專(zhuān)利名稱(chēng):越障全位置自主焊接機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種焊接機(jī)器人,特別涉及一種越障全位置自主焊接機(jī)器人。
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,一般采用多個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手臂,以實(shí)現(xiàn)工作空間內(nèi)任意位置和姿態(tài)移動(dòng)。工業(yè)中,焊接機(jī)器人,一般采用磁吸式焊接機(jī)器人吸住焊接工件的表面,然后在焊接工作表面完成焊接任務(wù)。磁吸式焊接機(jī)器人,一般都是與工件直接接觸或者不直接接觸實(shí)現(xiàn)與焊接工作的磁吸,以進(jìn)行焊接,例如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN02079339A公開(kāi)了一種儲(chǔ)油罐表面作業(yè)機(jī)器人,此種機(jī)器人為與焊接工作接觸磁吸式焊接機(jī)器人。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1739925公開(kāi)了一種非接觸磁吸附輪式爬壁機(jī)器人,此種機(jī)器人為不直接接觸式磁吸機(jī)器人。以上兩種機(jī)器人,當(dāng)焊接工件表面有障礙物時(shí),都不能實(shí)現(xiàn)跨越障礙物焊接,存在行走不到的位置死角;焊槍把持機(jī)構(gòu)自由度限制焊接工作位置和姿態(tài),當(dāng)遇到角縫焊接時(shí), 焊槍不能移動(dòng)到焊接工件的焊縫位置,存在焊接死角;另外,以上兩種機(jī)器人傳感方式單一,不能實(shí)現(xiàn)自主的連續(xù)焊接工作。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是,克服以上不足,提供了一種越障全位置自主焊接機(jī)器人,以自主地實(shí)現(xiàn)越障全位置的焊接作業(yè)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明的技術(shù)方案是一種越障全位置自主焊接機(jī)器人, 包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),包括車(chē)架,位于所述車(chē)架上方的由多個(gè)關(guān)節(jié)組成的機(jī)械手臂,用于調(diào)節(jié)工作范圍內(nèi)任意位置和姿態(tài);位于所述車(chē)架下方的多組驅(qū)動(dòng)軸,每組驅(qū)動(dòng)軸為兩個(gè)、 且位于同一直線(xiàn)上,每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸的靠近車(chē)架外側(cè)的端部連接有驅(qū)動(dòng)輪,所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)架之間還滑動(dòng)連接有直線(xiàn)滑軌,所述直線(xiàn)滑軌位于所述驅(qū)動(dòng)輪的內(nèi)側(cè),所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸連接有用于控制驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī),所述每組驅(qū)動(dòng)軸與車(chē)架之間設(shè)置有磁吸附裝置,用于吸附焊接工件表面;焊接設(shè)備系統(tǒng),包括焊機(jī)、與焊機(jī)電路連接的的送絲機(jī)構(gòu),所述送絲機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械手臂的首個(gè)關(guān)節(jié)上,以及安裝在所述機(jī)械手臂末個(gè)關(guān)節(jié)的焊槍?zhuān)鏊徒z機(jī)構(gòu),包括帶有焊絲的送絲纜,所述送絲纜沿著機(jī)械手臂將焊絲送給焊槍?zhuān)龊笝C(jī)的底部設(shè)置有水箱,所述水箱內(nèi)設(shè)置有水泵,所述水泵連接有水管,所述水管連接到焊槍上,用于降低焊槍的溫度,所述焊機(jī)氣路連接裝有保護(hù)氣體的氣瓶,所述水箱、氣瓶安裝在輔助小車(chē)上;智能傳感系統(tǒng),包括分別安裝在焊槍前后方的CXD圖像傳感器,用于尋跡焊接工件及其焊縫區(qū)域位置、以及采集焊接過(guò)程中的熔池圖像信息,以使所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)焊接工件及其焊縫區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位、并實(shí)時(shí)檢測(cè)熔池形貌特征;安裝在車(chē)架前部上方的攝像機(jī),用于采集車(chē)架前進(jìn)方向的障礙物的圖像信息,精確檢測(cè)車(chē)架與障礙物的距離信息,并確定障礙物的幾何形狀尺寸;安裝在車(chē)架前部的距離傳感器,用于粗略檢測(cè)車(chē)架與其前進(jìn)方向的障礙物的距離信息;中央控制系統(tǒng),用于控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、焊接設(shè)備系統(tǒng)、智能傳感系統(tǒng)的動(dòng)作;通訊系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、焊接設(shè)備系統(tǒng)、智能傳感系統(tǒng)與中央控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。 