本實(shí)用新型涉及機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種能夠在焊接過(guò)程中對(duì)焊接位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的焊接方法主要包括人工焊接、專機(jī)焊接等。人工焊接作業(yè)環(huán)境惡劣、效率低下，難以保證焊接質(zhì)量；專機(jī)焊接適用于大批量的零部件的生產(chǎn)，且專機(jī)成本較高。

采用焊接機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化焊接能夠大幅度提高焊接效率及焊接質(zhì)量，且焊接機(jī)器人具有良好的通用性和適應(yīng)性，故，采用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)是焊接領(lǐng)域的主要發(fā)展方向之一。

現(xiàn)有的焊接機(jī)器人的焊接工作主要是通過(guò)示教再現(xiàn)的模式實(shí)現(xiàn)的，即在焊接工件前需要依靠大量的人力對(duì)焊接機(jī)器人進(jìn)行示教，但是，示教后的焊接機(jī)器人不能感知工件的尺寸、位置等的變化，而當(dāng)工件的這些因素發(fā)生變化時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致焊接的質(zhì)量下降。

有鑒于此，有必要提供一種新的位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠在焊接過(guò)程中對(duì)焊接位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整的位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型提供了一種位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)，包括焊接機(jī)器人以及與所述焊接機(jī)器人通訊連接的主控機(jī)，所述焊接機(jī)器人包括機(jī)器人本體、固定于所述機(jī)器人本體上的用以焊接焊縫的焊槍、與所述機(jī)器人本體通訊連接的機(jī)器人控制器、給所述機(jī)器人控制器以及焊槍供電的焊接電源，所述主控機(jī)與所述機(jī)器人控制器通訊連接，所述位姿自適應(yīng)機(jī)器人焊接系統(tǒng)還包括與所述主控機(jī)通訊連接的檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)包括設(shè)于所述焊槍上的用以檢測(cè)焊縫的輪廓的線激光傳感器以及設(shè)于所述焊槍上且位于所述焊槍的相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器，每一所述點(diǎn)激光傳感器用以感測(cè)該點(diǎn)激光傳感器距與該點(diǎn)激光傳感器相對(duì)應(yīng)的一側(cè)的母材的距離；所述線激光傳感器以及兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器均與所述主控機(jī)通訊連接。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)還包括固定于所述焊槍上的安裝支架，所述安裝支架的長(zhǎng)度方向垂直于所述焊槍的延伸方向，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器分別固定于所述安裝支架的長(zhǎng)度方向的兩端。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器距所述焊槍的距離相等。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器均向下且朝向所述焊槍傾斜。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器的傾斜角度相同。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述焊接機(jī)器人還包括設(shè)于所述焊槍遠(yuǎn)離所述機(jī)器人本體的一端的焊絲，所述線激光傳感器固定于所述焊槍上靠近所述焊絲的位置處。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)還包括與所述線激光傳感器通訊連接的線激光控制器，所述線激光控制器與所述主控機(jī)通訊連接。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)還包括與兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器分別通訊連接的兩個(gè)點(diǎn)激光控制器，兩個(gè)所述點(diǎn)激光控制器均與所述主控機(jī)通訊連接。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的焊接系統(tǒng)通過(guò)在焊槍上設(shè)置位于焊縫兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器以及用以感測(cè)焊縫的輪廓的線激光傳感器，所述主控機(jī)根據(jù)每一所述點(diǎn)激光傳感器感測(cè)到的該點(diǎn)激光傳感器距與該點(diǎn)激光傳感器相對(duì)應(yīng)的母材的距離得出母材的偏移角度，同時(shí)根據(jù)焊縫的輪廓得出所述焊縫的偏移量，最后根據(jù)得出的母材的偏移角度以及焊縫的偏移量得出焊槍的標(biāo)準(zhǔn)位姿，并驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人本體帶動(dòng)所述焊槍自當(dāng)前位姿調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿后再對(duì)焊縫進(jìn)行焊接，從而在焊接進(jìn)程中不斷修正焊槍的位姿以及焊接軌跡，能夠適應(yīng)焊接變形較大、焊縫不均勻等工件的焊接作業(yè)，且能夠達(dá)到預(yù)定的焊接質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中A處的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中的位姿調(diào)整方法的流程圖。

圖4是焊槍位于當(dāng)前位姿的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是焊槍位于當(dāng)前位姿時(shí)建立的焊接坐標(biāo)系的示意圖。

圖6是焊搶調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿后的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是焊槍自當(dāng)前位姿移動(dòng)至標(biāo)準(zhǔn)位姿的軌跡示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。

