弯曲焊缝自主移动焊接机器人系统技术方案

一种弯曲焊缝自主移动焊接机器人系统，包括工业控制计算机（１８），其特征在于：还包括轮式机器人（２７）、旋转电弧传感器（２９）、机器人驱动控制跟踪器（２８），其中轮式机器人（２７）由车体（５）、两个前轮（４）、两个后轮（１１）和用来精密跟踪焊缝的十字滑块（８）组成，两个前轮（４）为转向轮，采用步进电机（７）控制，两个后轮（１１）为驱动轮，采用交流伺服电机（１２）驱动差速器（１０）来控制；旋转电弧传感器（２９）由旋转焊炬（３）、焊接电源（２６）、霍尔传感器（２５）、光电码盘（２）、送丝机构和控制电路组成，其中直接充当焊枪的旋转焊炬（３）又由电极（３９）、电弧传感器电动机（４０）、偏心机构（４１）和调心轴承（４２）组成，控制电路由旋转驱动电路（２３）、放大整形电路（２４）、模拟／数字（Ａ／Ｄ）模块（２２）、脉冲宽度调制电路（１９）、频率电压转换电路（２０）和数字隔离电路（２１）组成；机器人驱动控制跟踪器（２８）由数字信号处理器（１７）、交流伺服驱动器（１３）、上下直流驱动器（１４）、左右直流驱动器（１５）和步进电机驱动器（１６）组成，交流伺服驱动器（１３）驱动后轮（１１）的交流伺服电机（１２），步进电机驱动器（１６）驱动转向前轮（４）的步进电机（７），上下直流驱动器（１４）驱动十字滑块（８）的上下直流伺服电机，左右直流驱动器（１５）驱动十字滑块（８）的左右直流伺服电机（３６）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Automatic welding robot system with curved welding seam

A curved seam autonomous mobile welding robot system, including industrial control computer (18), characterized in that: a wheeled robot (27), rotating arc sensor (29), robot control tracker (28), the wheeled robot (27) from the car body (5), the two front wheels (4) two, a rear wheel (11) and is used for precision tracking of weld cross slider (8), two (4) for the front wheel steering wheel, using stepper motor control (7), two (11) for the rear wheel drive wheel, the AC servo motor (12) drives the differential (10) to control; the rotating arc sensor (29) by rotating torch (3), Holzer (26), welding power sensor (25), photoelectric encoder (2), wire feeding mechanism and a control circuit. The road, which is directly used as a rotating torch gun (3) and (39) by the electrode arc sensor, the motor (40), eccentric mechanism (41) and self-aligning bearing (42). The control circuit is composed of a rotary drive circuit (23), amplifying and shaping circuit (24), A (analog to digital / D) module (22), pulse width modulation circuit (19) and frequency voltage conversion circuit (20) and digital isolation circuit (21); robot