一种关节型弧焊机器人制造技术

本发明专利技术提供一种关节型弧焊机器人，采用单片微型计算机开环控制技术控制，配合弧焊电源，实现变工位自动焊接和管道焊缝自动焊接。由焊接工具、关节型手臂、自动上料斗、行走机构、机器人控制器及控制电源组成。以固化在机器人控制器内的焊接控制软件，控制焊接工具、关节型手臂、自动上料斗、行走机构、相互配合，协调运动，进行自动焊接。

Joint type arc welding robot

The invention provides a joint type arc welding robot, which is controlled by an open loop control technique of a single chip microcomputer, and is combined with arc welding power source to realize automatic welding of variable position and automatic welding of pipe welds. It is composed of welding tools, articulated arm, automatic feeding hopper, walking mechanism, robot controller and control power supply. The welding tool, joint arm, automatic feeding hopper, running mechanism and coordination are controlled by the welding control software which is solidified in the robot controller, and the automatic welding is carried out.

【技术实现步骤摘要】
一种关节型弧焊机器人
本专利技术涉及一种机电一体化产品，确切讲，涉及一种电弧焊自动焊接设备。
技术介绍
目前，对管道环焊缝进行自动焊接的设备，主要有《焊接手册第一卷焊接方法和设备》所述的“全位置自动焊机”，和《微型计算机在焊接中的应用》文所述的“固定管道全自动TIG焊机”。其结构由焊接机头、行走环行导轨、控制系统组成。对焊枪位置的控制采用焊枪位置信号、逻辑控制模板、焊枪回转模板、送丝控制模板、弧压控制模板、磁控电弧摆动模板、机械电弧摆动模板等实现。控制系统包括微型计算机和控制柜，微型计算机由主机、键盘、显示器、输入设备、输入输出接口等组成；控制柜由输入输出接口电路、功率驱动电路和焊枪位置控制的各种模板组成。自动焊接软件是根据焊接工艺，预先编程并存储在软盘或硬盘上。焊接时，在微型计算机系统软件的支持下，从软盘或硬盘上调入计算机内存执行。微型计算机输出的控制信号通过输出接口输送到控制柜，经功率放大后驱动各执行元件，进行自动焊接。除此之外，还有《焊接手册第一卷焊接方法和设备》、《工业机器人》、《机器人控制技术》文中所述的“弧焊机器人”，其结构由机械系统、控制系统、驱动系统组成。其中机械系统包括机身、关节型手臂、焊接工具。为了把示教的运动轨迹转变为对应关节轴的数据，在机身、关节型手臂的各关节轴设置了检测元件，检测的数据存入主控微型计算机。控制系统的微型计算机分为两部分，一部分是主控微型计算机，另一部分是从微型计算机或单片微型计算机。驱动系统一般为液压驱动或电动驱动，控制部分常以动力站的形式单独放置。对弧焊机器人的编程，都是在微型计算机系统软件的支持下进行。具体有几种方式：示教编程、离线编程、机器人语言编程。示教编程是目前使用最普遍地方法，这种方法编制程序是在机器人现场进行，操作人员可以手扶机器人按给定运动轨迹运动，或操作示教盒的按钮驱动机器人按给定运动轨迹运动，将各定运动轨迹转化为机器人各关节轴的角度信息，记录进主控微型计算机的内存储器；复现运动时，主控微型计算机从内存读出相应信息，采用插补算法和机器人逆向运动学算法，将运动轨迹中间点的位置和姿态，转变为对应关节轴应旋转的角度信息，并向从微型计算机或单片微型计算机发出控制命令，驱动各关节轴，在一定精度范围内复现示教运动。在示教和复现阶段，都必须利用主控微型计算机。上述的自动焊接设备，其机械系统、控制系统、驱动系统都是单独自成一体，尤其是基于微型计算机的控制系统，除控制柜外，微型计算机一般都由主机、键盘、显示器、输入设备、输入输出接口组成。这样的结构和编程方式以及复现运动的方法，导致了自动焊接设备不仅系统复杂，价格昂贵，而且体积大、重量重，不便于携带，不便于在焊接生产现场频繁移动。焊接方式均采用钨极气体保护电弧焊，不仅焊接生产效率较低，而且焊接时，需要氩气、氦气、或这些气体的混合气作为焊接时的保护气体，购买气体，运输气瓶，导致焊接生产成本上升；作为导电电极和填充金属的焊丝，以盘卷的形式供自动焊接使用，气瓶、焊丝也不便于在焊接生产现场频繁移动。采用上述现有技术的自动焊接设备，适用于在固定的焊接生产现场使用，或在流水作业生产线上固定工位作业。在电力、石油、化工企业管道系统安装焊接中，焊接生产方式是：在一个管道焊缝焊接完后，移动焊接设备到下一个管道焊缝处再进行焊接，焊接设备需要在焊接现生产场频繁移动。