移動式弧焊機器人及其控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】移動式弧焊機器人及其控制系統(tǒng)
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及弧焊機器人，具體是一種移動式弧焊機器人及其控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0003]工業(yè)機器人主要分兩大類:直角坐標機器人和關節(jié)式機器人。直角坐標機器人主要由一些直線運動單元、驅動電機、控制系統(tǒng)和末端操作器組成。針對不同的應用，可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標機器人。關節(jié)式機器人主要由一些旋轉運動單元驅動電機、控制系統(tǒng)和末端操作器組成。關節(jié)式機器人定制性比較差，它不像直角坐標機器人可以快速組合成不同維數(shù)。針對不同的應用，只能選用固定的不同維度的關節(jié)式機器人。
[0004]中國發(fā)明專利CN101733595A公開了一種轉臺機器人焊接系統(tǒng)，包括中心支撐、三軸移動裝置、天吊式機器人、兩軸變位機、轉臺夾具，頂置除塵裝置有效覆蓋焊接區(qū)域。它能焊接復雜的轉臺工件并有除塵功能；該發(fā)明未涉及能實現(xiàn)大范圍機器人焊接、焊接參數(shù)及路徑離線規(guī)劃、焊縫位置跟蹤、焊接軌跡數(shù)據(jù)自動提取的功能。
[0005]中國發(fā)明專利CN 102283765A公開了一種直角坐標式和關節(jié)式相結合的中醫(yī)按摩機器人，該發(fā)明的機械臂是直角坐標式和關節(jié)式相結合的機械裝置，既具有直角坐標式機械裝置的剛性好、定位精度高的特點，又具有關節(jié)式機械裝置的動作靈活的特點，在機械臂末端安裝有按摩裝置，該按摩裝置在機械臂的配合下可以實現(xiàn)捏拿、指揉、指按、掌推、掌揉、掌按、震動、滾壓、叩擊等多種中醫(yī)按摩手法；該發(fā)明僅能適用于中醫(yī)按摩，不適用于H型鋼的腹板、翼板、肋板和枕柱梁的焊接。
[0006]因此，本領域技術人員有必要開發(fā)出一種可移動式弧焊機器人，實現(xiàn)大范圍機器人焊接、焊接參數(shù)及路徑離線規(guī)劃、焊縫位置跟蹤、焊接軌跡數(shù)據(jù)的自動提取的自動化高的機器人。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有通用弧焊機器人的不足，提供了一種移動式弧焊機器人及其控制系統(tǒng)，解決了大范圍機器人焊接、焊接參數(shù)及路徑離線規(guī)劃、焊縫位置跟蹤、焊接軌跡數(shù)據(jù)的自動提取的問題；為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案:
一種移動式弧焊機器人，包括機器人本體、焊接電源模塊、機器人輔助模塊、焊縫跟蹤模塊和機器人控制系統(tǒng)，機器人本體包括直角坐標式行走機構、關節(jié)式旋轉機構和焊槍；關節(jié)式旋轉機構置于直角坐標式行走機構上面；焊槍懸掛于關節(jié)式旋轉機構上面；機器人本體、焊接電源模塊、機器人輔助模塊、焊縫跟蹤模塊分別與機器人控制系統(tǒng)連接；機器人控制系統(tǒng)包括三維圖像處理模塊、模型預處理模塊、焊縫信息獲得模塊、焊接任務規(guī)劃模塊、焊接路徑規(guī)劃模塊、焊接參數(shù)優(yōu)化模塊、動態(tài)圖形仿真模塊和生成加工文件模塊。
[0008]上述技術方案的本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，因機器人本體由直角坐標式行走機構、關節(jié)式旋轉機構和焊槍組成，配合焊接電源模塊、機器人輔助模塊、焊縫跟蹤模塊和機器人控制系統(tǒng)，實現(xiàn)大范圍機器人焊接、焊接參數(shù)及路徑離線規(guī)劃、焊縫位置跟蹤、焊接軌跡數(shù)據(jù)的自動提取和人工輔助焊接，滿足了大型H型鋼的焊接要求。
[0009]本發(fā)明采用如下優(yōu)選方案:
直角坐標式行走機構為龍門式兩自由度直角坐標式行走機構。
[0010]龍門式兩自由度直角坐標式行走機構的工作范圍是:長為12000mm、寬為4000mmo
[0011]關節(jié)式旋轉機構能夠沿著垂直于直角坐標式行走機構前后移動。
[0012]關節(jié)式旋轉機構為懸掛式五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構。
[0013]關節(jié)式旋轉機構是能夠確定焊槍的焊接路徑、空間指向和焊槍的空間姿態(tài)的五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構。
[0014]焊接電源模塊為DSP全數(shù)字化脈沖焊接電源。
[0015]機器人控制系統(tǒng)與焊接電源進行通信，用于控制焊接電流、電壓、送絲速度和控制焊機的起弧、息弧、再引弧。
[0016]本發(fā)明還公開了一種移動式弧焊機器人的控制系統(tǒng)，包括三維圖形處理模塊、模型預處理模塊、焊縫信息獲取模塊、焊接任務規(guī)劃模塊、焊接路徑優(yōu)化模塊、焊接參數(shù)優(yōu)化模塊、圖形仿真模塊、生成焊接加工文件模塊，
所述三維圖形處理模塊是用于協(xié)助完成焊縫信息獲取、焊接路徑規(guī)劃和動態(tài)圖形仿真。
[0017]所述模型預處理模塊是用于對Xsteel模型進行預處理，對焊縫信息進行提取。
[0018]Xsteel是芬蘭Tekla公司開發(fā)的鋼結構詳圖設計軟件，它是通過首先創(chuàng)建三維模型以后自動生成鋼結構詳圖和各種報表，是一個三維智能鋼結構模擬、詳圖的軟包。
[0019]所述焊縫信息獲取模塊是用于提供一個與三維CAD / CAM軟件的接口，導入三維實體模型；并用于抽取焊縫位置、焊縫姿態(tài)、焊縫矢量、焊縫起始點坐標、焊縫終點坐標、焊縫兩側母材的表面法向矢量、板厚。
[0020]“CAD/CAM”即機械行業(yè)的“計算機輔助設計與輔助制造”。
[0021]所述焊接任務規(guī)劃模塊，通過人機交互方式，用于選擇焊接順序、對長焊縫、曲折焊縫的分段處理、制訂焊接工藝，形成待焊焊縫，輸出給焊接路徑優(yōu)化模塊處理。
[0022]所述焊接路徑優(yōu)化模塊是根據(jù)焊縫姿態(tài)結合焊槍姿態(tài)優(yōu)化，對機器人的運動進行優(yōu)化。
[0023]所述焊接參數(shù)優(yōu)化模塊是系統(tǒng)根據(jù)焊接方法、板厚、坡口型式及焊槍姿態(tài)在焊接參數(shù)數(shù)據(jù)庫選擇焊接參數(shù)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)焊縫的姿態(tài)或者板厚的焊接條件的變化，實時地改變焊接參數(shù)，獲得最佳焊接參數(shù)。
[0024]所述圖形仿真模塊是模擬整個焊接過程，檢查發(fā)生碰撞的可能性及機器人的運動是否合理，并計算機器人的工作循環(huán)時間，為離線編程結果的可行性提供參考。
[0025]所述生成焊接加工文件模塊是把規(guī)劃結果轉換成機器人控制柜能夠識別的語言，生成加工文件；加工文件下載到機器人控制柜上實現(xiàn)焊接。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的機器人本體結構示意圖。
[0027]圖2是本發(fā)明的機器人控制系統(tǒng)流程圖。
[0028]圖中:
I一龍門式兩自由度直角坐標式行走機構；2—懸掛式五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構；3—焊槍。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖1和附圖2給出的實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但實施例不對本發(fā)明構成任何限制。
[0030]一種移動式弧焊機器人，參見圖1和圖2，機器人本體由龍門式兩自由度直角坐標式行走機構1、懸掛式五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構2和焊槍3組成。
[0031]懸掛式五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構2置于龍門式兩自由度直角坐標式行走機構I上面，能確定焊槍的焊接路徑、空間指向和焊槍的空間姿態(tài)。
[0032]懸掛式五自由度機器人關節(jié)式旋轉機構2能沿著垂直于龍門式兩自由度直角坐標式行走機構I前后移動。
[0033]焊槍3懸掛于