請(qǐng)參閱圖1～圖7所示，本實(shí)用新型提供一種位姿自適應(yīng)機(jī)器人的焊接系統(tǒng)100，以在焊接進(jìn)程中，根據(jù)焊縫的偏移量以及焊縫兩側(cè)的母材的偏移角度實(shí)時(shí)調(diào)整焊接的位姿以及軌跡，保證焊接的質(zhì)量。

請(qǐng)參圖1～圖2所示，所述焊接系統(tǒng)100包括焊接機(jī)器人1、檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2以及主控機(jī)3，所述焊接機(jī)器人1、檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2均與所述主控機(jī)3通訊連接，以使所述主控機(jī)3能夠根據(jù)所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2測(cè)得的有關(guān)工件上的焊縫以及焊縫兩側(cè)的母材4的信息控制所述焊接機(jī)器人1。

所述焊接機(jī)器人1包括機(jī)器人本體11、固定于所述機(jī)器人本體11上的用以焊接焊縫的焊槍12、設(shè)于所述焊槍12遠(yuǎn)離所述機(jī)器人本體11的一端的焊絲13、與所述機(jī)器人本體11通訊連接的機(jī)器人控制器15、給所述機(jī)器人控制器15以及焊槍12供電的焊接電源16。

所述機(jī)器人控制器15與所述主控機(jī)3通訊連接，以使所述主控機(jī)3通過(guò)所述機(jī)器人控制器15驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人本體11，從而帶動(dòng)所述焊槍12移動(dòng)。

所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2包括設(shè)于所述焊槍12上的用以檢測(cè)焊縫的輪廓的線激光傳感器21、分設(shè)于所述焊槍12上的相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器22以及固定于所述焊槍12上用以固定兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22的安裝支架23。

所述線激光傳感器21以及兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22均與所述主控機(jī)3通訊連接，所述主控機(jī)3根據(jù)兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器22以及線激光傳感器21測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算得到所述焊接機(jī)器人1的標(biāo)準(zhǔn)位姿并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)位姿調(diào)整所述焊接機(jī)器人1的位姿。該標(biāo)準(zhǔn)位姿即焊槍12垂直于所述母材4所在的平面，且所述焊絲13位于所述焊縫在寬度方向上的中點(diǎn)所在的位置處，以保證焊接的質(zhì)量。

在將所述安裝支架23固定于所述焊槍12上后，所述安裝支架23的長(zhǎng)度方向垂直于所述焊槍12的延伸方向，且所述安裝支架23的長(zhǎng)度方向的兩端分別位于所述焊槍12的相對(duì)兩側(cè)。

兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22分別固定于所述安裝支架23的長(zhǎng)度方向的兩端，在需要焊接時(shí)，主控機(jī)3驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體11帶動(dòng)所述焊槍12運(yùn)動(dòng)至檢測(cè)位置后，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22分別位于焊縫的兩側(cè)，以感測(cè)所述點(diǎn)激光傳感器22距與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的一側(cè)的母材4的距離。

具體地，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22距所述焊槍12的距離相等，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22均向下且朝向所述焊槍12傾斜，且兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22的傾斜角度均相同，在焊接前，先對(duì)兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器22進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，即將兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22距所述焊槍12的距離以及傾斜角度儲(chǔ)存至主控機(jī)3內(nèi)，以便于主控機(jī)3結(jié)合每一所述點(diǎn)激光傳感器22測(cè)得的該點(diǎn)激光傳感器22距與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的一側(cè)的母材4的距離計(jì)算得出焊縫兩側(cè)的母材4的偏移角度。

進(jìn)一步地，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2還包括分別與兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器21通訊連接的兩個(gè)點(diǎn)激光控制器25，兩個(gè)所述點(diǎn)激光控制器25均與所述主控機(jī)3通訊連接，即每一所述點(diǎn)激光傳感器22通過(guò)與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)激光控制器25與所述主控機(jī)3通訊連接。

每一所述點(diǎn)激光傳感器22測(cè)得的該點(diǎn)激光傳感器22距與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的一側(cè)的母材4之間的距離均儲(chǔ)存至點(diǎn)激光控制器25內(nèi)，主控機(jī)3提取兩個(gè)所述點(diǎn)激光控制器25內(nèi)的距離信息并進(jìn)行計(jì)算，以得出焊縫兩側(cè)的母材4的偏移角度。

進(jìn)一步地，所述檢測(cè)跟蹤系統(tǒng)2還包括與所述線激光傳感器21通訊連接的線激光控制器24，所述線激光控制器24與所述主控機(jī)3通訊連接，即所述線激光傳感器21通過(guò)所述線激光控制器24與所述主控機(jī)3通訊連接。