control tracker (28) by digital signal processor (17), AC servo driver (13), DC (14), DC drive drive (15) and the stepper motor driver (16), AC servo driver (13) driving the rear wheels (11) of the AC servo motor ( 12), stepper motor driver (16) (4) of the front wheel steering drive stepper motor (7), upper and lower DC Driver (14) driving slider (8) on the DC servo motor, DC drive around (15) driving slider (8) around the DC servo motor (36).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊接自动化技术，尤其是涉及一种在非结构环境下的弯曲焊缝自主移动焊接机器人系统。
技术介绍
在结构环境下焊接自动化水平由于机器人应用得到了极大的提高，如汽车生产线、工程机械等行业，但是在非结构环境下大型工件焊接如发电、石化、造船等行业却仍然处于人工和机械化加人工监控状况。传统的手工焊接方法无论焊接质量的一致性还是焊接效率均不能满足现代高技术产品制造的质量、数量的要求。采用带轨道的机械化焊接，对焊件加工、轨道安装提出了很高要求，需要安装轨道与施焊的焊缝严格平行，一般情况下这点很难做到，同时铺设轨道是一件相当繁琐与费时的事情，不利于提高焊接效率。为了保证焊接质量，在焊接过程中还必须要进行人工的监控。为了实现极大程度地提高焊接自动化水平，国内外进行了大量的研究，一种方法是在带轨道的机械化焊接装置上加焊缝跟踪传感器，在安装保证轨道与施焊的焊缝基本平行的基础上，利用传感、信息处理和反馈控制系统进行微调焊枪实现焊缝跟踪，一般的传感器是附加式，如激光图像传感器、光电传感器、机械接触传感器，这些传感器存在超前性，对于弯曲焊缝很难实现准确的跟踪。另一方面人们为了摆脱轨道的约束，开发了轮式无轨小车，但是小车运动采用了靠模方式以保证焊接过程中焊枪与焊缝平行。因此要实现非结构环境下弯曲焊缝焊接的自动化需要解决三个关键问题一是要研制能够自主移动机器人系统，无需轨道和靠模，实现比较灵活的运动控制；二是要研制能够实时性强的焊缝跟踪传感器，能够把当前焊枪偏离焊缝的信息进行实时检测，不存在超前性和滞后性问题；三是要研究机器人焊缝跟踪控制技术，实现精确的焊缝跟踪。而当前的大部分四轮移动机器人都是将前面两轮作为随动轮，前面两轮只起到支撑车体的作用而无导向功能，后面两轮为主动轮，分别驱动车体运动；通过调节两后轮的转速可以控制车体的运行速度和转动角速度，这种设计车体的驱动与转向均由后轮来完成，控制简单，但是盲目性大，转弯速度差不易确定，无法精确跟踪焊缝。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在非结构环境下机器人能够自主移动、焊缝识别传感实时性强、焊缝跟踪智能控制精确的弯曲焊缝自主移动焊接机器人系统。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术包括工业控制计算机，特征是还包括轮式机器人、旋转电弧传感器和机器人驱动控制跟踪器，旋转电弧传感器直接充当轮式机器人的焊枪，它将焊炬高度的变化转换为焊接电流的变化，经过控制电路变成数字信号送入工业控制计算机进行处理，工业控制计算机将该信号进行数字滤波后求得左右、高低偏差，经过机器人驱动控制跟踪器得到左右、高低控制信号，同时控制四个驱动器，从而驱动轮式机器人车体与十字滑块，达到焊缝跟踪的目的。轮式机器人由车体、两个前轮、两个后轮和十字滑块组成，两个前轮为转向轮，采用步进电机控制，两个后轮为驱动轮，采用交流伺服电机驱动差速器来控制，用来精密跟踪焊缝的十字滑块固定在车体上，由水平方向丝杆和垂直方向丝杆组成，这两个丝杆分别由两个直流伺服电机驱动。为了防止机构到限位后锁死使电机电流升高烧毁电机，在十字滑块上加装有限位开关，在两个前轮上加装有位移传感器来检测极限位置中位，当一旦达到限位位置，则必须让电机反向运动。