進(jìn)一步的,所述通訊系統(tǒng),包括機(jī)器人通訊模塊,通過(guò)CAN總線(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊;焊接通訊模塊,通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)與焊接設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊;數(shù)據(jù)采集模塊,包括圖像采集卡、數(shù)據(jù)采集卡和路由器,所述圖像采集卡,用于將所述智能傳感系統(tǒng)的CCD圖像傳感器實(shí)時(shí)采集的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng);所述數(shù)據(jù)采集卡,用于將所述智能傳感系統(tǒng)的超聲波距離傳感器和紅外線(xiàn)距離傳感器實(shí)時(shí)采集所述焊接機(jī)器人與障礙物的距離信息傳送給中央控制系統(tǒng);所述路由器,用于將所述智能傳感系統(tǒng)的攝像機(jī)采集的障礙物的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng)。進(jìn)一步的,所述磁吸附裝置,包括位于驅(qū)動(dòng)軸底部的磁鐵組件,所述磁鐵組件與車(chē)架之間設(shè)置有絲杠機(jī)構(gòu),所述絲杠機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)磁鐵組件與地面之間的高度。進(jìn)一步的,所述磁吸附裝置,還包括固定在每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸長(zhǎng)度方向的兩側(cè)、且固定在所述磁鐵組件上的兩個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿,以及套合在每個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿外側(cè)的彈簧。進(jìn)一步的,所述磁鐵組件,包括一塊軛鐵,以及安裝在所述軛鐵底部的多塊永磁鐵。進(jìn)一步的,所述絲杠機(jī)構(gòu),包括連接在磁鐵組件與車(chē)架之間的絲杠,與所述絲杠螺紋連接有第一絲桿和第二絲桿,所述第一絲桿位于絲杠的上部,所述第二絲桿位于絲杠的下部。進(jìn)一步的,所述距離傳感器為超聲波距離傳感器和/或紅外線(xiàn)距離傳感器。進(jìn)一步的,所述保護(hù)氣體為二氧化碳。進(jìn)一步的,所述輔助小車(chē)內(nèi)設(shè)置有直流電機(jī),用于驅(qū)動(dòng)輔助小車(chē)的行走。進(jìn)一步的,所述驅(qū)動(dòng)軸為中空管狀,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在中空管狀的驅(qū)動(dòng)軸內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的焊接設(shè)備系統(tǒng)由中央控制系統(tǒng)通過(guò)通訊系統(tǒng)與焊接設(shè)備系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊,實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè);本發(fā)明焊接機(jī)器人啟動(dòng)后,智能傳感系統(tǒng)的CCD圖像傳感器實(shí)時(shí)采集的焊接工件的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng),攝像機(jī)、距離傳感器實(shí)時(shí)采集的障礙物的圖像信息和距離信息傳送給中央控制系統(tǒng);由中央控制系統(tǒng)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的直行、轉(zhuǎn)彎、跨越障礙物或者吸住焊接工件,以完成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的位置移動(dòng)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、 驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的直線(xiàn)行走,通過(guò)對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)彎行走。當(dāng)智能傳感系統(tǒng)的攝像機(jī)、距離傳感器檢測(cè)到前方有障礙物時(shí),根據(jù)障礙物的大小、形狀,通過(guò)直線(xiàn)滑軌提起驅(qū)動(dòng)軸以及驅(qū)動(dòng)輪的高度,實(shí)現(xiàn)跨越障礙物的行走。當(dāng)遇到非水平面焊接作業(yè)時(shí),特別是垂直焊接作業(yè)時(shí),通過(guò)磁吸附裝置吸住焊接工件的表面,再配合驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)軸及驅(qū)動(dòng)輪的行走,以實(shí)現(xiàn)非水平面的位置移動(dòng)。因此,本發(fā)明不存在焊接機(jī)器人移動(dòng)不到的死角位置,實(shí)現(xiàn)了全位置的行走。機(jī)械手臂在工作空間內(nèi)的任意位置和姿態(tài)運(yùn)動(dòng),保證了焊接姿態(tài)的柔性和復(fù)雜工件焊縫的可到達(dá)性,實(shí)現(xiàn)了全位置的焊接。機(jī)械手臂通過(guò)智能傳感系統(tǒng)的CCD圖像傳感器采集到焊接工件的位置和形狀,實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工件的焊縫的定位,定位后,焊接設(shè)備系統(tǒng)的焊槍開(kāi)始對(duì)焊接工作進(jìn)行焊接作業(yè),焊接過(guò)程中中央控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化焊接控制。