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智能移动式协作 机器人 焊接工作站及其工作方法

阅读：72发布：2020-05-27

专利汇可以提供智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法。其中智能移动式协作机器人焊接工作站包括：控制模块、与控制模块输入端相连的激光视觉焊缝跟踪传感器、由控制模块控制驱动的AGV智能小车，分别位于AGV智能小车上的焊接系统、清枪剪丝系统；其中所述AGV智能小车包括：车载平台、与车载平台可拆卸连接的AGV驱动系统；所述激光视觉焊缝跟踪传感器适于检测焊缝位置；所述AGV驱动系统适于单独供电，以驱动车载平台带动焊接系统沿焊缝连续运动；以及所述控制模块适于外接一机器人示教器，以调节AGV智能小车的运动速度与焊接系统中焊枪的摆枪速度呈线性关系。，下面是智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，包括：
控制模块、与控制模块输入端相连的激光视觉焊缝跟踪传感器、由控制模块控制驱动的AGV智能小车，分别位于AGV智能小车上的焊接系统、清枪剪丝系统；其中所述AGV智能小车包括：车载平台、与车载平台可拆卸连接的AGV驱动系统；所述激光视觉焊缝跟踪传感器适于检测焊缝位置；
所述AGV驱动系统适于单独供电，以驱动车载平台带动焊接系统沿焊缝连续运动，以使焊接系统中的焊枪进行持续焊接动作；所述控制模块适于外接一机器人示教器，以调节AGV智能小车的运动速度与所述焊枪的摆枪速度呈线性关系；以及
所述清枪剪丝系统适于对焊枪进行清理，以维持焊枪的持续焊接动作。
2.根据权利要求1所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述清枪剪丝系统包括：分别设置在车载平台上的剪丝机构、喷防溅液机构、气动铰刀、集屑槽、机器人标定点。
3.根据权利要求1所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊接系统适于通过伺服升降模组安装在车载平台上，用于调节焊接系统距离焊缝位置的高度。
4.根据权利要求3所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述伺服升降模组包括：伺服电机、竖直设置在车载平台上的精密直线导轨和位于精密直线导轨上的升降工作台；
所述伺服电机适于带动升降工作台沿精密直线导轨上下运动，即调节焊接系统距离焊缝位置的高度。
5.根据权利要求4所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊接系统包括：位于升降工作台上的协作机器人和位于协作机器人上的所述焊枪；
所述控制模块适于控制协作机器人带动焊枪运动至焊缝位置，并控制焊枪对焊缝进行焊接。
6.根据权利要求5所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊枪为水冷焊枪。
7.根据权利要求1所述的智能移动式协作机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊接系统还包括：位于车载平台上的送丝机；
所述送丝机适于向焊枪持续供给焊丝。
8.一种如权利要求1所述的智能移动式协作机器人焊接工作站的工作方法，其特征在于，
所述智能移动式协作机器人焊接工作站的控制模块适于控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接。

说明书全文

智能移动式协作机器人 焊接工作站及其工作方法

技术领域

[0001] 本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法。

背景技术

[0002] 目前长型焊缝(箱梁类)主要采用人工焊接方式，而人工焊接需经常移动位置，焊接接头较多，导致焊缝每段的焊接质量参差不齐，严重影响了整体焊接质量。此外，长型焊缝对焊工焊接水平的要求较高，高级焊工存在招工难的现象，严重影响了生产效率。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能移动式协作机器人焊接工作站，包括：控制模块、与控制模块输入端相连的激光视觉焊缝跟踪传感器、由控制模块控制驱动的AGV智能小车，分别位于AGV智能小车上的焊接系统、清枪剪丝系统；其中所述AGV智能小车包括：车载平台、与车载平台可拆卸连接的AGV驱动系统；所述激光视觉焊缝跟踪传感器适于检测焊缝位置；所述AGV驱动系统适于单独供电，以驱动车载平台带动焊接系统沿焊缝连续运动，以使焊接系统中的焊枪进行持续焊接动作；所述控制模块适于外接一机器人示教器，以调节AGV智能小车的运动速度与所述焊枪的摆枪速度呈线性关系；以及所述清枪剪丝系统适于对焊枪进行清理，以维持焊枪的持续焊接动作。