由于焊接生产现场多数是远离城市的平原、沙漠、丘陵等地区，采用上述现有技术的自动焊接设备，进行管道焊缝自动焊接，受到下述几个方面的限制：1.不便于携带自动焊接设备、和在焊接生产现场频繁移动自动焊接设备；2.不可能或不便于灌装氩气，不便于携带氩气气瓶；3.新增购买氩气、往返运输费，增加了焊接生产的成本；4.焊接生产效率较低，延长了管道系统安装工程的建设周期。上述原因，限制了采用上述现有技术的自动焊接设备，在电力、石油、化工企业管道系统安装焊接中的使用。所以，几十年来，在管道焊接生产中，都是采用手工电弧焊焊接。采用手工电弧焊焊接，不仅焊接生产条件差，工人劳动强度大，且焊接质量波动大，易受工人技术状况、心理情绪的影响。随着微型计算机、单片微型计算机、机器人技术的发展和应用，在管道焊接生产中，实施自动焊接技术已具备了必要的技术基础。
技术实现思路
本专利技术是针对采用现有技术的自动焊接设备，在电力、石油、化工企业管道系统安装焊接中存在的不足，和实施自动焊接的需要，提供一种便于携带、便于在焊接生产现场频繁移动的关节型弧焊机器人，其主要目的是：在管道焊接生产中实现自动焊接，提高焊接生产效率和焊接质量，降低焊接生产成本。本专利技术的上述目的是这样实现的：首先由关节型手臂、机身、行走机构、机器人控制器、控制电源组成关节型机器人。其中，关节型手臂、行走机构、机器人控制器为模块结构。可根据焊接方式、焊接管道的直径、焊缝焊接的层数，选择各规格的模块部件装配。具体结构是：行走机构直接安装在生产作业现场或生产作业对象上；行走机构上安装机身，机身上安装关节型手臂，关节型手臂的肩部上安装机器人控制器，以上三件组合为一体；控制电源单独为一体，安装在行走机构上，通过电缆和机器人控制器连接。关节型机器人分为三个分体，分体重量轻、便于携带，装配后，结构紧凑，便于在生产作业现场频繁移动。再以关节型机器人为基体，在关节型手臂上安装焊接工具，机身位置安装自动上料斗，构成专用的关节型弧焊机器人。在焊接方式的选择上，按照技术经济的观点，可采用以药皮焊条焊接整个焊道；或以钨极氩弧焊焊接底层，药皮焊条焊接中层和盖面的焊接方式。焊接生产作业时，将关节型弧焊机器人安装在焊接管道上，启动关节型弧焊机器人，在机器人控制器固化的控制软件控制下，关节型弧焊机器人实现行走，和模仿人手与手臂的焊接动作，配合弧焊电源，或钨极氩弧焊电源，进行自动焊接。一个焊道焊接完毕或钨极氩弧焊焊接底层完毕，移动关节型弧焊机器人到下一个焊缝进行自动焊接，以类似流水生产作业的方式进行管道焊缝自动焊接。下面对每一个部件作简要的说明：焊接工具有两种类型：焊钳和焊炬。关节型手臂由肩部、大臂、小臂、手腕组成，肩部、大臂、小臂、手腕为模块结构。肩部与大臂之间由肩关节轴铰链联结，大臂与小臂之间由肘关节轴铰链联结，小臂与手腕之间由腕关节轴铰链联结。手腕上可安装焊钳或焊炬和送丝器。具有三个功能：可操作安装的焊钳钳指开、闭；操作安装的焊钳或焊炬作微小转动；操作安装的焊钳或送丝器作微小往复运动。自动上料斗内放置药皮焊条或焊丝，在自动焊接中，配合关节型手臂送出药皮焊条或焊丝。待药皮焊条或焊丝使用完后，可快速换装。行走机构的导轨安装在焊接的管道上，行走机构安装在导轨里。行走机构被限位在导轨里行走，保证了关节型弧焊机器人的位置在运动中不发生偏移。关节型手臂的肩部安装机器人控制器，控制电源放置在行走机构上，通过电缆和机器人控制器连接。机器人控制器包括单片机系统和输入接口电路、输出功率驱动电路。控制方案是基于单片机的全软件开环控制系统，这种全软件的控制方案，缩小了机器人控制器的体积。控制电源由两组蓄电池组成。自动焊接过程中，焊接运动轨迹始终跟踪焊缝是实现自动焊接的关键，在本技术方案中是这样实现跟踪焊缝的：行走机构直接安装在焊接管道上，行走机构上安装自动上料斗，自动上料斗上安装关节型手臂，关节型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种关节型机器人，所述的关节型机器人包括关节型手臂、机身，其特征是具有行走机构、控制电源、固化了机器人控制软件的机器人控制器；关节型手臂、行走机构、机器人控制器分别为模块结构，可根据生产作业的需要，改变关节型机器人的组成；在行走机构上安装机身，机身上安装关节型手臂，关节型手臂上安装机器人控制器，控制电源安装在行走机构上，关节型手臂上安装专用末端操作器完成生产作业；机器人控制器的中央处理器采用单片机，控制系统为基于单片机的全软件开环控制系统，以离线编程开发关节型机器人控制软件，固化在机器人控制器内。

【技术特征摘要】
1.一种关节型机器人，所述的关节型机器人包括关节型手臂、机身，其特征是具有行走机构、控制电源、固化了机器人控制软件的机器人控制器；关节型手臂、行走机构、机器人控制器分别为模块结构，可根据生产作业的需要，改变关节型机器人的组成；在行走机构上安装机身，机身上安装关节型手臂，关节型手臂上安装机器人控制器，控制电源安装在行走机构上，关节型手臂上安装专用末端操作器完成生产作业；机器人控制器的中央处理器采用单片机，控制系统为基于单片机的全软件开环控制系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：马海霞，
申请(专利权)人：长沙展朔轩兴信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43