綜上所述,本發(fā)明焊接機(jī)器人能夠自主的進(jìn)行跨越障礙物,自主的進(jìn)行全位置行走和焊接,并主的進(jìn)行焊接作業(yè)。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明實(shí)施例的通訊系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本發(fā)明實(shí)施例的通訊系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊的方框結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的右視結(jié)構(gòu)示意圖;圖6是圖5中I部的局部放大示意圖;圖7是本發(fā)明實(shí)施例的磁鐵組件的立體結(jié)構(gòu)示意圖;圖8是本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)行走及跨越障礙物的示意圖;圖9是本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中所示100、中央控制系統(tǒng),200、通訊系統(tǒng),210、機(jī)器人通訊模塊,220、焊接通訊模塊,230、數(shù)據(jù)采集通訊模塊,231、圖像采集卡,232、數(shù)據(jù)采集卡,233、路由器,300、焊接設(shè)備系統(tǒng),301、焊機(jī),302、送絲機(jī)構(gòu),303、焊槍?zhuān)?020、送絲纜,304、水箱,305、水管,306、氣瓶,307、輔助小車(chē),400、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng),401、車(chē)架,402、機(jī)械手臂,403、驅(qū)動(dòng)軸,404、驅(qū)動(dòng)輪,405、直線(xiàn)滑軌,406、驅(qū)動(dòng)電機(jī),410、磁鐵組件,411、軛鐵,412、永磁鐵,420、絲杠機(jī)構(gòu), 421、絲杠,422、第一絲桿,423、第二絲桿,430、滑動(dòng)導(dǎo)桿,440、彈簧,500、智能傳感系統(tǒng), 501、(XD圖像傳感器,502、攝像機(jī),503、距離傳感器,5031、超聲波距離傳感器,5032、紅外線(xiàn)距離傳感器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述請(qǐng)參考圖1-9所示,本發(fā)明越障全位置自主焊接機(jī)器人,包括中央控制系統(tǒng)100、 通訊系統(tǒng)200、焊接設(shè)備系統(tǒng)300、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400、智能傳感系統(tǒng)500。請(qǐng)參考圖4至9,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400,包括車(chē)架401,位于所述車(chē)架401上方的由多個(gè)關(guān)節(jié)組成的機(jī)械手臂402,用于調(diào)節(jié)工作范圍內(nèi)任意位置和姿態(tài),任意位置包括X、Y、Z 方向的自由度位置,姿態(tài),是由機(jī)械手臂402的各關(guān)節(jié)移動(dòng)而產(chǎn)生的,實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接工件的運(yùn)動(dòng)軌跡的全位置移動(dòng);位于所述車(chē)架401下方的多組驅(qū)動(dòng)軸403,每組驅(qū)動(dòng)軸403為兩個(gè)、 且位于同一直線(xiàn)上,每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸403的靠近車(chē)架401外側(cè)的端部連接有驅(qū)動(dòng)輪404,所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸403與車(chē)架401之間還滑動(dòng)連接有直線(xiàn)滑軌405,所述直線(xiàn)滑軌405位于所述驅(qū)動(dòng)輪404的內(nèi)側(cè),所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸403連接有用于控制驅(qū)動(dòng)輪404的驅(qū)動(dòng)電機(jī)406,所述每組驅(qū)動(dòng)軸403與車(chē)架401之間設(shè)置有磁吸附裝置,用于吸附焊接工件表面。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的驅(qū)動(dòng)電機(jī)406、驅(qū)動(dòng)軸403、驅(qū)動(dòng)輪404實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的直線(xiàn)行走,通過(guò)對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪404的速度控制實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的轉(zhuǎn)彎行走;當(dāng)遇到障礙物時(shí),通過(guò)直線(xiàn)滑軌405提起驅(qū)動(dòng)軸403以及驅(qū)動(dòng)輪404的高度,實(shí)現(xiàn)跨越障礙物的行走;當(dāng)遇到非水平面焊接作業(yè)時(shí),特別是垂直焊接作業(yè)時(shí),通過(guò)磁吸附裝置吸住焊接工件的表面,再配合驅(qū)動(dòng)電機(jī)406控制驅(qū)動(dòng)軸403及驅(qū)動(dòng)輪404的行走,以實(shí)現(xiàn)非水平面的位置移動(dòng)。