旋转电弧传感器由旋转焊炬、焊接电源、霍尔传感器、光电码盘、送丝机构和控制电路组成，其中直接充当焊枪的旋转焊炬又由电极、电弧传感器电动机、偏心机构、调心轴承组成，控制电路由旋转驱动电路、放大整形电路、模拟/数字(A/D)模块、脉冲宽度调制电路、频率电压转换电路和数字隔离电路组成。安装在电弧传感器电动机转轴上的光电码盘与电机等速旋转，光电码盘每旋转一周，就可测定电机的转速和测定旋转焊炬相对于焊接坡口的角位移，转速和角位移经过放大整形电路限幅整形后分别送入频率电压转换电路和数字隔离电路，经频率电压转换电路转换的电压信号送入脉冲宽度调制电路，与工业控制计算机送来的标准电压信号在脉冲宽度调制电路进行比较，脉冲宽度调制电路输出偏差信号给旋转驱动电路至电弧传感器电动机，调节电弧传感器电动机的转速，而经数字隔离电路处理的信号经过模拟/数字模块采集变成数字信号送入工业控制计算机进行处理。霍尔传感器将焊炬高度的变化引起的焊接电流的变化转化成0～5V标准电压，经过模拟/数字模块采集变成数字信号送入工业控制计算机进行处理。安装在电弧传感器电动机转轴上的光电码盘的边缘开有一个深槽和64个浅槽，光电管由一个红外发光管和一个光敏接受管组成。机器人驱动控制跟踪器由数字信号处理器、交流伺服驱动器、步进电机驱动器、上下直流驱动器、左右直流驱动器和步进电机驱动器组成，它可以同步控制四个驱动器即四个运动轴，实现复杂的多轴协调运动，也就是驱动后轮的交流伺服电机、转向前轮的步进电机、十字滑块水平直流伺服电机和十字滑块垂直直流伺服电机。本专利技术由工业控制计算机、轮式机器人、旋转电弧传感器和机器人驱动控制跟踪器四部分组成，由于轮式机器人采用前轮转向、后轮驱动的结构，差速器能动调整两个后轮的速度来现车体绕瞬心转动，因而前进方向与速度可以实现独立控制，虽然结构较复杂，但控制准确性大大提高，这样轮式机器人在一定的误差范围内就能粗略跟踪焊缝，而十字滑块能使轮式机器人实时准确进行焊缝跟踪。旋转电弧传感器将采集信号送给工业控制计算机，经工业控制计算机处理后送至机器人驱动控制跟踪器，由机器人驱动控制跟踪器行控制后轮的交流伺服电机、前轮的转向步进电机、十字滑块水平直流伺服电机和十字滑块垂直直流伺服电机的转速，从而能精密跟踪焊缝，使轮式机器人既能在平面位置内自主移动，自动寻找焊缝，又能进行跟踪，跟踪精度在±0.5mm以内，可以保证在非结构环境下的大型结构焊接的焊接质量和焊接效率的要求，实现了弯曲焊缝焊接自动化。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为十字滑块的内部结构示意图；图3为图2的右视图；图4为旋转焊炬的剖视图；图5为光电码盘的结构示意图；图6为光电码盘和光电管的结构示意图；图7为弯曲焊缝的跟踪效果图。具体实施例方式下面结合实施例并对照附图对本技术作进一步详细说明。本专利技术由工业控制计算机18、轮式机器人27、机器人驱动控制跟踪器28和旋转电弧传感器29组成。轮式机器人27由车体5、两个前轮4、两个后轮11和用来精密跟踪焊缝的十字滑块8组成，两个前轮4为转向轮，采用步进电机7控制，两个后轮11为驱动轮，采用交流伺服电机12驱动差速器10来控制。十字滑块8固定在车体5上，由上下十字滑块30和左右十字滑块32组成，左右十字滑块32由方向螺母31和左右方向丝杆34组成，与左右十字滑块32同样结构的上下十字滑块30也由上下方向螺母和上下方向丝杆组成，左右方向丝杆34由左右直流伺服电机36驱动，上下方向丝杆由上下直流伺服电机驱动，左右直流伺服电机36旋转带动同步带37旋转，同步带37带动左右方向丝杆34旋转，左右方向丝杆34旋转带动左右方向螺母31旋转，当用导柱33导向后，左右方向螺母31化旋转为相对丝杆直线移动，而左右十字滑快32的左右方向螺母31固接在支撑板9上，则其相对支撑板9左右运动，上下十字滑快30的上下方向螺母固接在左右十字滑块32上，则其相对左右十字滑块32上下运动，旋转焊炬3固接在上下十字滑块30上，与其一起运动，同步带37的松紧由张紧轮38调节。为了防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，徐健宁，王海东，贾剑平，谷争时，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：