(shè)有微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)，微動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾軸絲杠傳動(dòng)，其三個(gè)微動(dòng)平 移運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)方向在X、 Y、 Z三個(gè)方向上相互正交，并且微動(dòng)軸與宏動(dòng)軸的運(yùn) 動(dòng)方向相同，以實(shí)現(xiàn)各軸宏微聯(lián)動(dòng)控制；第二滑塊上方設(shè)有焊接輔助裝置的送 絲機(jī)；
微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)下方設(shè)有三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，依序裝有旋轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)、俯仰三個(gè) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，其三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)中心軸線方向在X、 Y、 Z三個(gè)方向上相
互正交；
三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)末端固接有機(jī)頭，機(jī)頭設(shè)有焊槍和視覺傳感器； 各運(yùn)動(dòng)軸上的各個(gè)關(guān)節(jié)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過旋轉(zhuǎn)編碼器反饋關(guān)節(jié)角度；
各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制計(jì)算機(jī)電連接，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量由控制計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控
制卡給定控制。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其所述機(jī)頭，還包括機(jī)頭支架、送絲機(jī)構(gòu)接口裝置， 機(jī)頭支架水平設(shè)置，其中部與焊槍、激光器、三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)末端固接，兩 端各有一視覺傳感器；焊槍頭、激光器頭、視覺傳感器頭都朝向下方。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其所述焊接輔助裝置還包括焊接電源，焊絲與焊接電源正極電連接，經(jīng)送絲機(jī)、微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)臂和三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)臂的空腔送 至焊槍頭；焊接電源負(fù)極與待焊工件電連接。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其通過三個(gè)宏動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸、三個(gè)微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸 和三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的組合使用，具有九個(gè)機(jī)動(dòng)度和六個(gè)自由度，機(jī)器人焊接工 件尺寸范圍為徑向《3米，焊縫焊接行走距離《3米。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其所述各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸關(guān)節(jié)有零點(diǎn)校正和限位保護(hù)裝置。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其所述控制計(jì)算機(jī)還包括焊接電源控制通訊接口裝 置，控制通訊接口裝置與焊接電源電連接。
所述的焊接機(jī)器人裝置，其所述視覺傳感器為攝像機(jī)，兩攝像機(jī)， 一配合激 光器做激光結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，另一配合焊槍做焊接熔池視覺傳感器，實(shí)時(shí)對 焊接過程進(jìn)行視覺監(jiān)測，控制計(jì)算機(jī)通過對焊接過程視覺信息的處理和特征提 取，實(shí)現(xiàn)對焊縫的實(shí)時(shí)視覺測量和監(jiān)控功能。
本發(fā)明的有益效果是，可以適應(yīng)大型工件不同焊縫的焊接操作要求，提供 具有視覺功能的能夠進(jìn)行自主焊接操作的智能焊接機(jī)器人。
本發(fā)明大型工件焊接智能機(jī)器人裝置，與現(xiàn)有的通用六關(guān)節(jié)機(jī)械手臂結(jié)構(gòu) 相比， 一是機(jī)器人的平移自由度和旋轉(zhuǎn)自由度分別由不同的關(guān)節(jié)完成，這樣實(shí) 現(xiàn)了平移運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的解耦，簡化了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制；二是平移運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)在X、 Y、 Z三個(gè)方向上，分別具有冗余的宏動(dòng)和微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸，能夠進(jìn)行 宏動(dòng)和微動(dòng)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，便于實(shí)現(xiàn)大范圍、高精度的運(yùn)動(dòng)控制。