因此,本發(fā)明不存在焊接機(jī)器人移動(dòng)不到的死角位置,實(shí)現(xiàn)了全位置的行走。也就是說(shuō),驅(qū)動(dòng)電機(jī)406、驅(qū)動(dòng)軸403、驅(qū)動(dòng)輪404、直流滑軌405、磁吸附裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的長(zhǎng)距離的運(yùn)動(dòng)軌跡。其中,長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)軌跡,包括直線(xiàn)、轉(zhuǎn)彎、跨越障礙物的運(yùn)動(dòng)軌跡。請(qǐng)參考圖4至7,所述磁吸附裝置,包括位于驅(qū)動(dòng)軸403底部的磁鐵組件410,所述磁鐵組件410與車(chē)架401之間設(shè)置有絲杠機(jī)構(gòu)420,所述絲杠機(jī)構(gòu)420用于調(diào)節(jié)磁鐵組件 410與地面之間的高度;由此可知,本發(fā)明的磁吸附裝置是不與地面接觸的;還包括固定在每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸403長(zhǎng)度方向的兩側(cè)、且固定在所述磁鐵組件410上的兩個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿430,以及套合在每個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿430外側(cè)的彈簧440。當(dāng)提起磁鐵組件410時(shí),彈簧440被壓縮在滑動(dòng)導(dǎo)桿430上,此時(shí)磁鐵組件410與地面之間的高度距離較高;當(dāng)放下磁鐵組件410時(shí),彈簧440由于彈性力作用在滑動(dòng)導(dǎo)桿430上伸展并向磁鐵組件410施加向下的彈性力,從而使磁鐵組件410與地面或者焊接平臺(tái)之間保持一個(gè)較低的高度距離。通過(guò)磁鐵組件410的高度調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)磁鐵組件410與不同的焊接工作材料的磁吸附能力。請(qǐng)參考圖7,所述磁鐵組件410,包括一塊軛鐵411,以及安裝在所述軛鐵411底部的多塊永磁鐵412。請(qǐng)參考圖5至6,所述絲杠機(jī)構(gòu)420,包括連接在磁鐵組件410與車(chē)架401之間的絲杠421,與所述絲杠421螺紋連接有第一絲桿422和第二絲桿423,所述第一絲桿422位于絲杠421的上部,所述第二絲桿423位于絲杠421的下部。絲杠機(jī)構(gòu)420通過(guò)絲杠421、 第一絲桿422、第二絲桿423的向上運(yùn)動(dòng)和向下運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)磁鐵組件410向上抬起或者向地面落下。作為較佳的實(shí)施方式,所述驅(qū)動(dòng)軸403為中空管狀,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)406安裝在中空管狀的驅(qū)動(dòng)軸403內(nèi)。此種結(jié)構(gòu),能夠使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的結(jié)構(gòu)更加緊湊。請(qǐng)參考圖9,焊接設(shè)備系統(tǒng)300,包括焊機(jī)301、與焊機(jī)301電路連接的的送絲機(jī)構(gòu) 302,所述送絲機(jī)構(gòu)302安裝在機(jī)械手臂402的第首個(gè)關(guān)節(jié)上,以及安裝在所述機(jī)械手臂402 第末個(gè)關(guān)節(jié)的焊槍303,通過(guò)機(jī)械手臂402的各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)焊槍303頂端點(diǎn)到焊接工件的點(diǎn)、直線(xiàn)、圓的運(yùn)動(dòng);也就是說(shuō),機(jī)械手臂402帶動(dòng)焊槍303實(shí)現(xiàn)了短距離的運(yùn)動(dòng)軌跡; 其中,短距離運(yùn)動(dòng)軌跡是指焊槍303頂端點(diǎn)到焊接工件的點(diǎn)、直線(xiàn)、圓的運(yùn)動(dòng)。所述送絲機(jī)構(gòu)302,包括帶有焊絲的送絲纜3020,所述送絲纜3020沿著機(jī)械手臂402將焊絲送給焊槍 303,所述焊機(jī)301的底部設(shè)置有水箱304,所述水箱304內(nèi)設(shè)置有水泵,所述水泵連接有水管,所述水管連接到焊槍303上,通過(guò)水循環(huán)降低焊槍303的溫度,所述焊機(jī)301氣路連接裝有二氧化碳?xì)怏w等保護(hù)氣體的氣瓶306,所述水箱304、氣瓶306安裝在輔助小車(chē)307上。其中,所述保護(hù)氣體可以為二氧化碳?xì)怏w,也可以是焊接技術(shù)領(lǐng)域中其它的常規(guī)保護(hù)氣體。
