一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统技术方案

本实用新型专利技术属于机器人焊接技术领域，具体来说是一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统，包括机器人本体、控制系统和等离子MIG复合焊接系统，机器人本体包括爬行机构和操作机构，所述控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱和机器人主控系统；所述等离子MIG复合焊接系统包括数字化MIG焊接电源、等离子电源、送丝机、保护气、等离子焊枪和MIG焊枪。本实用新型专利技术的优点在于等离子MIG复合焊接机器人能够适应大型钢结构的全位置焊缝形式，采用吸附式爬行机构，运动灵活，采用激光焊缝跟踪传感器，具备宏观环境监控及熔池监控系统，在全位置焊接时能够满足摆动要求、控制要求及运动要求。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人焊接
，具体来说是一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统。
技术介绍
MIG焊是指熔化极惰性气体保护电弧焊，这种焊接方法是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有氩气，氦气，二氧化碳气或这些的混合气体。以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊(在国际上称为MIG焊)；熔化极气体保护电弧焊的主要优点是可以方便的进行各种位置的焊接，同时也具有焊接速度较快，熔敷率较高的优点。对于大型结构的焊接，等离子MIG复合焊接能够提高焊接效率和焊接质量，但是·由于等离子MIG焊枪复合后的重量和体积不再适合焊工手工操作，需要开发用于等离子MIG焊接的机器人系统。等离子MIG焊接适合于大型结构厚板焊接，能一次性焊透25mm，应用于多层多道焊接时也能减少焊接布道。对于大型结构，部件本身结构、重量影响不适合旋转或转动，现有专用自动化焊接小车大多需要铺设轨道，轨道柔性范围有限，铺设工序繁琐；另一方面，大型构件的等离子MIG焊接自动化无法应用固定式机械手。焊接机器人系统一般由焊接承载机构、焊接系统、控制系统组成。承载机构又分为固定式工业机械手、轨道式小车、自主移动式机构；焊接系统由焊接电源、焊枪、保护气、送丝机构等组成；控制系统负责承载机构的运动、跟踪、焊接质量控制等。目前常用于大型钢结构焊接的是轨道式机器人焊接系统，该系统由机器人运行轨道、机器人及焊接系统组成，使用时需要预先进行轨道铺设，仅适用于能够铺设轨道的直焊缝，并且轨道的柔性在一定范围内，无法适应焊缝形式的变换。如专利申请号为201010180754. 1，申请日为2010年5月14日，名称为“焊接设定装置、焊接机器人系统及焊接设定方法”的专利技术专利，其主要技术方案为一种同时多层堆焊设定装置，具备层叠图案确定部，其基于各输入数据和层叠图案数据基值，确定与对象的接头对应的焊道的层叠图案；单独运转用焊道确定部，其在对象的两个接头的层叠图案中，表示对焊道进行组合时的熔敷金属量的剖面面积的差值超过预定的阈值时，将剖面面积大的一方的焊道作为单独运转用焊道排除之后，确定同时焊接的组合；焊接诸条件确定部，其确定包含与基于输入焊接条件算出的焊丝送给速度相对应的电流值及接缝形成位置的每个焊道焊接条件；动作程序生成部，其生成基于确定的焊接条件的机器人动作程序，并设定在机器人控制装置内。上述专利的焊接机器人系统采用轨道式排布，无法实现焊缝自动跟踪识别及自主移动功能，而且该焊接系统适合流水线形式的焊接并不适合对大型钢结构件实行自主焊接，焊缝类型区别较大。又如专利申请号为201019063009. 6，申请日为2010年2月5日，名称为“一种用于注塑机机架的焊接机器人工作站系统”的专利技术专利，包括焊接机器人、焊接装置、机器人移动滑台、焊枪冷却装置、智能寻位跟踪装置和机器人控制箱，焊接机器人安装在机器人移动滑台上；焊接装置分别与焊接机器人和焊枪冷却装置连接；机器人控制箱分别与焊接机器人、机器人移动滑台、焊接装置和智能寻位跟踪装置相连，用于控制焊接机器人的移动和焊接，上述专利的焊接机器人系统采用轨道式机器人焊接系统，无法实现机器人本体自动跟踪焊缝自由移动并完成焊接而且该机器人针对注塑机机架焊接，焊缝类型范围很有限。清华大学开发了履带式磁吸附自主移动焊接机器人，履带式吸附移动机构吸附可靠性好但转向性能差，造成机器人运动灵活性差、作业位置调整困难。北京石油化工学院开发了磁轮式自主移动焊接机器人，磁轮式吸附移动机构运动灵活性好但吸附能力差，对于等离子MIG大重型焊枪无法应用。所以现有的等离子MIG焊接机器人存在运动灵活性和吸附能力不能兼具的问题。
技术实现思路
为了克服现有的用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人存在运动灵活性和吸附能力不能兼具的问题，现在特别提出能满足大型钢结构立焊、兼具灵活性和吸附能力、高效高质量智能焊接的一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统。 为实现上述目的，本技术的技术方案如下一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统，包括机器人本体、控制系统和等离子MIG复合焊接系统，其特征在于机器人本体包括爬行机构和操作机构所述爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块、连接前后轮的车架和安装在车架上的电机驱动控制器；所述的操作机构包括十字滑块和摆动机构，摆动机构前端夹持等离子MIG复合焊枪，水平和垂直两个方向的自由度由两个丝杠导轨组合单元组合而成的十字滑块实现，摆动机构采用步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器；所述控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱和机器人主控系统；所述等离子MIG复合焊接系统包括数字化MIG焊接电源、等离子电源、送丝机、保护气、等离子焊枪和MIG焊枪；MIG焊枪、等离子焊枪、MIG焊接电源、等离子电源以及等离子MIG复合焊接系统之间的连接关系与其他焊接系统的焊枪、焊接电源以及焊接系统的连接关系存在明显不同，但是上述不同之处以及具体如何连接是则本领域技术人员所知晓的。机器人本体、控制系统和等离子MIG复合焊接系统三者通过线缆连接。所述前轮模块和后轮模块分别安装在车架两端，在后轮模块处设置有后轮底盘，后轮底盘上设置有永磁体；前轮模块为驱动转向一体化磁轮，包括永磁体和车轮，前轮的永磁体采用沿厚度方向磁化的环形永磁体；后轮模块采用永磁间隙吸附方式，包括永磁间隙吸附装置和车轮，永磁间隙吸附装置包括环绕车轮安装在后轮底盘上的永磁体，永磁间隙吸附装置环绕后轮安装在底盘上，所述永磁间隙吸附装置和导磁壁面间是非接触的，通过调节底盘和导磁壁面之间的距离设定永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙；所述爬行机构采用三轮结构，各车轮均为驱动轮，依靠两后轮的差速及前轮的受控转向角实现在导磁壁面上的转向和直线运动。所述的操作机构包括十字滑块横轴、十字滑块纵轴、连接臂、焊缝跟踪传感器连接件、焊枪连接件，十字滑块横轴与十字滑块纵轴是分别由步进电机与精密滚珠丝杠导轨组成，焊缝跟踪传感器安装在焊缝跟踪连接件的前端，焊枪连接件安装在连接臂的端部。所述传感系统包括激光跟踪传感器、环境监控传感器和熔池监控传感器，操作机构及环境监控传感器安装在爬行机构上，操作机构末端安装激光跟踪传感器、熔池监控传感器和等离子MIG复合焊枪，机器人本体控制箱安装在爬行机构上，机器人本体控制箱与机器人主控系统通过电缆相连，焊接电源、送丝机、保护气与等离子MIG复合焊枪通过线缆相连。所述的机器人控制系统的工作方式为操作者利用遥控手操盒控制机器人运动到起弧位置附近，再由机器人传感控制系统完成起始点位置的调整，最后由自主识别跟踪焊缝实现焊缝坡口中心点位置跟踪，机器人控制系统采用PCC或者其他工业PC作为主控系统，激光跟踪传感系统采集的坡口中心点偏差信号控制机器人本体和操作机构运动；等离 子MIG复合焊接系统的控制包含开关量控制、工艺参数设置、等离子弧和MIG弧起弧收弧协调控制。所述的机器人控制系统采用多自由度云台实现宏观焊接环境的监控，完成焊前起始点宏观操作；采用熔池监控传感器实现微观等离子枪和MIG枪的姿态调整，焊接过程的熔池监控，云台属于传感系统。等离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于等离子MIG复合焊接的自主移动式机器人系统，包括机器人本体、控制系统和等离子MIG复合焊接系统，其特征在于：机器人本体包括爬行机构（6）和操作机构（1）：所述爬行机构（6）包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块（17）、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块（20）、连接前后轮的车架（18）和安装在车架（18）上的电机驱动控制器（19）；所述的操作机构（1）包括十字滑块和摆动机构（46），摆动机构（46）前端夹持等离子MIG复合焊枪（3），水平和垂直两个方向的自由度由两个丝杠导轨组合单元组合而成的十字滑块实现，摆动机构（46）采用步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器（28）；控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱（8）和机器人主控系统（15）；所述等离子MIG复合焊接系统包括数字化MIG焊接电源（3）、等离子电源（12）、送丝机（11）、保护气（13）、等离子焊枪和MIG焊枪（14）；机器人本体、控制系统和等离子MIG复合焊接系统三者通过线缆（9）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：桂仲成，李永龙，董娜，陈博翁，肖唐杰，贺骥，姜周，徐立强，张帆，吴建东，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
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