[0005] 进一步，所述清枪剪丝系统包括：分别设置在车载平台上的剪丝机构、喷防溅液机构、气动铰刀、集屑槽、机器人标定点。

[0006] 进一步，所述焊接系统适于通过伺服升降模组安装在车载平台上，用于调节焊接系统距离焊缝位置的高度。

[0007] 进一步，所述伺服升降模组包括：伺服电机、竖直设置在车载平台上的精密直线导轨和位于精密直线导轨上的升降工作台；所述伺服电机适于带动升降工作台沿精密直线导轨上下运动，即调节焊接系统距离焊缝位置的高度。

[0008] 进一步，所述焊接系统包括：位于升降工作台上的协作机器人和位于协作机器人上的所述焊枪；所述控制模块适于控制协作机器人带动焊枪运动至焊缝位置，并控制焊枪对焊缝进行焊接。

[0009] 进一步，所述焊枪为水冷焊枪。

[0010] 进一步，所述焊接系统还包括：位于车载平台上的送丝机；所述送丝机适于向焊枪持续供给焊丝。

[0011] 又一方面，本发明还提供了一种如前所述的智能移动式协作机器人焊接工作站的工作方法，其控制模块适于控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接。

[0012] 本发明的有益效果是，本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法，通过控制模块控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接，实现了长型焊缝的连续焊接，减少了焊接接头的数量，提高了焊缝质量和生产效率；同时，保持AGV智能小车的运动速度与焊枪的摆枪速度呈线性关系，可以保证焊接稳定性和一致性，进一步提高焊缝质量；为了保证焊枪适于长型焊缝的连续焊接，还需要通过清枪剪丝系统对焊枪进行清理，以防止堵枪，保证焊缝美观。

[0013] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

[0014] 为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0016] 图1是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的原理框图；图2是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的俯视图；
图3是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的立体图；
图4是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的右视图；
图5是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的主视图；
图6是本发明的清枪剪丝系统的结构示意图；
图中：
AGV智能小车1，车载平台11，AGV驱动系统12；
焊接系统2，协作机器人21，焊枪22，送丝机23；
激光视觉焊缝跟踪传感器3；
伺服升降模组4，精密直线导轨41，升降工作台42；
机器人示教器5；
清枪剪丝系统6，剪丝机构61，喷防溅液机构62，气动铰刀63，集屑槽64，机器人标定点
65。

具体实施方式

[0017] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0018] 实施例1图1是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的原理框图。

[0019] 图2是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的俯视图。

[0020] 图3是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的立体图。

[0021] 如图1、图2和图3所示，本实施例1的智能移动式协作机器人焊接工作站，包括：控制模块、与控制模块输入端相连的激光视觉焊缝跟踪传感器3、由控制模块控制驱动的AGV智能小车1，分别位于AGV智能小车1上的焊接系统2和清枪剪丝系统6；其中所述AGV智能小车1包括：车载平台11、与车载平台11可拆卸连接的AGV驱动系统12；所述激光视觉焊缝跟踪传感器3适于检测焊缝位置；所述AGV驱动系统12适于单独供电，以驱动车载平台11带动焊接系统2沿焊缝连续运动，以使焊接系统中的焊枪进行持续焊接动作；以及所述控制模块适于外接一机器人示教器5，以调节AGV智能小车1的运动速度与焊枪22的摆枪速度呈线性关系；以及所述清枪剪丝系统6适于对焊枪22进行清理，以维持焊枪22的持续焊接动作。

[0022] 在本实施例中，所述AGV驱动系统12可拆卸安装，并单独供电，具有以下好处：当AGV驱动系统需要充电时，可拔掉与焊接工作站之间的连接销，独立去充电，然后替换另一AGV驱动系统，可以使智能移动式协作机器人焊接工作站的实现连续工作，不停歇，进一步减少了焊缝接头的数量，提高焊缝质量。

