用于教学的焊接模拟工作站的制作方法

本发明属于机械教学领域，尤其是一种用于教学的焊接模拟工作站。

背景技术：

目前，工业机器人在各行业的自动化集成应用逐渐普及，机器人焊接在工业机器人应用中难度很大，对使用者的专业素养要求很高，而实际的焊接现场恶劣、弧光、辐射、噪音高、空气污染严重、能耗大，焊接选用的工件难加工且难以循环利用，开发焊接实训平台难度较大。

现有技术中虽然已经出现了教学模拟工业机器人，例如专利申请号201610919601.1、申请名称《一种模块化六轴机器人综合实训台》的发明专利中公开了一种模块化六轴机器人综合实训台，包括六轴机器人、模块安装板、实训功能模块和电气元件主板模块，模块安装板为同心的环状扇形面结构；实训功能模块具有独立模块化设计的多个，各实训功能模块均能够拆卸的固定在模块安装板上，模块安装板固定在五个同心环状扇形面结构的模块安装板上的所述实训功能模块能够最大幅度覆盖六轴机器人±165°的行程范围。

但是这种机器人只能模拟简单的拿、取等动作，对难度较大的焊接动作无法模拟。

为此，有必要设计一种新型的焊接模拟工作站，能够用于帮助学生学习如何用工业机器人进行焊接操作。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种用于教学的焊接模拟工作站，用来克服现有机器人焊接教学难度大的问题。

本发明是这样实现的，一种用于教学的焊接模拟工作站，包括设置在工作台上的多轴机器人模块、模拟面板、变位机模块和物料模块，其中所述模拟面板、所述变位机模块和所述物料模块均处在所述多轴机器人模块能够触及的范围内。物料模块用来盛放料棒或折弯件；多轴机器人模块用来模拟机械手进行焊接，变位机与多轴机器人模块配合进行焊接；模拟画板用来提供多轴机器人学习的模版。

本发明的进一步技术方案是：所述多轴机器人模块包括多轴机器人、滑台汽缸、真空吸盘和画笔；其中所述滑台汽缸设置在所述多轴机器人的末端且通过法兰与所述多轴机器人相连；所述滑台汽缸包括平行设置的第一滑台汽缸和第二滑台汽缸，所述画笔与所述第一滑台汽缸相连并在所述第一滑台气缸的带动下进行往返运动；所述真空吸盘与所述第二滑台汽缸相连并在所述第二滑台气缸的带动下进行往返运动。画笔用来在工件上画出线条模拟焊枪在工件上的焊缝；真空吸盘可将焊接模拟工件包括棒料和折弯件在物料单元和变位机之间搬运。通过机器人和气缸协同控制画笔和吸盘的方向位置。

本发明的进一步技术方案是：所述物料模块设有至少一个棒料和\或至少一个折弯件。吸盘根据需要从物料模块拿取棒料或是折弯件给变位机模块。

本发明的进一步技术方案是：所述模拟面板上设有波纹、圆弧、五角、三角中的一种或几种或几种的组合。模拟面板用来模拟焊接轨迹，用于焊接轨迹示教。模拟面板上面的图形相当于焊接的轨迹，用这个面板来模拟需要焊接的轨迹。使用步骤如下：1.在模拟面板上选取一种或几种图形；2.由操作人员先进行机器人的坐标设定和校准；3.操作人员采用离线编程或者在线示教的方式，引导机器人依照选定图形的边缘进行模拟走轨迹和姿态控制；4.机器人采用自动模式，验证第3步骤动作的正确性。模拟面板可以单独使用，也可以和变位机同时使用模拟面板安装在变位机上，加上变位机后，可以进行更加复杂和丰富的焊接轨迹模拟动作。

本发明的进一步技术方案是：所述变位机模块设有型材支架、动力部、联轴器、旋转轴和气动手指；所述变位机模块通过所述型材支架与所述工作台相连；所述动力部与所述旋转轴之间通过联轴器相连；所述旋转轴的一端与所述联轴器相连、另一端与所述气动手指相连。变位机模块主要控制物料进行旋转。

