專利名稱：一種自動焊機及其控制方法
一種自動焊機及其控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于焊接設(shè)備，具體是一種自動焊機及其控制方法。
背景技術(shù)：
當前，我國的休閑用品，特別是如遮陽傘等旅游休閑用品產(chǎn)業(yè)還是一種典型的勞動密集型生產(chǎn)企業(yè)，各道工序基本以手工作業(yè)為主，生產(chǎn)效率低下、產(chǎn)品品質(zhì)極不穩(wěn)定，產(chǎn)業(yè)處于價值鏈的底端。以焊接零件為例，在休閑用品行業(yè)中，產(chǎn)品的焊接零件以細小、焊縫集中、批量大、多品種規(guī)格為主，焊接工作全部以手工操作，零件經(jīng)分散焊接后再組裝成品。如利用現(xiàn)有的通用焊接機器人焊接，在程序編制上對于焊接員工的文化水平要求較高，另夕卜，在工件安裝、焊接動作上的時間耗費很多，因而在焊接效率的提升上很有限，達不到預(yù)期的理想效果。實際生產(chǎn)中還沒有通用焊接機器人在使用，目前，焊接工藝已經(jīng)成為休閑用品行業(yè)中一個亟待解決的共同瓶頸。因而，實現(xiàn)休閑用品行業(yè)產(chǎn)品制造的自動化和高效率是提升產(chǎn)業(yè)升級換代的重要途徑
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種自動焊機及其控制方法。
一種自動焊機，其特征在于包括左右軸導(dǎo)軌平臺，所述左右軸導(dǎo)軌平臺的兩側(cè)分別設(shè)置有左右軸直線導(dǎo)軌，所述左右軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可沿著左右軸直線導(dǎo)軌左右移動的上下軸直線導(dǎo)軌，所述上下軸直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有可沿著上下軸直線導(dǎo)軌上下移動的前后軸直線導(dǎo)軌，前后軸直線導(dǎo)軌的前端分別設(shè)置有可任意調(diào)節(jié)焊接角度的焊槍。
所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸導(dǎo)軌平臺的中間設(shè)置有2個沿著左右軸導(dǎo)軌平臺的左右方向設(shè)置的360°旋轉(zhuǎn)平臺，所述360°旋轉(zhuǎn)平臺是圓形的，通過設(shè)置在360°旋轉(zhuǎn)平臺下面的伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)。
所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在左右軸導(dǎo)軌平臺的上部，所述左右軸直線導(dǎo)軌的下面左右軸導(dǎo)軌平臺的下方設(shè)置有左右軸直尺條，所述左右軸導(dǎo)軌平臺上左右軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有左右軸塑料橋鏈底托，左右軸塑料橋鏈底托上設(shè)置有左右軸塑料橋鏈和左右軸塑料橋鏈輪托。
所述的一種自動焊機，其特征在于所述上下軸直線導(dǎo)軌有兩根，上下軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有同時與兩根上下軸直線導(dǎo)軌連接的上下軸導(dǎo)軌滑塊，兩根上下軸直線導(dǎo)軌之間設(shè)置有上下軸絲桿座，上下軸絲桿座的中間設(shè)置有與上下軸導(dǎo)軌滑塊相連的上下軸滾珠絲桿，上下軸滾珠絲桿與設(shè)置在上下軸絲桿座上面的上下軸減速機和上下軸伺服電機連接。
所述的一種自動焊機，其特征在于所述上下軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)設(shè)置有上下軸塑料橋鏈和自動送絲機平臺，自動送絲機平臺上設(shè)置有自動送絲機。