[0023] 在本实施例中，所述机器人示教器5的主要作用是操控机器人，兼用于调节AGV智能小车1的运动速度，即保持AGV智能小车1的运动速度与焊枪22的摆枪速度呈线性关系。当AGV智能小车1的运动速度较快时，即焊接线速度较快，这时焊枪22的摆枪速度也应当加快，这样才能保证焊接稳定性和一致性，焊缝质量更容易控制，就像汽车转弯时，车速越快，打方向盘也要越快一样。

[0024] 可选的，所述控制模块例如但不限于采用stm32处理器为核心的工控板。

[0025] 可选的，所述激光视觉焊缝跟踪传感器例如但不限于英莱IL-UNI-170SA01型激光视觉焊缝跟踪传感器，适于检测焊缝位置，还可以实时补偿工件焊接时的应力变形。

[0026] 本实施例1的智能移动式协作机器人焊接工作站通过激光视觉焊缝跟踪传感器自动检测焊缝位置，然后由控制模块控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接，克服了AGV智能小车的行走误差和焊接应力变形误差，实现了长型焊缝的连续焊接，减少了焊接接头的数量，提高了焊缝质量和生产效率；同时，保持AGV智能小车的运动速度与焊枪的摆枪速度呈线性关系，可以保证焊接稳定性和一致性，进一步提高焊缝质量，为了保证焊枪适于长型焊缝的连续焊接，还需要通过清枪剪丝系统对焊枪进行清理，以防止堵枪，保证焊缝美观。

[0027] 图4是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的右视图。

[0028] 作为伺服升降模组的一种可选的实施方式。

[0029] 进一步，所述焊接系统2适于通过伺服升降模组4安装在车载平台11上，以用于调节焊接系统2距离焊缝位置的高度。

[0030] 可选的，见图4，所述伺服升降模组4包括：伺服电机、竖直设置在车载平台11上的精密直线导轨41和位于精密直线导轨41上的升降工作台42；所述伺服电机适于带动升降工作台42沿精密直线导轨41上下运动，即调节焊接系统2距离焊缝位置的高度。当然，通过伺服电机带动升降工作台运动的方式有很多种，如伺服电机采用直线电机，或伺服电机的输出轴上安装齿轮和齿条实现，或通过齿轮和丝杆实现。以上方式均为现有技术，在此不再描述其工作过程。

[0031] 可以根据焊缝的高度，调节升降工作台的高度，可调最大高度为2.5m左右。一般情况下，焊接箱体上部的焊缝时，可以升高工作台的高度，以使焊接系统贴近焊缝。反之，降低工作台的高度。

[0032] 本实施方式的伺服升降模组通过伺服电机带动升降工作台上下运动，以使焊接系统贴近焊缝，可以在宏观上调控焊接系统与焊缝的高度关系，提高了智能移动式协作机器人焊接工作站的适用范围，尤其对于箱梁结构等高空焊缝的焊接，无需人工登高作业，降低了危险性，无需围栏等防护装置，大大提高了智能移动式协作机器人焊接工作站的便捷性。

[0033] 作为焊接系统的一种可选的实施方式。

[0034] 见图4，所述焊接系统2包括：位于升降工作台42上的协作机器人21和位于协作机器人21上的所述焊枪22；所述控制模块适于控制协作机器人21带动焊枪22运动至焊缝位置，并控制焊枪22对焊缝进行焊接。具体的，所述激光视觉焊缝跟踪传感器位于协作机器人的末端，可以自动识别焊缝，克服了AGV智能小车的行走误差和焊接应力变形误差。

[0035] 优选的，所述焊枪22为水冷焊枪，可以水循环至焊枪末端，尤其是焊接母材较厚且焊接电流较大时，可以有效延长焊接寿命。

[0036] 可选的，见图4，所述焊接系统2还包括：位于车载平台11上的送丝机23；所述送丝机23适于向焊枪22持续供给焊丝。当需要更换焊丝时，可以通过控制模块控制伺服电机带动升降工作台42沿精密直线导轨41自动下降，方便更换焊丝。

