一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統技術方案

本實用新型專利技術屬于機器人焊接技術領域，具體來說是一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統，包括機器人本體、控制系統和等離子MIG復合焊接系統，機器人本體包括爬行機構和操作機構，所述控制系統包括傳感系統、機器人本體控制箱和機器人主控系統；所述等離子MIG復合焊接系統包括數字化MIG焊接電源、等離子電源、送絲機、保護氣、等離子焊槍和MIG焊槍。本實用新型專利技術的優點在于等離子MIG復合焊接機器人能夠適應大型鋼結構的全位置焊縫形式，采用吸附式爬行機構，運動靈活，采用激光焊縫跟蹤傳感器，具備宏觀環境監控及熔池監控系統，在全位置焊接時能夠滿足擺動要求、控制要求及運動要求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于機器人焊接
，具體來說是一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統。
技術介紹
MIG焊是指熔化極惰性氣體保護電弧焊，這種焊接方法是利用連續送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬嘴噴出的氣體來保護電弧進行焊接的熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有氬氣，氦氣，二氧化碳氣或這些的混合氣體。以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊(在國際上稱為MIG焊)；熔化極氣體保護電弧焊的主要優點是可以方便的進行各種位置的焊接，同時也具有焊接速度較快，熔敷率較高的優點。對于大型結構的焊接，等離子MIG復合焊接能夠提高焊接效率和焊接質量，但是·由于等離子MIG焊槍復合后的重量和體積不再適合焊工手工操作，需要開發用于等離子MIG焊接的機器人系統。等離子MIG焊接適合于大型結構厚板焊接，能一次性焊透25mm，應用于多層多道焊接時也能減少焊接布道。對于大型結構，部件本身結構、重量影響不適合旋轉或轉動，現有專用自動化焊接小車大多需要鋪設軌道，軌道柔性范圍有限，鋪設工序繁瑣；另一方面，大型構件的等離子MIG焊接自動化無法應用固定式機械手。焊接機器人系統一般由焊接承載機構、焊接系統、控制系統組成。承載機構又分為固定式工業機械手、軌道式小車、自主移動式機構；焊接系統由焊接電源、焊槍、保護氣、送絲機構等組成；控制系統負責承載機構的運動、跟蹤、焊接質量控制等。目前常用于大型鋼結構焊接的是軌道式機器人焊接系統，該系統由機器人運行軌道、機器人及焊接系統組成，使用時需要預先進行軌道鋪設，僅適用于能夠鋪設軌道的直焊縫，并且軌道的柔性在一定范圍內，無法適應焊縫形式的變換。如專利申請號為201010180754. 1，申請日為2010年5月14日，名稱為“焊接設定裝置、焊接機器人系統及焊接設定方法”的專利技術專利，其主要技術方案為一種同時多層堆焊設定裝置，具備層疊圖案確定部，其基于各輸入數據和層疊圖案數據基值，確定與對象的接頭對應的焊道的層疊圖案；單獨運轉用焊道確定部，其在對象的兩個接頭的層疊圖案中，表示對焊道進行組合時的熔敷金屬量的剖面面積的差值超過預定的閾值時，將剖面面積大的一方的焊道作為單獨運轉用焊道排除之后，確定同時焊接的組合；焊接諸條件確定部，其確定包含與基于輸入焊接條件算出的焊絲送給速度相對應的電流值及接縫形成位置的每個焊道焊接條件；動作程序生成部，其生成基于確定的焊接條件的機器人動作程序，并設定在機器人控制裝置內。上述專利的焊接機器人系統采用軌道式排布，無法實現焊縫自動跟蹤識別及自主移動功能，而且該焊接系統適合流水線形式的焊接并不適合對大型鋼結構件實行自主焊接，焊縫類型區別較大。又如專利申請號為201019063009. 6，申請日為2010年2月5日，名稱為“一種用于注塑機機架的焊接機器人工作站系統”的專利技術專利，包括焊接機器人、焊接裝置、機器人移動滑臺、焊槍冷卻裝置、智能尋位跟蹤裝置和機器人控制箱，焊接機器人安裝在機器人移動滑臺上；焊接裝置分別與焊接機器人和焊槍冷卻裝置連接；機器人控制箱分別與焊接機器人、機器人移動滑臺、焊接裝置和智能尋位跟蹤裝置相連，用于控制焊接機器人的移動和焊接，上述專利的焊接機器人系統采用軌道式機器人焊接系統，無法實現機器人本體自動跟蹤焊縫自由移動并完成焊接而且該機器人針對注塑機機架焊接，焊縫類型范圍很有限。清華大學開發了履帶式磁吸附自主移動焊接機器人，履帶式吸附移動機構吸附可靠性好但轉向性能差，造成機器人運動靈活性差、作業位置調整困難。北京石油化工學院開發了磁輪式自主移動焊接機器人，磁輪式吸附移動機構運動靈活性好但吸附能力差，對于等離子MIG大重型焊槍無法應用。所以現有的等離子MIG焊接機器人存在運動靈活性和吸附能力不能兼具的問題。
技術實現思路