所述線激光傳感器21設(shè)于所述焊槍12上靠近所述焊絲13的位置處，且所述線激光傳感器21測(cè)得的焊縫的輪廓信息儲(chǔ)存至線激光控制器24內(nèi)，主控機(jī)3提取線激光控制器24內(nèi)的焊縫的輪廓信息并進(jìn)行計(jì)算，以得出焊縫的偏移量。

請(qǐng)參圖3～圖7所示，兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22分別為第一點(diǎn)激光傳感器221、第二點(diǎn)激光傳感器222，以所述第一點(diǎn)激光傳感器221與所述第二點(diǎn)激光傳感器222的連線為基線，所述基線垂直于所述焊槍12的延伸方向，基于焊接系統(tǒng)100的位姿調(diào)整方法在焊接系統(tǒng)100開(kāi)始工作后包括如下步驟：

S1：主控機(jī)3驅(qū)動(dòng)所述焊接機(jī)器人1運(yùn)動(dòng)至所述焊縫的檢測(cè)位置，使兩個(gè)所述點(diǎn)激光傳感器22分別位于所述焊縫的兩側(cè)；

S2：每一所述點(diǎn)激光傳感器22感測(cè)該點(diǎn)激光傳感器22距與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的一側(cè)的母材4之間的距離，主控機(jī)3得出焊縫兩側(cè)的母材4的偏移角度；

S3：線激光傳感器21感測(cè)所述焊縫的輪廓，主控機(jī)3得出所述焊縫的偏移量；

S4：主控機(jī)3根據(jù)所得出的母材4的偏移角度以及焊縫的偏移量得出焊槍12的標(biāo)準(zhǔn)位姿，主控機(jī)3驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人本體11帶動(dòng)所述焊槍12自當(dāng)前位姿調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿。

S5：開(kāi)始焊接。

S6：判斷是否到達(dá)焊縫的結(jié)束點(diǎn)，若否，則運(yùn)行上述步驟S1～S5；若是，則焊接結(jié)束，即焊接系統(tǒng)100關(guān)閉。

在步驟S1中，在焊接系統(tǒng)100開(kāi)始工作后的最先的檢測(cè)位置即指焊縫的起點(diǎn)位置。

步驟S2具體包括如下步驟：

S21：對(duì)設(shè)于焊槍12上相對(duì)兩側(cè)的第一點(diǎn)激光傳感器221以及第二點(diǎn)激光傳感器222進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，獲得所述第一點(diǎn)激光傳感器221距焊槍12的距離L₁、第二點(diǎn)激光傳感器222距焊槍12的距離L₂、第一點(diǎn)激光傳感器221發(fā)出的激光線與所述基線之間的第一夾角α、第二點(diǎn)激光傳感器222發(fā)出的激光線與所述基線之間的第二夾角β；

S22：通過(guò)第一點(diǎn)激光傳感器221向與所述第一點(diǎn)激光傳感器221相對(duì)應(yīng)的母材4的表面發(fā)射激光線，并得到該激光線位于母材4上的第一特征點(diǎn)P₁以及第一點(diǎn)激光傳感器221距第一特征點(diǎn)P₁的距離H₁；通過(guò)第二點(diǎn)激光傳感器222向與所述第二點(diǎn)激光傳感器222相對(duì)應(yīng)的母材4的表面發(fā)射激光線，并得到該激光線位于母材4上的第二特征點(diǎn)P₂以及第二點(diǎn)激光傳感器222距第二特征點(diǎn)P₂的距離H₂；

S23：以所述基線與所述焊槍12的交點(diǎn)為原點(diǎn)O、第二點(diǎn)激光器222與原點(diǎn)O的連線為Y軸、焊槍12的延伸方向?yàn)閆軸建立焊接坐標(biāo)系，通過(guò)坐標(biāo)變換獲得第一特征點(diǎn)P₁、第二特征點(diǎn)P₂在該焊接坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

S24：根據(jù)第一特征點(diǎn)P₁的坐標(biāo)以及第二特征點(diǎn)P₂的坐標(biāo)得出焊縫兩側(cè)的母材4相對(duì)于所述基線的偏移角度。

如圖5所示，所述第一特征點(diǎn)P₁在焊接坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(y_p1，z_p1)；所述第二特征點(diǎn)P₂在焊接坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(y_p2，z_p2)，所述偏移角度為γ，則所述γ的計(jì)算公式如下：