所述的一種自動焊機，其特征在于所述前后軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在通過直角固定板與上下軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸主橫梁上，前后軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有前后軸導(dǎo)軌滑塊，前后軸直線導(dǎo)軌的旁邊設(shè)置有塑料橋鏈固定底板，所述塑料橋鏈固定底板上設(shè)置有前后軸塑料橋鏈，前后軸直線導(dǎo)軌的一端設(shè)置有前后軸絲桿座，所述前后軸絲桿座中間設(shè)置有與前后軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸滾珠絲桿，所述前后軸滾珠絲桿與設(shè)置在前后軸直線導(dǎo)軌另一端的前后軸伺服電機連接。所述的一種自動焊機，其特征在于在前后軸直線導(dǎo)軌的前端焊槍處設(shè)置有與焊槍連接的焊頭伺服電機，焊頭伺服電機的下方設(shè)置有與焊槍連接的焊頭減速機。所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸導(dǎo)軌平臺兩側(cè)的一端分別設(shè)置有減速機固定架，減速機固定架上設(shè)置有左右軸伺服電機和左右軸減速機，所述左右軸導(dǎo)軌平臺的下面設(shè)置有支撐腳，支撐腳下面設(shè)置有調(diào)節(jié)腳墊，所述自動焊機還包括與各個電機連接的總控制柜和與焊槍連接的二氧化碳保護焊機，所述二氧化碳保護焊機與二氧化碳氣罐連接。所述的一種自動焊機，其特征在于所述自動焊機的每個焊接臂由5個自由度組成，5個自由度分別為3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串行相連，3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別各自與電機連接，3個棱柱關(guān)節(jié)分別負責焊槍的左右運動、上下運動和前后運動，2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別負責焊槍的回轉(zhuǎn)運動和搖擺運動，所述電機分別通過擴展運動控制卡連接伺服驅(qū)動器來控制，所述擴展運動控制卡分別與輸入輸出電路板、電機限位轉(zhuǎn)接電路和伺服電機轉(zhuǎn)接電路連接，擴展運動控制卡收到伺服驅(qū)動器傳回的關(guān)節(jié)碼盤信號，通過PID控制，輸出模擬的速度指令給伺服驅(qū)動器，使伺服驅(qū)動器工作在速度模式，上位機通過以太網(wǎng)接口與運動控制卡相連，上位機通過串口與手持式操作盒相連，上位機監(jiān)視焊機的工作狀態(tài)，負責生成焊接軌跡，設(shè)計和存儲焊接模塊。所述的一種自動焊機的控制方法，其特征在于包括如下步驟:
1)采用棋盤格三個垂直面放置的方法來進行參數(shù)標定:
a將棋盤格放置在左右平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置qxyi，i=l，2,…20;
b將棋盤格放置在前后平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置qyzi，i=21, 2，…40 ；
c將棋盤格放置在上下平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置qxzi，i=41, 2，…60 ；
d采用DH方法對焊機進行建模，得出終端計算公式 0T5=0A11A2...4A5 (1)
式中0T5是4*4的矩陣，是焊槍終端在基座坐標系的4維齊次表示，;iAi+1，i=l，…5，為
手臂關(guān)節(jié)i_l關(guān)節(jié)到i關(guān)節(jié)的坐標轉(zhuǎn)移矩陣；
e由記錄下的關(guān)機位置，通過公式(I)可計算得出終端位置 巧，計算值和真實值
有偏差，該偏差可線性近似描述為:
δΡ5 = [Mq }5q + [Md }δ +[Μa ]& +[Mg ]δ&⑵
式中，<5^50表示實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)的誤差，根據(jù)(2)式采用最小二乘方法可計算出上述偏差，將偏差與原始數(shù)據(jù)相加，得到更新后的DH參數(shù)，使用更新后的DH參數(shù)計算終端位置，計算偏差值，直至計算終端值與實際測量的誤差小于允許范圍，完成參數(shù)標定過程； 2)智能示教: a輸入焊接工件的設(shè)計圖紙，生成笛卡爾空間的焊接軌跡，點焊模塊由三個點組成，分別為起始點，中間點和終止點，弧焊模塊由三段共九個點組成，第一段為起始曲線部分，包括一個起始點，兩個中間點和一個終止點，第二段為中間過渡的近似直線部分，包括一個起始點、一個中間點和一個終止點，第三段為結(jié)束曲線部分，包括一個起始點，兩個中間點和一個終止點，相鄰兩段的終止點和起始點重合； b對每個焊接點附加以期望的最佳焊接姿態(tài)，以兩個相接工件的沿焊縫的法向量夾角的中線為最佳焊接姿態(tài)，采用俯仰角和搖擺角兩個自由度來表示； c將笛卡爾空間的軌跡，根據(jù)整定的參數(shù)來反解出對應(yīng)的關(guān)節(jié)空間軌跡；d將模塊組合起來形成整個工件的焊接流程，對相同的焊接模塊，采用復(fù)制的方法進行擴展； e對已生成的焊接模塊進行軌跡測試，對所包含的模塊逐一測試，采用手動操作方式對模塊的組成點進行修正，并用修正后的關(guān)節(jié)空間點替換原始的點，同時利用正運算給出隊形的任務(wù)空間的終端坐標，修正模塊的任務(wù)空間軌跡； f試運行焊接模塊進行焊接測試，調(diào)整焊接模塊的距離參數(shù)和速度參數(shù)，直到所測試模塊焊接效果滿意為止； 3)安全運行: a工件焊接流程設(shè)計完畢后，給雙焊接臂分配焊接工作點或焊接工作模塊，使得整個焊接流程中雙臂每次焊接作業(yè)都是同時啟動，并確?；ハ嘀g不發(fā)送干涉； b進入?yún)?shù)設(shè)計界面，設(shè)計終端的保護高度，確認焊接各個工作點的速度和順序； c生成焊接流程代碼，并下載至擴展運動控制卡； d設(shè)定擴展運動控制卡進入PLC工作模式，由接近傳感器傳送工件上架完畢信號，啟動整個焊接流程，焊接完畢后，發(fā)出完畢信號燈指示，撤除焊好的工件，并將新工件上架；e焊機工作中，持續(xù)進行關(guān)節(jié)限位的檢測，采用比較器來濾除限位信號的誤報，所設(shè)計的閾值為4V; f將急停按鈕和限位的接近傳感器做成雙控開關(guān)； g在界面上實時顯示目前的工作進度，高亮顯示正在焊接的工作點，顯示焊機的電流和電壓； h每焊接完工件，更新后臺數(shù)據(jù)庫，并在界面上顯示。
本發(fā)明的一種自動焊機，把復(fù)雜的焊接臂運動分拆成焊頭運動和工件運動兩種簡單的運動，利用電氣控制使其有效結(jié)合，使焊接動作簡單、快捷，提高焊接效率，實現(xiàn)焊接設(shè)備使用簡單化；同時降低設(shè)備制造成本，同時通過總控制柜的人機操作系統(tǒng)，實現(xiàn)專用設(shè)備加工工件及功能描述用的可視化；通過多自由度實時快速協(xié)調(diào)焊接加工控制，在保證質(zhì)量的前提下，通過任務(wù)空間的軌跡規(guī)劃，提升加工效率和加工適應(yīng)性，可提高生產(chǎn)效率近50%。


圖1是本發(fā)明的一種自動焊機的整體結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明的一種自動焊機的左側(cè)結(jié)構(gòu)示意 圖3是本發(fā)明的一種自動焊機的右側(cè)結(jié)構(gòu)示意 圖4是本發(fā)明的一種自動焊機的下部結(jié)構(gòu)示意 圖5是本發(fā)明的一種自動焊機的參數(shù)標定用棋盤格的示意 圖中，I一總控制柜；2—塑料橋鏈固定底板；3—減速機固定架；4一左右軸伺服電機；5一左右軸減速機；6—前后軸絲桿；7—前后軸絲桿座；8—焊頭伺服電機；9一焊頭減速機；10—焊槍；11一左右軸塑料橋鏈；12—左右軸塑料橋鏈輪托；13—風琴式防塵罩；14一360°旋轉(zhuǎn)平臺；15—左右軸塑料橋鏈底托；16—左右軸導(dǎo)軌平臺；17—左右軸直線導(dǎo)軌；18—左右軸直齒條；19一支撐腳；20—調(diào)節(jié)腳墊；21—工件A ;22—工件B ;23—自動送絲機平臺；24—自動送絲機；25—前后軸滾珠絲桿；26—直角固定板；27—前后軸導(dǎo)軌滑塊；28—前后軸塑料橋鏈；29—前后軸直線導(dǎo)軌；30—前后軸主橫梁；31—前后軸伺服電機；32—上下軸導(dǎo)軌滑塊；33—上下軸滾珠絲桿；34—上下軸塑料橋鏈；35—上下軸直線導(dǎo)軌；36—上下軸絲桿座；37—上下軸減速機；38—上下軸伺服電機；39—二氧化碳保護焊機；40—二氧化碳氣罐。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1至圖4所示，本發(fā)明的一種自動焊機，包括左右軸導(dǎo)軌平臺，左右軸導(dǎo)軌平臺的兩側(cè)分別設(shè)置有左右軸直線導(dǎo)軌，左右軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可沿著左右軸直線導(dǎo)軌左右移動的上下軸直線導(dǎo)軌，上下軸直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有可沿著上下軸直線導(dǎo)軌上下移動的前后軸直線導(dǎo)軌，前后軸直線導(dǎo)軌的前端分別設(shè)置有可任意調(diào)節(jié)焊接角度的焊槍。具體地，左右軸導(dǎo)軌平臺的中間設(shè)置有2個沿著左右軸導(dǎo)軌平臺的左右方向設(shè)置的360°旋轉(zhuǎn)平臺，通過設(shè)置在360°旋轉(zhuǎn)平臺下面的伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)。左右軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在左右軸導(dǎo)軌平臺的上部，左右軸直線導(dǎo)軌的下面左右軸導(dǎo)軌平臺的下方設(shè)置有左右軸直尺條。左右軸導(dǎo)軌平臺上左右軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有左右軸塑料橋鏈底托，左右軸塑料橋鏈底托上設(shè)置有左右軸塑料橋鏈和左右軸塑料橋鏈輪托。上下軸直線導(dǎo)軌有兩根，上下軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有同時與兩根上下軸直線導(dǎo)軌連接的上下軸導(dǎo)軌滑塊，兩根上下軸直線導(dǎo)軌之間設(shè)置有上下軸絲桿座，上下軸絲桿座的中間設(shè)置有與上下軸導(dǎo)軌滑塊相連的上下軸滾珠絲桿，上下軸滾珠絲桿與設(shè)置在上下軸絲桿座上面的上下軸減速機和上下軸伺服電機連接。上下軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)設(shè)置有上下軸塑料橋鏈和自動送絲機平臺，自動送絲機平臺上設(shè)置有自動送絲機。前后軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在通過直角固定板與上下軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸主橫梁上，前后軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有前后軸導(dǎo)軌滑塊，前后軸直線導(dǎo)軌的旁邊設(shè)置有塑料橋鏈固定底板，塑料橋鏈固定底板上設(shè)置有前后軸塑料橋鏈，前后軸直線導(dǎo)軌的一端設(shè)置有前后軸絲桿座，前后軸絲桿座中間設(shè)置有與前后軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸滾珠絲桿，前后軸滾珠絲桿與設(shè)置在前后軸直線導(dǎo)軌另一端的前后軸伺服電機連接。前后軸直線導(dǎo)軌的前端焊槍處設(shè)置有與焊槍連接的焊頭伺服電機，焊頭伺服電機的下方設(shè)置有與焊槍連接的焊頭減速機。左右軸導(dǎo)軌平臺兩側(cè)的一端分別設(shè)置有減速機固定架，減速機固定架上設(shè)置有左右軸伺服電機和左右軸減速機，左右軸導(dǎo)軌平臺的下面設(shè)置有支撐腳，支撐腳下面設(shè)置有調(diào)節(jié)腳墊，自動焊機還包括與各個電機連接的總控制柜和與焊槍連接的二氧化碳保護焊機，二氧化碳保護焊機與二氧化碳氣罐連接。每個焊接臂由5個自由度組成，5個自由度分別為3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串行相連，3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別各自與電機連接，3個棱柱關(guān)節(jié)分別負責焊槍的左右運動、上下運動和前后運動，2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別負責焊槍的回轉(zhuǎn)運動和搖擺運動，電機分別通過擴展運動控制卡連接伺服驅(qū)動器來控制，擴展運動控制卡分別與輸入輸出電路板、電機限位轉(zhuǎn)接電路和伺服電機轉(zhuǎn)接電路連接，擴展運動控制卡收到伺服驅(qū)動器傳回的關(guān)節(jié)碼盤信號，通過PID控制，輸出模擬的速度指令給伺服驅(qū)動器，使伺服驅(qū)動器工作在速度模式，上位機通過以太網(wǎng)接口與運動控制卡相連，上位機通過串口與手持式操作盒相連，上位機監(jiān)視焊機的工作狀態(tài)，負責生成焊接軌跡，設(shè)計和存儲焊接模塊。
工作時，通過上述的控制方法進行操作，在360°旋轉(zhuǎn)平臺上放置工件，360°旋轉(zhuǎn)平臺通過伺服電機經(jīng)齒輪幅直接帶動轉(zhuǎn)動，并由大軸承定心。360°旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動帶動工件旋轉(zhuǎn)，同時左右軸直線導(dǎo)軌、上下軸直線導(dǎo)軌和前后軸直線導(dǎo)軌根據(jù)焊接位置的需要進行移動，焊頭運動裝置是焊接運動的輔助運動，由設(shè)置在焊頭上的軸向伺服電機經(jīng)齒輪幅帶動焊頭轉(zhuǎn)動，主要實現(xiàn)焊頭相對于焊接表面的焊接角度的跟蹤，焊頭轉(zhuǎn)動范圍是正負135度。焊頭伺服電機經(jīng)前后軸滾珠絲桿、前后軸直線導(dǎo)軌帶動做前后運動，作為縱向運動的補充運動，增大焊接設(shè)備的應(yīng)用范圍。焊頭前后運動范圍為250mm，上下運動范圍為300mm。
本發(fā)明的自動焊機與手工焊接、通用焊接機器人焊接的各項技術(shù)指標對比情況表I所示: 表I自動焊機與手工焊接、通用焊接機器人焊接的技術(shù)指標對比
權(quán)利要求
1.一種自動焊機，其特征在于包括左右軸導(dǎo)軌平臺，所述左右軸導(dǎo)軌平臺的兩側(cè)分別設(shè)置有左右軸直線導(dǎo)軌，所述左右軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可沿著左右軸直線導(dǎo)軌左右移動的上下軸直線導(dǎo)軌，所述上下軸直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有可沿著上下軸直線導(dǎo)軌上下移動的前后軸直線導(dǎo)軌，前后軸直線導(dǎo)軌的前端分別設(shè)置有可任意調(diào)節(jié)焊接角度的焊槍。
2.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸導(dǎo)軌平臺的中間設(shè)置有2個沿著左右軸導(dǎo)軌平臺的左右方向設(shè)置的360°旋轉(zhuǎn)平臺，所述360°旋轉(zhuǎn)平臺是圓形的，通過設(shè)置在360°旋轉(zhuǎn)平臺下面的伺服電機帶動旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在左右軸導(dǎo)軌平臺的上部，所述左右軸直線導(dǎo)軌的下面左右軸導(dǎo)軌平臺的下方設(shè)置有左右軸直尺條，所述左右軸導(dǎo)軌平臺上左右軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有左右軸塑料橋鏈底托，左右軸塑料橋鏈底托上設(shè)置有左右軸塑料橋鏈和左右軸塑料橋鏈輪托。
4.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述上下軸直線導(dǎo)軌有兩根，上下軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有同時與兩根上下軸直線導(dǎo)軌連接的上下軸導(dǎo)軌滑塊，兩根上下軸直線導(dǎo)軌之間設(shè)置有上下軸絲桿座，上下軸絲桿座的中間設(shè)置有與上下軸導(dǎo)軌滑塊相連的上下軸滾珠絲桿，上下軸滾珠絲桿與設(shè)置在上下軸絲桿座上面的上下軸減速機和上下軸伺服電機連接。
5.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述上下軸直線導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)設(shè)置有上下軸塑料橋鏈和自動送絲機平臺，自動送絲機平臺上設(shè)置有自動送絲機。
6.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述前后軸直線導(dǎo)軌設(shè)置在通過直角固定板與上下軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸主橫梁上，前后軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有前后軸導(dǎo)軌滑塊，前后軸直線導(dǎo)軌的旁邊設(shè)置有塑料橋鏈固定底板，所述塑料橋鏈固定底板上設(shè)置有前后軸塑料橋鏈，前后軸直線導(dǎo)軌的一端設(shè)置有前后軸絲桿座，所述前后軸絲桿座中間設(shè)置有與前后軸導(dǎo)軌滑塊連接的前后軸滾珠絲桿，所述前后軸滾珠絲桿與設(shè)置在前后軸直線導(dǎo)軌另一端的前后軸伺服電機連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于在前后軸直線導(dǎo)軌的前端焊槍處設(shè)置有與焊槍連接的焊頭伺服電機，焊頭伺服電機的下方設(shè)置有與焊槍連接的焊頭減速機。
8.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述左右軸導(dǎo)軌平臺兩側(cè)的一端分別設(shè)置有減速機固定架，減速機固定架上設(shè)置有左右軸伺服電機和左右軸減速機，所述左右軸導(dǎo)軌平臺的下面設(shè)置有支撐腳，支撐腳下面設(shè)置有調(diào)節(jié)腳墊，所述自動焊機還包括與各個電機連接的總控制柜和與焊槍連接的二氧化碳保護焊機，所述二氧化碳保護焊機與二氧化碳氣罐連接。
9.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機，其特征在于所述自動焊機的每個焊接臂由5個自由度組成，5個自由度分別為3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串行相連，3個棱柱關(guān)節(jié)和2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別各自與電機連接，3個棱柱關(guān)節(jié)分別負責焊槍的左右運動、上下運動和前后運動，2個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)分別負責焊槍的回轉(zhuǎn)運動和搖擺運動，所述電機分別通過擴展運動控制卡連接伺服驅(qū)動器來控制，所述擴展運動控制卡分別與輸入輸出電路板、電機限位轉(zhuǎn)接電路和伺服電機轉(zhuǎn)接電路連接，擴展運動控制卡收到伺服驅(qū)動器傳回的關(guān)節(jié)碼盤信號，通過PID控制，輸出模擬的速度指令給伺服驅(qū)動器，使伺服驅(qū)動器工作在速度模式， 上位機通過以太網(wǎng)接口與運動控制卡相連，上位機通過串口與手持式操作盒相連，上位機監(jiān)視焊機的工作狀態(tài)，負責生成焊接軌跡，設(shè)計和存儲焊接模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的一種自動焊機的控制方法，其特征在于包括如下步驟: 1)采用棋盤格三個垂直面放置的方法來進行參數(shù)標定: a將棋盤格放置在左右平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置，i=l，2,…20; b將棋盤格放置在前后平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置f ，1=21, 2，…40 ； c將棋盤格放置在上下平面，通過手動操作關(guān)節(jié)使得焊槍終端遍歷棋盤格上的黑白格的交叉點，并記錄下關(guān)節(jié)位置fL，i=41，2,…60; d采用DH方法對焊機進行建模，得出終端計算公式 =tU11H (O 式中是4*4的矩陣，是焊槍終端在基座坐標系的4維齊次表示，;為+1，i=l，…5，為手臂關(guān)節(jié)i_l關(guān)節(jié)到i關(guān)節(jié)的坐標轉(zhuǎn)移矩陣； e由記錄下的關(guān)機位置？