圖1為本發(fā)明大型工件焊接智能機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明大型工件焊接智能機(jī)器人裝置的視覺傳感系統(tǒng)示意圖； 圖3為本發(fā)明大型工件焊接智能機(jī)器人裝置控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的大型工件焊接智能機(jī)器人裝置，采用六個(gè)直角坐標(biāo)平移關(guān)節(jié)和三 個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相結(jié)合的形式，提供機(jī)器人末端焊槍操作所需的平移、旋轉(zhuǎn)自由度。 六個(gè)平移關(guān)節(jié)構(gòu)成宏/微運(yùn)動(dòng)的兩組三坐標(biāo)平移機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)焊槍在笛卡爾空 間的大范圍、高精度位置調(diào)節(jié)。在焊接過程中，采用激光結(jié)構(gòu)光視覺傳感采集 工件焊縫圖像，提取位置信息；采用具有近紅外相應(yīng)的攝像機(jī)采集熔池圖像獲 取焊縫成形信息?？刂破饕怨I(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心，處理焊接過程視覺信息、 機(jī)器人本體傳感信息、計(jì)算焊接機(jī)器人末端期望位姿，得到焊接機(jī)器人各個(gè)關(guān)
節(jié)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制量，通過驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)控制各關(guān)節(jié)，滿足機(jī)器人焊接過程中 的焊槍位姿要求，達(dá)到機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)焊接的目的。
大型工件焊接智能機(jī)器人裝置結(jié)構(gòu)請參閱圖1。
機(jī)器人本體以宏動(dòng)機(jī)構(gòu)作為機(jī)架，宏動(dòng)機(jī)構(gòu)由水平運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(l)、立柱(2)、 橫梁(3)組成。宏動(dòng)機(jī)構(gòu)擬采用導(dǎo)軌一十字架結(jié)構(gòu)，具有運(yùn)動(dòng)范圍大、成本低等 特點(diǎn)。通過機(jī)架在地面水平導(dǎo)軌(l)上的運(yùn)動(dòng)，提供沿X軸方向的大范圍平移； 通過滑塊在十字架導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)，提供沿Y、 Z軸方向的大范圍平移。三個(gè)宏動(dòng) 軸方向與直角坐標(biāo)系X、 Y、 Z軸方向相同，相互正交。微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)由水平軸 X(4)、前進(jìn)軸Y(5)、豎直軸Z(6)組成。三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)軸(7)、偏轉(zhuǎn)軸(8)、俯仰軸(9)組成。微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)、三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、焊槍(IO)、結(jié)構(gòu)光視 覺傳感器(11)和焊接熔池視覺傳感器(12)等構(gòu)成機(jī)頭。在結(jié)構(gòu)上，機(jī)頭安裝于機(jī) 架橫臂上，姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝于微動(dòng)機(jī)構(gòu)末端。帶有焊接和傳感裝置的機(jī)頭作
為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對工件(16)焊縫(15)的自動(dòng)焊接操作。三個(gè)微動(dòng)平移關(guān)節(jié)安
裝在宏動(dòng)關(guān)節(jié)橫梁下，其運(yùn)動(dòng)方向與宏動(dòng)關(guān)節(jié)相同。微動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾軸絲杠傳 動(dòng)，具有精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)。兩組三維宏微平移機(jī)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)焊接機(jī) 器人在笛卡爾空間的大范圍、高精度位置調(diào)節(jié)。三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)安裝在微動(dòng)機(jī)構(gòu) 末端，旋轉(zhuǎn)軸方向相互正交。三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相對于焊槍的安裝次序?yàn)樾D(zhuǎn)、偏 轉(zhuǎn)、俯仰。姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)擬采用三個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相串聯(lián)，渦輪蝸桿傳動(dòng)。焊槍安 裝于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)末端，其位姿隨機(jī)器人關(guān)節(jié)量變化。
各軸行程如下
宏動(dòng)機(jī)構(gòu)沿X、 Y、 Z坐標(biāo)軸大范圍低精度運(yùn)動(dòng)。X軸行程3000mm; Y 軸行程1000mm; Z軸行程1200mm。
微動(dòng)機(jī)構(gòu)沿X、 Y、 Z坐標(biāo)軸小范圍高精度運(yùn)動(dòng)。X軸行程200mm; Y 軸行程200mm; Z軸行程100mm。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞X、 Y、 Z坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。X軸行程120°; Y軸行程 120°; Z軸行程180°。
焊接機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，各個(gè)電機(jī)配有旋轉(zhuǎn)編碼器 對電機(jī)運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行反饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)節(jié)的位置控制。各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的兩端安 裝限位開關(guān)進(jìn)行保護(hù)；運(yùn)動(dòng)軸中部安裝零位開關(guān)，對運(yùn)動(dòng)軸的零點(diǎn)進(jìn)行校正。
焊接輔助裝置包括焊槍(IO)、送絲機(jī)構(gòu)(13)、焊接電源(14)等。焊槍安裝于