具體地，所述y_p1＝-L1+H₁cosα；Z_P1＝H₁sinα；y_p2＝L2-H₂cosβ；Z_P2＝H₂sinβ；主控機(jī)3根據(jù)第一點(diǎn)激光傳感器221以及第二點(diǎn)激光傳感器222的標(biāo)定參數(shù)結(jié)合測(cè)得的距離H₁以及距離H₂計(jì)算得出y_p1、z_p1、y_p2、z_p2的值，然后再將這些值代入上述偏移角度γ的公式，算出焊縫兩側(cè)的母材4相對(duì)于基線的偏移角度，在調(diào)整焊槍12的位姿時(shí)，只要通過(guò)所述主控機(jī)3驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體11帶動(dòng)焊槍12轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)的偏移角度，則焊槍12就垂直于所述母材4所在的平面。

具體地，步驟S21中的所述第一夾角α與所述第二夾角β相等且均為銳角，以使所述第一激光傳感器221發(fā)出的激光線、第二激光傳感器222發(fā)出的激光線以及基線能夠構(gòu)成三角形。

步驟S23中的所述焊接坐標(biāo)系還包括位于基線所在平面上且與Y軸相垂直的X軸，步驟S3具體包括如下步驟：

S31：線激光傳感器21感測(cè)所述焊縫的輪廓；

S32：主控機(jī)3根據(jù)所述焊縫的輪廓得出所述焊縫在寬度方向的中點(diǎn)在焊接坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并計(jì)算該坐標(biāo)相對(duì)于焊絲13在母材4所在平面上的投影點(diǎn)在焊接坐標(biāo)系下的當(dāng)前坐標(biāo)的偏移量。

在計(jì)算出相應(yīng)的偏移量后，所述主控機(jī)3根據(jù)母材4的偏移角度、焊縫的偏移量計(jì)算出焊槍12的標(biāo)準(zhǔn)位姿對(duì)應(yīng)的位姿點(diǎn)，并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體11帶動(dòng)焊槍12自當(dāng)前位姿調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿。

請(qǐng)參圖6所示，在焊槍12位于標(biāo)準(zhǔn)位姿后，所述焊槍12垂直于所述母材4所在的平面且所述焊絲13位于所述焊縫在寬度方向上的中點(diǎn)。

請(qǐng)參圖7所示，即為主控機(jī)3驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體11帶動(dòng)焊槍12自當(dāng)前位姿調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿過(guò)程中焊槍12的運(yùn)動(dòng)軌跡圖。

伴隨著焊接進(jìn)程，焊縫兩側(cè)的母材4的偏移角度會(huì)發(fā)生變化，隨之第一特征點(diǎn)P₁、第二特征點(diǎn)P₂的坐標(biāo)也會(huì)發(fā)生實(shí)時(shí)變化；同時(shí)，焊縫也會(huì)發(fā)生偏移，對(duì)應(yīng)的焊縫在寬度方向上的中點(diǎn)也會(huì)發(fā)生偏移，因此通過(guò)上述方法可以實(shí)時(shí)測(cè)量焊縫兩側(cè)的母材的偏移角度以及焊縫的偏移量，以在焊接進(jìn)程中實(shí)時(shí)調(diào)整焊接的位姿以及焊接軌跡，進(jìn)而保證焊接的質(zhì)量。

綜上所述，本實(shí)用新型的焊接系統(tǒng)100通過(guò)在焊槍12上設(shè)置位于焊縫兩側(cè)的兩個(gè)點(diǎn)激光傳感器22以及用以感測(cè)焊縫的輪廓的線激光傳感器21，所述主控機(jī)根據(jù)每一所述點(diǎn)激光傳感器22感測(cè)到的該點(diǎn)激光傳感器22距與該點(diǎn)激光傳感器22相對(duì)應(yīng)的母材4的距離得出母材4的偏移角度，同時(shí)根據(jù)焊縫的輪廓得出所述焊縫的偏移量，最后根據(jù)得出的母材4的偏移角度以及焊縫的偏移量得出焊槍12的標(biāo)準(zhǔn)位姿，并驅(qū)動(dòng)所述機(jī)器人本體11帶動(dòng)所述焊槍12自當(dāng)前位姿調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)位姿后再對(duì)焊縫進(jìn)行焊接，從而在焊接進(jìn)程中不斷修正焊槍12的位姿以及焊接軌跡，能夠適應(yīng)焊接變形較大、焊縫不均勻等工件的焊接作業(yè)，且能夠達(dá)到預(yù)定的焊接質(zhì)量。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍。