一種車載并聯焊接機器人系統的制作方法
【專利摘要】本案為車載并聯焊接機器人系統，包括：車身，其底部設有車輪，其內安裝有第一電機，控制器和驅動器；立柱，其固定在車身上，其上設有并聯焊接機器人，并且其為并聯焊接機器人的基體；其內安裝有傳動裝置、第二電機；并聯焊接機器人包括相并聯的第一三桿支鏈、第二三桿支鏈、第三三桿支鏈、第四三桿支鏈以及并聯機器人動平臺，其與第一、第二、第三、第四三桿支鏈聯動相連，其用于安裝焊槍；其中，每條三桿支鏈上設有關節傳感器；每條三桿支鏈通過傳動裝置與第二電機相連，關節傳感器與控制器輸入端連接，驅動器與控制器輸出端連接，驅動器驅動所述車輪運動；三桿支鏈驅動所述并聯機器人動平臺實現與車身前進方向垂直的平面運動。
【專利說明】
一種車載并聯焊接機器人系統
技術領域
[0001 ]本發明屬于自動化焊接設備領域，具體涉及一種自動化的車載并聯焊接機器人系統。
【背景技術】
[0002]焊接小車是在焊接領域的一種常見焊接設備。目前，焊接小車是市場上的主要產品。焊接時小車可以沿著導軌行走或沿直線前進。在與前進方向垂直的平面內，焊接小車上一般都安裝兩個相互垂直的移動副末端安裝焊槍。因而焊接小車上的焊槍在理論上可以抵達三維空間任意位置，但是焊接的角度不能主動調整。在移動副末端加裝了擺弧器的焊接小車，其焊槍角度可以進行小幅度調整，但一般不超過10° (±5°)。因而這些焊接小車一般只能在平面內進行焊接，很難同時勝任立焊和仰焊等任務。這極大地限制了小車焊接作業的靈活性，無法完成焊縫為三維空間內復雜曲線的焊接任務，無法充分發揮焊接小車的運動性能。
[0003]除了焊接靈活性以外，這類焊接小車的另一個缺點是運動部件質量重、慣性大，增加了焊接過程中小車維持平衡的難度、施焊點精度控制的難度。原因是這類焊接小車在結構上是由移動副串聯形成，每個移動副上都需安裝驅動電機。由于工作過程中，移動副是以懸臂梁的形式受力，為了保證焊接操作的精度，必須保證移動副剛度。
【發明內容】
[0004]為克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種能夠實現焊接角度大范圍(>180°)靈活調整和減小運動部件重量和慣量的車載并聯焊接機器人系統。
[0005]為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現:
[0006]車載并聯焊接機器人系統，包括:
[0007]車身，其底部設有車輪，其內安裝有用于控制所述車輪的第一電機，控制器和驅動器；
[0008]立柱，其固定在所述車身上，其上設有并聯焊接機器人，并且其為所述并聯焊接機器人的基體;其內安裝有傳動裝置，以及控制所述并聯焊接機器人的第二電機；
[0009]所述并聯焊接機器人包括相并聯的第一三桿支鏈、第二三桿支鏈、第三三桿支鏈、第四三桿支鏈以及:
[0010]并聯機器人動平臺，其與所述第一三桿支鏈、第二三桿支鏈、第三三桿支鏈、第四三桿支鏈聯動相連，其用于安裝焊槍；
[0011]其中，每條所述三桿支鏈上設有關節傳感器;每條所述三桿支鏈通過所述傳動裝置與所述第二電機相連，所述關節傳感器與所述控制器輸入端連接，所述驅動器與所述控制器輸出端連接，所述驅動器驅動所述車輪運動;所述三桿支鏈驅動所述并聯機器人動平臺實現與所述車身前進方向垂直的平面運動。
[0012]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，所述第一三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第二三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第三三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第四三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;其中，所述第一三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副與所述第二三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副共軸；所述第三三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副與所述第四三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副共軸。
[0013]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，所述關節傳感器設于每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱的轉動副內，通過所述關節傳感器反饋角度和角速度信號給所述控制器。
[0014]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱的轉動副通過所述傳動裝置與所述第二電機相連;其余轉動副為分別對應于每條所述三桿支鏈的被動轉動副。
[0015]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，每條所述三桿支鏈的連桿均為二力桿。
[0016]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，還包括軌道，所述車身在軌道上包括至少四種工況。
[0017]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，所述至少四個工況包括第一立焊工況，第一仰焊工況，第二仰焊工況，第三仰焊工況，第二立焊工況。
[0018]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，還包括視覺系統和智能控制系統；
[0019]所述視覺系統用于識別場景、焊縫以及所述焊槍末端位置;所述智能控制系統安裝在所述車身內，其與所述控制器通信連接，其用于將所述焊槍末端位置信號和所述關節傳感器反饋信號構建雙閉環控制系統，實現所述焊槍的焊接軌跡規劃和焊縫實時跟蹤。
[0020]優選的是，所述的車載并聯焊接機器人系統，其中，還包括攝像頭，其設于所述并聯機器人動平臺上，用于識別焊縫以及所述焊槍末端位置。
[0021 ]本發明的有益效果:本案通過第一電機、控制器和驅動器安裝于車身內；但是三個支鏈的驅動電機難以安裝在狹隘的車身內，因此第二電機、傳動裝置裝設于立柱內，降低重心的同時合理的利用車身空間，結構緊湊;所有四條支鏈中的連桿都是二力桿，保證剛度的同時減輕運動部件重量和慣量;實現焊接角度大范圍靈活調整和減小運動部件重量和慣量，由于53b和63b共軸，支鏈5和6能夠完全確定軸線的空間位置；同理73b和83b共軸，支鏈7和8完全確定軸線的空間位置。因此動平臺9可以無奇異的實現全周轉動，實現焊接小車焊接角度大范圍靈活調整(無奇異的全周轉動，角度大范圍(>180°))，提高焊接靈活性，使得焊接小車能夠同時勝任立焊和仰焊等任務，能夠焊接空間復雜曲線焊縫;提高了焊接小車運動性能;通過視覺系統對場景進行三維場景重構，識別焊縫以及焊槍末端位置;根據三維場景和焊縫規劃焊接軌跡;通過驅動車輪實現焊接小車的運動;通過驅動并聯機器人實現與小車前進方向垂直的平面運動;根據焊槍末端位置信號和傳感器反饋信號構建雙閉環控制系統，實現焊縫跟蹤;最終實現整個車載并聯焊接機器人系統自動化焊接。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明一實施例所述的車載并聯焊接機器人系統的結構示意圖；
[0023]圖2為本發明一實施例所述的車載并聯焊接機器人系統中的焊接各工況示意圖；
[0024]圖3為本發明一實施例所述的車載并聯焊接機器人系統中的焊接空間復雜焊縫示意圖。
[0025]其中，1-車輪；2-車身；3-攝像頭；4-立柱；5-第一RRR支鏈，包括三個轉動副51b、52b、53b和兩根連桿51a、52a ； 6-第二 RRR支鏈，包括三個轉動副61b、62b、63b和兩根連桿61a、62a; 7-第三RRR支鏈，包括三個轉動副71b、72b、73b和兩根連桿71a、72a; 8-第四RRR支鏈，包括三個轉動副81b、82b、83b和兩根連桿81a、82a;9-并聯機器人動平臺；10-焊槍；11-地面;12?16表示焊接小車分別處于:12-立焊工況，13-仰焊工況，14-第一仰焊工況，15-第二仰焊工況，16-立焊工況;17-空間復雜焊縫;18-待焊接工件。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0027]車載并聯焊接機器人系統，請參閱附圖1，包括:
[0028]車身2，其底部設有車輪I，其內安裝有用于控制所述車輪I的第一電機、控制器和驅動器；
[0029]立柱4，其固定在所述車身2上，其上設有并聯焊接機器人，并且其為所述并聯焊接機器人的基體;其內安裝有傳動裝置，以及控制所述并聯焊接機器人的第二電機；
[0030]所述并聯焊接機器人包括相并聯的第一三桿支鏈5、第二三桿支鏈6、第三三桿支鏈7、第四三桿支鏈8以及:
[0031 ]并聯機器人動平臺9，其與所述第一三桿支鏈5、第二三桿支鏈6、第三三桿支鏈7、第四三桿支鏈8聯動相連，其用于安裝焊槍10;
[0032]其中，每條所述三桿支鏈上設有關節傳感器;每條所述三桿支鏈通過所述傳動裝置與所述第二電機相連，所述關節傳感器與所述控制器輸入端連接，所述驅動器與所述控制器輸出端連接，所述驅動器驅動所述車輪I運動;所述三桿支鏈驅動所述并聯機器人動平臺9實現與所述車身2前進方向垂直的平面運動。
[0033]進一步的，所述第一三桿支鏈5包括三個轉動副51b、52b、53b和兩根連桿51a、52a;所述第二三桿支鏈6包括三個轉動副61b、62b、63b和兩根連桿61a、62a;所述第三三桿支鏈7包括三個轉動副71b、72b、73b和兩根連桿71a、72a，所述第四三桿支鏈包括三個轉動副81b、82b、83b和兩根連桿81a、82a;其中，所述第一三桿支鏈5上最遠離所述立柱的轉動副53b與所述第二三桿支鏈6上最遠離所述立柱的轉動副63b共軸;所述第三三桿支鏈7上最遠離所述立柱的轉動副73b與所述第四三桿支鏈8上最遠離所述立柱的轉動副83b共軸。由于53b和63b共軸，支鏈5和6能夠完全確定軸線的空間位置；同理73b和83b共軸，支鏈7和8完全確定軸線的空間位置。因此動平臺9可以無奇異的實現全周轉動。
[0034]進一步的，所述關節傳感器設于每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱4的轉動副內，即所述轉動副51b、61b、71b內，通過所述關節傳感器反饋角度和角速度信號給所述控制器。
[0035]進一步的，每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱4的轉動副通過所述傳動裝置與所述第二電機相連;其余轉動副為分別對應于每條所述三桿支鏈的被動轉動副。