Lu r通過公式(I)可計算得出終端位置tlP5,計算值和真實值有偏差，該偏差可線性近似描述為: SP5 二 [Mi \dq + [Md]Sd+[Ma ]δα +[Μ,]胡⑵ 式中，<55表示實際參數(shù)與設(shè)計參數(shù)的誤差，根據(jù)(2)式采用最小二乘方法可計算出上述偏差，將偏 差與原始數(shù)據(jù)相加，得到更新后的DH參數(shù)，使用更新后的DH參數(shù)計算終端位置，計算偏差值，直至計算終端值與實際測量的誤差小于允許范圍，完成參數(shù)標定過程； 2)智能示教: a輸入焊接工件的設(shè)計圖紙，生成笛卡爾空間的焊接軌跡，點焊模塊由三個點組成，分別為起始點，中間點和終止點，弧焊模塊由三段共九個點組成，第一段為起始曲線部分，包括一個起始點，兩個中間點和一個終止點，第二段為中間過渡的近似直線部分，包括一個起始點、一個中間點和一個終止點，第三段為結(jié)束曲線部分，包括一個起始點，兩個中間點和一個終止點，相鄰兩段的終止點和起始點重合； b對每個焊接點附加以期望的最佳焊接姿態(tài)，以兩個相接工件的沿焊縫的法向量夾角的中線為最佳焊接姿態(tài)，采用俯仰角和搖擺角兩個自由度來表示； c將笛卡爾空間的軌跡，根據(jù)整定的參數(shù)來反解出對應(yīng)的關(guān)節(jié)空間軌跡；d將模塊組合起來形成整個工件的焊接流程，對相同的焊接模塊，采用復(fù)制的方法進行擴展； e對已生成的焊接模塊進行軌跡測試，對所包含的模塊逐一測試，采用手動操作方式對模塊的組成點進行修正，并用修正后的關(guān)節(jié)空間點替換原始的點，同時利用正運算給出隊形的任務(wù)空間的終端坐標，修正模塊的任務(wù)空間軌跡； f試運行焊接模塊進行焊接測試，調(diào)整焊接模塊的距離參數(shù)和速度參數(shù)，直到所測試模塊焊接效果滿意為止；3)安全運行: a工件焊接流程設(shè)計完畢后，給雙焊接臂分配焊接工作點或焊接工作模塊，使得整個焊接流程中雙臂每次焊接作業(yè)都是同時啟動，并確?；ハ嘀g不發(fā)送干涉； b進入?yún)?shù)設(shè)計界面，設(shè)計終端的保護高度，確認焊接各個工作點的速度和順序； c生成焊接流程代碼，并下載至擴展運動控制卡； d設(shè)定擴展運動控制卡進入PLC工作模式，由接近傳感器傳送工件上架完畢信號，啟動整個焊接流程，焊接完畢后，發(fā)出完畢信號燈指示，撤除焊好的工件，并將新工件上架；e焊機工作中，持續(xù)進行關(guān)節(jié)限位的檢測，采用比較器來濾除限位信號的誤報，所設(shè)計的閾值為4V; f將急停按鈕和限位的接近傳感器做成雙控開關(guān)； g在界面上實時顯示目前的工作進度，高亮顯示正在焊接的工作點，顯示焊機的電流和電壓； h每焊接完工 件，更新后臺數(shù)據(jù)庫，并在界面上顯示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動焊機，包括左右軸導(dǎo)軌平臺，所述左右軸導(dǎo)軌平臺的兩側(cè)分別設(shè)置有左右軸直線導(dǎo)軌，所述左右軸直線導(dǎo)軌上設(shè)置有可沿著左右軸直線導(dǎo)軌左右移動的上下軸直線導(dǎo)軌，所述上下軸直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有可沿著上下軸直線導(dǎo)軌上下移動的前后軸直線導(dǎo)軌，前后軸直線導(dǎo)軌的前端分別設(shè)置有可任意調(diào)節(jié)焊接角度的焊槍。本發(fā)明把復(fù)雜的焊接臂運動分拆成焊頭運動和工件運動兩種簡單的運動，利用電氣控制使其有效結(jié)合，使焊接動作簡單、快捷，提高焊接效率，實現(xiàn)焊接設(shè)備使用簡單化；同時降低設(shè)備制造成本，同時通過總控制柜的人機操作系統(tǒng)，實現(xiàn)專用設(shè)備加工工件及功能描述用的可視化；通過多自由度實時快速協(xié)調(diào)焊接加工控制，在保證質(zhì)量的前提下，通過任務(wù)空間的軌跡規(guī)劃，提升加工效率和加工適應(yīng)性，可提高生產(chǎn)效率近50%。
文檔編號B23K9/28GK103143819SQ20131009668
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者單才華, 韋巍, 項基, 周健, 尹如中, 江沛, 陳鵬, 屈凌翔, 何洋, 黃水華, 朱法領(lǐng), 王禹, 彭勇剛, 何建鋒 申請人:浙江正特集團有限公司, 浙江大學(xué)