為了克服現有的用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人存在運動靈活性和吸附能力不能兼具的問題，現在特別提出能滿足大型鋼結構立焊、兼具靈活性和吸附能力、高效高質量智能焊接的一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統。 為實現上述目的，本技術的技術方案如下一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統，包括機器人本體、控制系統和等離子MIG復合焊接系統，其特征在于機器人本體包括爬行機構和操作機構所述爬行機構包括采用驅動轉向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機驅動控制器；所述的操作機構包括十字滑塊和擺動機構，擺動機構前端夾持等離子MIG復合焊槍，水平和垂直兩個方向的自由度由兩個絲杠導軌組合單元組合而成的十字滑塊實現，擺動機構采用步進電機搭配蝸輪蝸桿減速器；所述控制系統包括傳感系統、機器人本體控制箱和機器人主控系統；所述等離子MIG復合焊接系統包括數字化MIG焊接電源、等離子電源、送絲機、保護氣、等離子焊槍和MIG焊槍；MIG焊槍、等離子焊槍、MIG焊接電源、等離子電源以及等離子MIG復合焊接系統之間的連接關系與其他焊接系統的焊槍、焊接電源以及焊接系統的連接關系存在明顯不同，但是上述不同之處以及具體如何連接是則本領域技術人員所知曉的。機器人本體、控制系統和等離子MIG復合焊接系統三者通過線纜連接。所述前輪模塊和后輪模塊分別安裝在車架兩端，在后輪模塊處設置有后輪底盤，后輪底盤上設置有永磁體；前輪模塊為驅動轉向一體化磁輪，包括永磁體和車輪，前輪的永磁體采用沿厚度方向磁化的環形永磁體；后輪模塊采用永磁間隙吸附方式，包括永磁間隙吸附裝置和車輪，永磁間隙吸附裝置包括環繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體，永磁間隙吸附裝置環繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導磁壁面間是非接觸的，通過調節底盤和導磁壁面之間的距離設定永磁吸附裝置和導磁壁面間的氣隙；所述爬行機構采用三輪結構，各車輪均為驅動輪，依靠兩后輪的差速及前輪的受控轉向角實現在導磁壁面上的轉向和直線運動。所述的操作機構包括十字滑塊橫軸、十字滑塊縱軸、連接臂、焊縫跟蹤傳感器連接件、焊槍連接件，十字滑塊橫軸與十字滑塊縱軸是分別由步進電機與精密滾珠絲杠導軌組成，焊縫跟蹤傳感器安裝在焊縫跟蹤連接件的前端，焊槍連接件安裝在連接臂的端部。所述傳感系統包括激光跟蹤傳感器、環境監控傳感器和熔池監控傳感器，操作機構及環境監控傳感器安裝在爬行機構上，操作機構末端安裝激光跟蹤傳感器、熔池監控傳感器和等離子MIG復合焊槍，機器人本體控制箱安裝在爬行機構上，機器人本體控制箱與機器人主控系統通過電纜相連，焊接電源、送絲機、保護氣與等離子MIG復合焊槍通過線纜相連。所述的機器人控制系統的工作方式為操作者利用遙控手操盒控制機器人運動到起弧位置附近，再由機器人傳感控制系統完成起始點位置的調整，最后由自主識別跟蹤焊縫實現焊縫坡口中心點位置跟蹤，機器人控制系統采用PCC或者其他工業PC作為主控系統，激光跟蹤傳感系統采集的坡口中心點偏差信號控制機器人本體和操作機構運動；等離 子MIG復合焊接系統的控制包含開關量控制、工藝參數設置、等離子弧和MIG弧起弧收弧協調控制。所述的機器人控制系統采用多自由度云臺實現宏觀焊接環境的監控，完成焊前起始點宏觀操作；采用熔池監控傳感器實現微觀等離子槍和MIG槍的姿態調整，焊接過程的熔池監控，云臺屬于傳感系統。等離本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于等離子MIG復合焊接的自主移動式機器人系統，包括機器人本體、控制系統和等離子MIG復合焊接系統，其特征在于：機器人本體包括爬行機構（6）和操作機構（1）：所述爬行機構（6）包括采用驅動轉向一體化磁輪的前輪模塊（17）、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊（20）、連接前后輪的車架（18）和安裝在車架（18）上的電機驅動控制器（19）；所述的操作機構（1）包括十字滑塊和擺動機構（46），擺動機構（46）前端夾持等離子MIG復合焊槍（3），水平和垂直兩個方向的自由度由兩個絲杠導軌組合單元組合而成的十字滑塊實現，擺動機構（46）采用步進電機搭配蝸輪蝸桿減速器（28）；控制系統包括傳感系統、機器人本體控制箱（8）和機器人主控系統（15）；所述等離子MIG復合焊接系統包括數字化MIG焊接電源（3）、等離子電源（12）、送絲機（11）、保護氣（13）、等離子焊槍和MIG焊槍（14）；機器人本體、控制系統和等離子MIG復合焊接系統三者通過線纜（9）連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：桂仲成，李永龍，董娜，陳博翁，肖唐杰，賀驥，姜周，徐立強，張帆，吳建東，
申請(專利權)人：中國東方電氣集團有限公司，
類型：實用新型
國別省市：