[0037] 本实施方式的焊接系统通过协作机器人微调焊枪至焊缝位置，然后进行焊接，具有焊枪摆臂稳定、焊缝美观、低飞溅等优点，可实现长焊缝的持续焊接和供丝。

[0038] 图5是本发明的智能移动式协作机器人焊接工作站的主视图。

[0039] 图6是本发明的清枪剪丝系统的结构示意图。

[0040] 作为清枪剪丝系统的一种可选的实施方式。

[0041] 见图5和图6，所述清枪剪丝系统6包括分别设置在车载平台11上的剪丝机构61、喷防溅液机构62、气动铰刀63、集屑槽64、机器人标定点65。当机器人运行一段时间后（约一周时间），会有约1mm的偏移量，这时候就需要人为标定原点，并通过清枪剪丝系统自动进行清枪、剪丝、喷油等动作，可以有效防止堵枪，保证焊缝美观。各部件的工作过程和原理如下：剪丝机构61：焊接过程中受外力弯曲变形的焊丝，会造成起弧点偏移；铁水冷凝成团也会凝结在焊丝头上，会引起无法起弧或延时起弧。剪丝机构的功能就是把这些会引起焊接质量的焊丝剪掉。

[0042] 喷防溅液机构62：在焊枪头部喷涂防溅液后，焊接的焊缝会美观发亮，还能减少卡丝的频率。

[0043] 气动铰刀63：清除掉附着在焊枪头部内壁的飞溅物，避免堵丝。

[0044] 集屑槽64：收集气动铰刀63切削下来的飞溅物，集中处理，避免掉在地上污染车间环境。

[0045] 机器人标定点65：当机器人运行一段时间后（约一周时间），会有约1mm的偏移量，这时候就需要机器人标定点作为补偿归零点的参照物。

[0046] 本实施方式的清枪剪丝系统具有全自动清枪，发现焊枪堵塞时可以通过各部件组合使用清理焊枪，使其在长型焊缝的连续焊接过程中一直保持正常使用状态，以提高焊缝质量；喷防溅液机构可包容最大24mm喷管，无需更换定位装置，采用专用的过滤元器件有效过滤气路中的油污、水、杂质，同时采用密闭喷油空间，废油可聚集回收；高精度高刚性的气动铰刀，扭矩大，可以清除掉飞溅物，可短时过载运行。

[0047] 实施例2在实施例1的基础上，本实施例2还提供了一种如前所述的智能移动式协作机器人焊接
工作站的工作方法，其控制模块适于控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接。

[0048] 关于智能移动式协作机器人焊接工作站的结构和具体实施过程参见实施例1中的相关论述，在此不再赘述。

[0049] 综上所述，本智能移动式协作机器人焊接工作站及其工作方法通过激光视觉焊缝跟踪传感器自动检测焊缝位置，然后由控制模块控制AGV智能小车带动焊接系统沿焊缝连续运动，以进行焊接，克服了AGV智能小车的行走误差和焊接应力变形误差，实现了长型焊缝的连续焊接，减少了焊接接头的数量，提高了焊缝质量和生产效率；AGV驱动系统可拆卸安装且单独供电，可以使智能移动式协作机器人焊接工作站实现连续工作，不停歇，进一步减少了焊缝接头的数量；为了保证焊枪适于长型焊缝的连续焊接，还需要通过清枪剪丝系统对焊枪进行清理，以防止堵枪，保证焊缝美观；通过伺服升降模组宏观调控焊接系统与焊缝的高度关系，提高了智能移动式协作机器人焊接工作站的适用范围，尤其对于箱梁结构等高空焊缝的焊接，无需人工登高作业，降低了危险性；通过协作机器人微调焊枪位置，可以提高焊枪的摆臂稳定性、降低飞溅，进一步提升焊缝质量；通过机器人示教器方便设置焊枪的摆枪速度，并以此确定AGV智能小车的运动速度，即实现匀速焊接，提高了焊接稳定性和一致性，焊缝质量更容易控制。因此，本智能移动式协作机器人焊接工作站具有焊缝定位精准、协作性好、焊接质量高、自动化程度高等优点。

[0050] 本申请中选用的各个器件（未说明具体结构的部件）均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

[0051] 在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0052] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0053] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

[0054] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

[0055] 以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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