機(jī)器人機(jī)頭，與機(jī)頭末端旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)剛性連接，焊槍的軸線方向與機(jī)器人初始位姿狀態(tài)下第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線方向相同。為了減輕機(jī)頭微動(dòng)和旋轉(zhuǎn)部分機(jī)構(gòu)的 負(fù)載，送絲機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)器人橫梁大臂上，焊絲通過送絲機(jī)構(gòu)(13)引入到末端焊 槍。焊接電源(14)安裝于機(jī)器人本體附近，具有串行通訊控制接口與機(jī)器人控制
器電連接；焊接電源兩極分別與機(jī)器人機(jī)頭焊槍和焊接工件(16)相連。
視覺傳感系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在焊槍(10)前方安裝激光結(jié)構(gòu)光視覺傳感器， 結(jié)構(gòu)光視覺傳感器由攝像機(jī)(12)、濾光片(18)(峰值波長為650nm，半寬10nm) 和線型激光發(fā)射器(17)組成。調(diào)整攝像機(jī)姿態(tài)，使光軸中心線與焊縫所在被焊工 件表面垂直，并使傳感器機(jī)殼底端距被焊工件表面高度為10 20cm。激光發(fā)生 器產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光平面，照射到焊接工件焊縫(15)表面，形成焊縫特征激光條紋(19)。 結(jié)構(gòu)光視覺傳感器采集焊縫圖像，進(jìn)行圖像處理和特征提取，獲得焊縫位置、 形狀信息，弓I導(dǎo)焊接機(jī)器人沿焊縫進(jìn)行跟蹤焊接。攝像機(jī)(12)為黑白工業(yè)攝像機(jī)， 型號WATEC550，激光器(17)型號EL65L05IG2，波長為650nm，線寬為0.5mm， 展開角為20°，功率為5mw。焊接熔池視覺傳感器采用具有紅外響應(yīng)的工業(yè)攝像 機(jī)(ll)，型號WATEC902，安裝在焊槍(10)后側(cè)，攝像機(jī)光軸與焊槍軸線大約 成30°角。加裝干涉濾光片(20)(峰值波長為980nm，半寬10nm)觀測熔池成像， 提取焊接熔池形狀、偏心度和震動(dòng)頻率等特征，監(jiān)控焊接質(zhì)量。結(jié)構(gòu)光視覺傳 感器、熔池視覺傳感器和焊槍剛性聯(lián)接在支架(21)上。
控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖3所示。智能焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)由人機(jī)交互與智 能層、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層、運(yùn)動(dòng)控制層和伺服控制層組成。人機(jī)交互與智能層實(shí)現(xiàn)人 機(jī)交互、焊接操作、任務(wù)規(guī)劃、焊接系統(tǒng)控制和視覺信息處理等功能，為焊接 機(jī)器人的控制提供決策信息。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃層根據(jù)人機(jī)交互與智能層給出的期望焊 槍軌跡或者空間調(diào)整量等焊接過程控制信息，進(jìn)行在線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解等。產(chǎn)生機(jī)器人各關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)位置的運(yùn)動(dòng)控制量。運(yùn)動(dòng)控制層根據(jù)給定的關(guān) 節(jié)位置控制量，以測量到的關(guān)節(jié)電機(jī)的實(shí)際位置作為反饋，其運(yùn)算輸出形成模 擬量的速度信號。伺服控制層以運(yùn)動(dòng)控制層的速度信號作為給定，以測量到的 關(guān)節(jié)電機(jī)的實(shí)際速度作為反饋，由伺服驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)速度伺服控制。
控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，由運(yùn)動(dòng)控制卡、圖像采集卡、開關(guān)量/ 模擬量I/0板卡等組成，配合操作臺(tái)等電氣設(shè)備構(gòu)成機(jī)器人控制器。機(jī)器人控制 計(jì)算機(jī)用于控制機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端焊槍的特定運(yùn)動(dòng)，完成 焊接操作。
焊接機(jī)器人九個(gè)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與機(jī)器人控制器的運(yùn)動(dòng)控制板卡電連接；視 覺傳感系統(tǒng)的攝像機(jī)與機(jī)器人控制器的圖像采集板卡電連接；焊接輔助系統(tǒng)中 焊接電源與機(jī)器人控制器的通訊接口電連接，送絲機(jī)和焊劑供給機(jī)構(gòu)與機(jī)器人 控制器I/0板卡電連接。
其控制計(jì)算機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)ADVANTECH-610;圖像采集卡采用 OK—MC104通道圖像采集；運(yùn)動(dòng)控制卡采用兩塊固高GT-400-SX4軸運(yùn)動(dòng)控制 卡；開關(guān)量/模擬量I/0板卡為研華PCI-1716L。
本發(fā)明中的大型工件，是指在車間內(nèi)能夠利用變位機(jī)或滾輪架進(jìn)行操作的 焊接工件，如鍋爐、罐體等。本發(fā)明裝置能夠焊接的大型工件尺寸范圍為徑 向尺寸小于等于3米，焊縫焊接行孝距離小于等于3米。
權(quán)利要求
1、一種大型工件焊接智能機(jī)器人裝置，其包括機(jī)架、機(jī)頭、焊接輔助裝置以及控制計(jì)算機(jī)；其特征在于其中，機(jī)架，包括導(dǎo)軌、立柱、橫梁，導(dǎo)軌水平設(shè)置，導(dǎo)軌、立柱、橫梁相互之間采用導(dǎo)軌—十字架結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)軸方向分別滿足直角坐標(biāo)系X、Y、Z軸方向機(jī)架在水平導(dǎo)軌上沿X軸方向平移，第一滑塊在立柱上沿Z軸方向運(yùn)動(dòng)，第二滑塊在橫梁上沿Y軸方向平移；機(jī)架構(gòu)成宏動(dòng)機(jī)構(gòu)，其三個(gè)宏動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)方向在X、Y、Z三個(gè)軸方向上相互正交；第二滑塊下方設(shè)有微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)，微動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾軸絲杠傳動(dòng)，其三個(gè)微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)方向在X、Y、Z三個(gè)方向上相互正交，并且微動(dòng)軸與宏動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)方向相同，以實(shí)現(xiàn)各軸宏微聯(lián)動(dòng)控制；第二滑塊上方設(shè)有焊接輔助裝置的送絲機(jī)；微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)下方設(shè)有三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，依序裝有旋轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)、俯仰三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，其三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)中心軸線方向在X、Y、Z三個(gè)方向上相互正交；三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)末端固接有機(jī)頭，機(jī)頭設(shè)有焊槍和視覺傳感器；各運(yùn)動(dòng)軸上的各個(gè)關(guān)節(jié)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并通過旋轉(zhuǎn)編碼器反饋關(guān)節(jié)角度；各個(gè)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與控制計(jì)算機(jī)電連接，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)量由控制計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制卡給定控制。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于所述機(jī)頭，還包括機(jī)頭支架、送絲機(jī)構(gòu)接口裝置，機(jī)頭支架水平設(shè)置，其中部與焊槍、激光器、 三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)末端固接，兩端各有一視覺傳感器；焊槍頭、激光器頭、 視覺傳感器頭都朝向下方。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于所述焊接輔助裝置還 包括焊接電源，焊絲與焊接電源正極電連接，經(jīng)送絲機(jī)、微動(dòng)平移機(jī)構(gòu)臂和三軸姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)臂的空腔送至焊槍頭；焊接電源負(fù)極與待焊工件電連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于，通過三個(gè)宏動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸、三個(gè)微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸的組合使用，具有九個(gè)機(jī)動(dòng)度和六個(gè)自由度，機(jī)器人焊接工件尺寸范圍為徑向《3米，焊縫焊接行走距離《3米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于，所述各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸關(guān)節(jié)有零點(diǎn)校正和限位保護(hù)裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于，所述控制計(jì)算機(jī) 還包括焊接電源控制通訊接口裝置，控制通訊接口裝置與焊接電源電連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的焊接機(jī)器人裝置，其特征在于，所述視覺傳感器 為攝像機(jī)，兩攝像機(jī)， 一配合激光器做激光結(jié)構(gòu)光視覺傳感器，另一配合焊 槍做焊接熔池視覺傳感器，實(shí)時(shí)對焊接過程進(jìn)行視覺監(jiān)測，控制計(jì)算機(jī)通過對焊接過程視覺信息的處理和特征提取，實(shí)現(xiàn)對焊縫的實(shí)時(shí)視覺測量和監(jiān)控 功能。
全文摘要
本發(fā)明大型工件焊接智能機(jī)器人裝置，涉及機(jī)器人技術(shù)，是基于視覺控制技術(shù)的機(jī)器人裝置。該裝置由機(jī)器人本體、傳感系統(tǒng)、機(jī)器人控制器和焊接輔助機(jī)構(gòu)組成。焊接機(jī)器人具有九個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，包括三個(gè)宏動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸、三個(gè)微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸和三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。機(jī)器人本體包括機(jī)架和機(jī)頭，機(jī)頭安裝于機(jī)架橫臂上。機(jī)架由水平導(dǎo)軌、立柱和橫臂三個(gè)宏動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸構(gòu)成，機(jī)頭由三個(gè)微動(dòng)運(yùn)動(dòng)軸、三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和焊槍組成。機(jī)器人由機(jī)架提供大范圍三維運(yùn)動(dòng)，由機(jī)頭微動(dòng)機(jī)構(gòu)對宏動(dòng)運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行補(bǔ)償，并提供旋轉(zhuǎn)自由度。本發(fā)明能夠適應(yīng)大型工件焊接操作的大范圍、精確定位的運(yùn)動(dòng)要求。通過視覺傳感技術(shù)和智能視覺控制技術(shù)，提高焊接機(jī)器人自動(dòng)焊接質(zhì)量和效率。
文檔編號B25J9/02GK101456182SQ20071017940
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月12日
發(fā)明者德 徐, 原 李, 民 譚, 鄢治國 申請人:中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所