作為較佳的實(shí)施方式,所述輔助小車(chē)307內(nèi)可以設(shè)置有直流電機(jī),用于驅(qū)動(dòng)輔助小車(chē)307的行走;所述輔助小車(chē)307也可以由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400通過(guò)繩索拖拽實(shí)現(xiàn)行走。 需要特別說(shuō)明的是,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400在非水平面行走時(shí),輔助小車(chē)307依然處于水平面的行走,只要輔助小車(chē)307與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的繩索足夠長(zhǎng)即可。請(qǐng)參考圖9,智能傳感系統(tǒng)500,包括分別安裝在焊槍303前后方的CXD圖像傳感器501,用于尋跡焊接工件及其焊縫區(qū)域位置、以及采集焊接過(guò)程中的熔池圖像信息,以使所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400對(duì)焊接工件及其焊縫區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位、并實(shí)時(shí)檢測(cè)熔池形貌特征;安裝在車(chē)架401前部上方的攝像機(jī)502,用于采集車(chē)架401前進(jìn)方向的障礙物的圖像信息,精確檢測(cè)車(chē)架401與障礙物的距離信息,并確定障礙物的幾何形狀尺寸;安裝在車(chē)架 401前部的距離傳感器503,用于粗略檢測(cè)車(chē)架401與其前進(jìn)方向的障礙物的距離信息。攝像機(jī)502和距離傳感器503,均能檢測(cè)車(chē)架401與其前方的障礙物的距離信息, 不同的是,距離傳感器503用于粗略檢測(cè),而攝像機(jī)502用于精確檢測(cè)。攝像機(jī)502,采用立體視覺(jué)技術(shù),基于雙目視差測(cè)量景深的原理測(cè)距;距離傳感器503是粗略測(cè)量距離,此距離用以推算障礙物進(jìn)入攝像機(jī)502視野的距離,從而提前通知機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400減速。其中,所述距離傳感器503為超聲波距離傳感器5031和/或紅外線(xiàn)距離傳感器 5032。本實(shí)施方式將紅外線(xiàn)距離傳感器5032設(shè)置于超聲波距離傳感器5031的下方。由于器件物理特征決定,超聲波距離傳感器5031要比紅外線(xiàn)距離傳感器5032采集的距離要長(zhǎng)。 也就是說(shuō),紅外線(xiàn)距離傳感器5032檢測(cè)的距離長(zhǎng)度要比超聲波距離傳感器5031檢測(cè)的距離長(zhǎng)度要短。因此,超聲波距離傳感器5031適用于遠(yuǎn)距離障礙物的檢測(cè),紅外線(xiàn)距離傳感器5032適用于近距離障礙物的檢測(cè)。中央控制系統(tǒng)100,用于控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400、焊接設(shè)備系統(tǒng)300、智能傳感系統(tǒng)500的動(dòng)作。所述中央控制系統(tǒng)100,包括機(jī)器人控制模塊、復(fù)雜軌跡平穩(wěn)控制模塊、自主越障模塊、焊接設(shè)備控制模塊、弧焊包模塊、智能化焊接模塊。其中,機(jī)器人控制模塊,用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的行走以及機(jī)械手臂402的運(yùn)動(dòng)軌跡;其中,復(fù)雜軌跡平穩(wěn)控制模塊,針對(duì)不同焊接任務(wù)設(shè)置最佳焊接路徑,通過(guò)所所述機(jī)器人控制模塊控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的機(jī)械手臂402的運(yùn)動(dòng)軌跡(包括在越障時(shí)的焊接以及角焊縫焊接時(shí)的軌跡規(guī)劃),以使安裝在機(jī)械手臂402上的焊槍303按照設(shè)置的最佳焊接路徑平穩(wěn)有序的行焊接作業(yè);其中,自主越障模塊,根據(jù)智能傳感系統(tǒng)500的攝像機(jī)502、距離傳感器503傳送的障礙物信息,通過(guò)所述機(jī)器人控制模塊控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400,以實(shí)現(xiàn)自主平穩(wěn)的跨越障礙物;其中,焊接設(shè)備控制模塊,設(shè)定焊接電流、電壓、脈沖寬度等焊接工藝參數(shù),用于根據(jù)不同的焊接任務(wù)調(diào)節(jié)焊接設(shè)備系統(tǒng)300工藝參數(shù)及讀取焊接設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài);其中,弧焊包模塊,儲(chǔ)存有焊接工藝知識(shí)庫(kù),根據(jù)CXD圖像傳感器501采集的焊接工件的圖像信息確定焊接任務(wù)或者人機(jī)交互選取焊件模型,輸出焊接動(dòng)作時(shí)序及焊接工藝參數(shù);也就是說(shuō),弧焊包模塊針對(duì)不同焊接任務(wù)提供相應(yīng)的工藝規(guī)范;其中,智能化焊接模塊,根據(jù)智能傳感系統(tǒng)的CCD圖像傳感器501傳送回來(lái)的圖像信息控制焊接的全過(guò)程。其包括焊接任務(wù)的自主規(guī)劃、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡控制、焊接過(guò)程的信息傳感、建模與智能控制。其中信息傳感包括焊接起始位置識(shí)別、焊前自主導(dǎo)引、焊縫實(shí)時(shí)跟蹤、熔池動(dòng)態(tài)特征獲取、焊縫成型預(yù)測(cè)及控制,使用模板匹配、灰度直方圖變換、自動(dòng)閾值分割、邊緣提取、霍夫變換等圖像處理技術(shù)。請(qǐng)參考圖2至3,所述通訊系統(tǒng)200,用于實(shí)現(xiàn)所述中央控制系統(tǒng)100、焊接設(shè)備系統(tǒng)300、智能傳感系統(tǒng)500與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400的數(shù)據(jù)通訊。