[0036]進一步的，每條所述三桿支鏈的連桿均為二力桿。
[0037]進一步的，請參閱附圖2-3，待焊接工件18的空間復雜焊縫17需要焊接時，還包括軌道10，所述車身2在軌道上包括至少四種工況。
[0038]進一步的，所述至少四個工況包括第一立焊工況12，第一仰焊工況13，第二仰焊工況14，第三仰焊工況15，第二立焊工況16。
[0039]進一步的，還包括視覺系統和智能控制系統；
[0040]所述視覺系統用于識別場景、焊縫以及所述焊槍末端位置;所述智能控制系統安裝在所述車身2內，其與所述控制器通信連接，其用于將所述焊槍末端位置信號和所述關節傳感器反饋信號構建雙閉環控制系統，實現所述焊槍的焊接軌跡規劃和焊縫實時跟蹤。
[0041]進一步的，還包括攝像頭3，其設于所述并聯機器人動平臺9上，用于識別焊縫以及所述焊槍末端位置。
[0042]本案通過視覺系統對場景進行三維場景重構，識別焊縫以及焊槍末端位置;根據三維場景和焊縫規劃焊接軌跡;通過驅動車輪I實現焊接小車的運動;通過驅動并聯機器人實現與小車前進方向垂直的平面運動;根據焊槍末端位置信號和傳感器反饋信號構建雙閉環控制系統，實現焊縫跟蹤，實現焊接自動化。
[0043]盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
【主權項】
1.車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，包括: 車身，其底部設有車輪，其內安裝有用于控制所述車輪的第一電機，控制器和驅動器； 立柱，其固定在所述車身上，其上設有并聯焊接機器人，并且其為所述并聯焊接機器人的基體;其內安裝有傳動裝置，以及控制所述并聯焊接機器人的第二電機； 所述并聯焊接機器人包括相并聯的第一三桿支鏈、第二三桿支鏈、第三三桿支鏈、第四三桿支鏈以及: 并聯機器人動平臺，其與所述第一三桿支鏈、第二三桿支鏈、第三三桿支鏈、第四三桿支鏈聯動相連，其用于安裝焊槍； 其中，每條所述三桿支鏈上設有關節傳感器;每條所述三桿支鏈通過所述傳動裝置與所述第二電機相連，所述關節傳感器與所述控制器輸入端連接，所述驅動器與所述控制器輸出端連接，所述驅動器驅動所述車輪運動;所述三桿支鏈驅動所述并聯機器人動平臺實現與所述車身前進方向垂直的平面運動。2.如權利要求1所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，所述第一三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第二三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第三三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;所述第四三桿支鏈包括三個轉動副和兩根連桿;其中，所述第一三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副與所述第二三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副共軸;所述第三三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副與所述第四三桿支鏈上最遠離所述立柱的轉動副共軸。3.如權利要求2所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，所述關節傳感器設于每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱的轉動副內，通過所述關節傳感器反饋角度和角速度信號給所述控制器。4.如權利要求3所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，每條所述三桿支鏈的最靠近所述立柱的轉動副通過所述傳動裝置與所述第二電機相連;其余轉動副為分別對應于每條所述三桿支鏈的被動轉動副。5.如權利要求4所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，每條所述三桿支鏈的連桿均為二力桿。6.如權利要求5所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，還包括軌道，所述車身在軌道上包括至少四種工況。7.如權利要求6所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，所述至少四個工況包括第一立焊工況，第一仰焊工況，第二仰焊工況，第三仰焊工況，第二立焊工況。8.如權利要求5所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，還包括視覺系統和智能控制系統； 所述視覺系統用于識別場景、焊縫以及所述焊槍末端位置;所述智能控制系統安裝在所述車身內，其與所述控制器通信連接，其用于將所述焊槍末端位置信號和所述關節傳感器反饋信號構建雙閉環控制系統，實現所述焊槍的焊接軌跡規劃和焊縫實時跟蹤。9.如權利要求8所述的車載并聯焊接機器人系統，其特征在于，還包括攝像頭，其設于所述并聯機器人動平臺上，用于識別焊縫以及所述焊槍末端位置。
【文檔編號】B23K37/02GK105904133SQ201610523911
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】呂偉新, 趙龍海, 張向鋒, 劉鵬, 郭振杰, 王磊
【申請人】蘇州睿牛機器人技術有限公司