其中,所述通訊系統(tǒng)200,包括機(jī)器人通訊模塊210,通過(guò)CAN總線(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)100與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) 400的數(shù)據(jù)通訊;焊接通訊模塊220,通過(guò)可編程邏輯控制器PLC實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)100與焊接設(shè)備系統(tǒng)300的數(shù)據(jù)通訊;數(shù)據(jù)采集模塊230,包括圖像采集卡231、數(shù)據(jù)采集卡232和路由器233,所述圖像采集卡231,用于將所述智能傳感系統(tǒng)500的CCD圖像傳感器501實(shí)時(shí)采集的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng)100 ;所述數(shù)據(jù)采集卡232,用于將所述智能傳感系統(tǒng)500的超聲波距離傳感器5031和紅外線(xiàn)距離傳感器5032實(shí)時(shí)采集所述焊接機(jī)器人與障礙物的距離信息傳送給中央控制系統(tǒng)100 ;所述路由器233,用于將所述智能傳感系統(tǒng)500的攝像機(jī)502采集的障礙物的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng)100。所述圖像采集卡231、數(shù)據(jù)采集卡232和路由器 233可以為PCI接口或者其它形式的接口。本發(fā)明的工作原理是將焊接機(jī)器人放置于焊接平臺(tái)上,中央控制系統(tǒng)100作為焊接機(jī)器人的上位機(jī),機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400、焊接設(shè)備系統(tǒng)300、智能傳感系統(tǒng)500作為焊接機(jī)器人的下位機(jī),通過(guò)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)200形成主-從控制模式,機(jī)器人啟動(dòng)后,攝像機(jī)502 開(kāi)始工作,并由智能傳感系統(tǒng)500分析宏觀場(chǎng)景信息,由中央控制系統(tǒng)100控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400做直行、轉(zhuǎn)彎的動(dòng)作,當(dāng)攝像機(jī)502檢測(cè)到障礙物并分析障礙物形狀、長(zhǎng)度、高度、 寬度大小后,中央控制系統(tǒng)100對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400做減速控制,超聲波距離傳感器5031 開(kāi)始工作并檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400與障礙物之間的距離位置作為初檢距離,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400繼續(xù)前行到初檢距離的一半,紅外線(xiàn)距離傳感器5032開(kāi)始工作并檢測(cè)與障礙物的距離信息和位置信息,中央控制系統(tǒng)100根據(jù)紅外線(xiàn)距離傳感器5032測(cè)量的障礙物與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400之間的距離信息和位置信息,并根據(jù)攝像機(jī)502獲得的障礙物的形狀大小調(diào)用機(jī)器人控制模塊和處主越障模塊103實(shí)現(xiàn)跨越障礙物行走;工業(yè)CXD圖像傳感器501 獲取局部圖像信息,當(dāng)檢測(cè)到焊接工件時(shí),主控機(jī)中央控制系統(tǒng)100分析工件類(lèi)型及大小, 調(diào)用弧焊包模塊計(jì)算工藝參數(shù),調(diào)用復(fù)雜軌跡平穩(wěn)控制模塊制定運(yùn)動(dòng)方案,調(diào)用智能化焊接模塊實(shí)現(xiàn)焊前導(dǎo)引,設(shè)定焊接設(shè)備系統(tǒng)300相關(guān)參數(shù),機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)400與焊接設(shè)備系統(tǒng)300在主控機(jī)中央控制系統(tǒng)100協(xié)調(diào)下開(kāi)始起弧,焊接過(guò)程中調(diào)用智能化焊接模塊對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行智能化控制,包括焊縫跟蹤、焊接參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整、焊接姿態(tài)調(diào)整等。本實(shí)施方式對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行模塊化劃分,功能結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)單;焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)爬壁、越障及轉(zhuǎn)彎的行走,具備全位置長(zhǎng)距離的焊接功能;爬壁,主要依靠磁吸附裝置、 并配合驅(qū)動(dòng)輪的行走實(shí)現(xiàn);越障,主要依靠直線(xiàn)滑軌405抬起驅(qū)動(dòng)軸403以及驅(qū)動(dòng)輪404 實(shí)現(xiàn)跨越障礙物的行走;轉(zhuǎn)彎是依靠每組驅(qū)動(dòng)輪404左右兩個(gè)輪子之間速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。弧焊包模塊可以提供豐富的焊接工藝知識(shí)庫(kù),軌跡平穩(wěn)控制模塊可以減少運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)焊接質(zhì)量的影響;通訊系統(tǒng)200的各模塊采用通用的接口協(xié)議,方便二次開(kāi)發(fā),實(shí)時(shí)性好;智能傳感系統(tǒng)500采用多種傳感器組合方案,實(shí)現(xiàn)障礙物的采集和焊接工作的采集及焊接后焊縫的跟蹤,并且傳感器能夠?qū)崟r(shí)獲取信息,滿(mǎn)足自主焊接及工作環(huán)境檢測(cè)的要求;焊接機(jī)器人集成了智能化焊接領(lǐng)域的工件識(shí)別、自主導(dǎo)引、焊縫跟蹤、熔透控制等成果,具有廣泛應(yīng)用范圍;能夠滿(mǎn)足大型設(shè)備非結(jié)構(gòu)空間焊接需求,提高了焊接機(jī)器人智能化及自主性能力,為移動(dòng)機(jī)器人的焊接過(guò)程智能化控制研究提供一種可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為開(kāi)發(fā)適用于特殊場(chǎng)合的專(zhuān)用移動(dòng)焊接機(jī)器人提供參考,在拓展機(jī)器人在焊接自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有重要作用。 綜上所述,本發(fā)明焊接機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)跨越障礙物、全位置的行走和焊接、自主的焊接作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)G00),包括車(chē)架001),位于所述車(chē)架(401)上方的由多個(gè)關(guān)節(jié)組成的機(jī)械手臂002),用于調(diào)節(jié)工作范圍內(nèi)任意位置和姿態(tài);位于所述車(chē)架(401)下方的多組驅(qū)動(dòng)軸003),每組驅(qū)動(dòng)軸(40 為兩個(gè)、且位于同一直線(xiàn)上,每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸003)的靠近車(chē)架(401)外側(cè)的端部連接有驅(qū)動(dòng)輪004),所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(40 與車(chē)架(401)之間還滑動(dòng)連接有直線(xiàn)滑軌005),所述直線(xiàn)滑軌(40 位于所述驅(qū)動(dòng)輪G04)的內(nèi)側(cè),所述每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(40 連接有用于控制驅(qū)動(dòng)輪G04)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)006),所述每組驅(qū)動(dòng)軸(40 與車(chē)架 (401)之間設(shè)置有磁吸附裝置,用于吸附焊接工件表面;焊接設(shè)備系統(tǒng)(300),包括焊機(jī)(301)、與焊機(jī)(301)電路連接的的送絲機(jī)構(gòu)(302),所述送絲機(jī)構(gòu)(302)安裝在機(jī)械手臂002)的首個(gè)關(guān)節(jié)上,以及安裝在所述機(jī)械手臂(402) 末個(gè)關(guān)節(jié)的焊槍(303),所述送絲機(jī)構(gòu)(302),包括帶有焊絲的送絲纜(3020),所述送絲纜 (3020)沿著機(jī)械手臂(40 將焊絲送給焊槍(303),所述焊機(jī)(301)的底部設(shè)置有水箱 (304),所述水箱(304)內(nèi)設(shè)置有水泵,所述水泵連接有水管,所述水管連接到焊槍(303) 上,通過(guò)水循環(huán)降低焊槍(303)的溫度,所述焊機(jī)(301)氣路連接裝有保護(hù)氣體的氣瓶 (306),所述水箱(304)、氣瓶(306)安裝在輔助小車(chē)(307)上;智能傳感系統(tǒng)(500),包括分別安裝在焊槍(303)前后方的CCD圖像傳感器(501),用于尋跡焊接工件及其焊縫區(qū)域位置、以及采集焊接過(guò)程中的熔池圖像信息,以使所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(400)對(duì)焊接工件及其焊縫區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確定位、實(shí)時(shí)檢測(cè)熔池的形貌特征;安裝在車(chē)架(401)前部上方的攝像機(jī)(502),用于采集車(chē)架(401)前進(jìn)方向的障礙物的圖像信息,精確檢測(cè)車(chē)架G01)與障礙物的距離信息,并確定障礙物的幾何形狀尺寸;安裝在車(chē)架 (401)前部的距離傳感器(503),用于粗略檢測(cè)車(chē)架(401)與其前進(jìn)方向的障礙物的距離信息;中央控制系統(tǒng)(100),用于控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)000)、焊接設(shè)備系統(tǒng)(300)、智能傳感系統(tǒng)(500)的動(dòng)作;通訊系統(tǒng)000),用于實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)000)、焊接設(shè)備系統(tǒng)(300)、智能傳感系統(tǒng)(500)與中央控制系統(tǒng)(100)之間的數(shù)據(jù)通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述磁吸附裝置, 包括位于驅(qū)動(dòng)軸(40 底部的磁鐵組件010),所述磁鐵組件(410)與車(chē)架(401)之間設(shè)置有絲杠機(jī)構(gòu)G20),所述絲杠機(jī)構(gòu)(420)用于調(diào)節(jié)磁鐵組件(410)與地面之間的高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述磁吸附裝置, 還包括固定在每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸(40 長(zhǎng)度方向的兩側(cè)、且固定在所述磁鐵組件(410)上的兩個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿G30),以及套合在每個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)桿(430)外側(cè)的彈簧040)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述磁鐵組件G10),包括一塊軛鐵011),以及安裝在所述軛鐵Gll)底部的多塊永磁鐵012)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述絲杠機(jī)構(gòu) 020),包括連接在磁鐵組件(410)與車(chē)架(401)之間的絲杠021),與所述絲杠(421)螺紋連接有第一絲桿(42 和第二絲桿023),所述第一絲桿(42 位于絲杠021)的上部,所述第二絲桿(42 位于絲杠021)的下部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述距離傳感器(503)為超聲波距離傳感器(5031)和/或紅外線(xiàn)距離傳感器(5032)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述保護(hù)氣體為二氧化碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述輔助小車(chē) (307)內(nèi)設(shè)置有直流電機(jī),用于驅(qū)動(dòng)輔助小車(chē)(307)的行走。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述通訊系統(tǒng) (200),包括機(jī)器人通訊模塊010),通過(guò)CAN總線(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)(100)與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) (400)的數(shù)據(jù)通訊;焊接通訊模塊020),通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)(100)與焊接設(shè)備系統(tǒng)(300)的數(shù)據(jù)通訊;數(shù)據(jù)采集模塊030),包括圖像采集卡031)、數(shù)據(jù)采集卡(23 和路由器033),所述圖像采集卡031),用于將所述智能傳感系統(tǒng)(500)的CCD圖像傳感器(501)實(shí)時(shí)采集的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng)(100);所述數(shù)據(jù)采集卡032),用于將所述智能傳感系統(tǒng) (500)的超聲波距離傳感器(5031)和紅外線(xiàn)距離傳感器(5032)實(shí)時(shí)采集所述焊接機(jī)器人與障礙物的距離信息傳送給中央控制系統(tǒng)(100);所述路由器033),用于將所述智能傳感系統(tǒng)(500)的攝像機(jī)(502)采集的障礙物的圖像信息傳送給中央控制系統(tǒng)(100)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的越障全位置自主焊接機(jī)器人,其特征在于所述驅(qū)動(dòng)軸 (403)為中空管狀,所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)(406)安裝在中空管狀的驅(qū)動(dòng)軸003)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種越障全位置自主焊接機(jī)器人,包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(400),用于實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人的位置移動(dòng);焊接設(shè)備系統(tǒng)(300),用于實(shí)現(xiàn)焊接作業(yè),智能傳感系統(tǒng)(500),用于檢測(cè)焊接機(jī)器人前方的障礙物信息、尋跡焊接工件位置以及實(shí)時(shí)控制焊接質(zhì)量;中央控制系統(tǒng)(100),用于控制所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(400)、焊接設(shè)備系統(tǒng)(300)、智能傳感系統(tǒng)(500)的動(dòng)作;通訊系統(tǒng)(200),用于實(shí)現(xiàn)所述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)(400)、焊接設(shè)備系統(tǒng)(300)、智能傳感系統(tǒng)(500)與中央控制系統(tǒng)(100)之間的數(shù)據(jù)通訊。本發(fā)明能夠自主的進(jìn)行跨越障礙物,自主的進(jìn)行全位置行走和焊接,并自主的進(jìn)行焊接作業(yè)。
文檔編號(hào)B23K9/16GK102489838SQ20111042171
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者吳明輝, 趙言正, 鄧勇軍, 陳華斌, 陳善本 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)