本发明的进一步技术方案是：所述气动手指上设有v型夹爪和顶块，所述料棒通过所述v型夹爪与所述气动手指相连；所述折弯件通过所述顶块与所述气动手指相连。v型夹爪和顶块都设置在气动手指连接处，v型夹爪设置靠外，顶块设置靠内；这样根据部件深度的不同可以夹取不同的部件。

本发明的进一步技术方案是：所述型材支架上设有第一轴承安装板和第二轴承安装板，所述第一轴承安装板内设有第一轴承，所述第二轴承安装板内设有第二轴承；所述旋转轴贯穿所述第一轴承和所述第二轴承。

本发明的进一步技术方案是：所述旋转轴上设有光电感应盘，所述光电感应盘套在所述旋转轴外。

本发明的进一步技术方案是：还设有光电开关，所述光电开关设置在所述第一轴承安装板上并与所述光电感应盘相连。在光电感应盘上有标记，当旋转到一定角度时，光电开关会感应到这个标记的位置，然后通过一定的计算，换算成料棒或折弯件当前的旋转角度，从而确定料棒和折弯件当前的位置信息。

本发明的进一步技术方案是：所述动力部为步进电机。动力部可以用其他电机，但是用步进电机最好，综合性价比最佳。

本发明的有益效果是：本方案提供的用于教学的焊接模拟工作站用画笔模拟机器人焊枪，结合机器人和变位机的运动模拟多种焊缝路径，提高学员对机器人在焊接应用中的了解，满足机器人焊接的模拟教学任务。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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。

图1是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的示意图。

图2是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的模拟面板示意图。

图3是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的六轴机器人示意图。

图4是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的变位机连接料棒时候的示意图。

图5是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的变位机连接料棒时候的示意图。

图6是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的变位机连接折弯件时候的示意图。

附图标记：a.六轴机器人平台；b.焊接路径模拟面板；c.变位机模块；d.物料单元；1.六轴机器人；2.滑台气缸；3.真空吸盘；4.画笔模拟焊枪；5.步进电机；6.联轴器；7.第一轴承安装版8.光电感应盘；9.传动轴；10.第二轴承安装版；11.光电开关；12.气动手指；13.v形夹爪；14.棒料；15.顶块；16.折弯件。

具体实施方式

本发明提供一种用于教学的焊接模拟工作站。以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的示意图。如图1，该工作站包括六轴工业机器人平台a、焊接路径模拟面板b、变位机模块c和物料单元d。

图3是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的六轴机器人示意图。从图中可见六轴工业机器人平台包括六轴机器人1、滑台气缸2、真空吸盘3和画笔4，真空吸盘3和画笔4都安装在机器人1末端法兰的两端滑台气缸2上，可通过滑台气缸2的上下运动分别控制画笔4和真空吸盘3接触工件，机器人1带动画笔4在工件上画路径模拟焊枪在工件上的焊缝，真空吸盘3可将焊接模拟工件包括棒料14和折弯件16在物料单元d和变位机c之间搬运，切换模拟焊接工件，六轴机器人1安装在机器人底座上，焊接路径模拟面板b、变位机模块c和物料单元d都安装在工作站平台上，机器人底座与工作站底座的分离，增加了机器人的柔性应用。

图2是本发明实施例提供的用于教学的焊接模拟工作站的模拟面板示意图。如图，焊接路径模拟面板b上有波纹、圆弧、三角形和复杂标志等复杂图形，通过机器人试教模拟直线焊缝、圆弧焊和多路径焊接，通过离线仿真机器人带动画笔走出复杂路径。模拟面板用来模拟焊接轨迹，用于焊接轨迹示教。模拟面板上面的图形相当于焊接的轨迹，用这个面板来模拟需要焊接的轨迹。使用步骤如下：1.在模拟面板上选取一种或几种图形；2.由操作人员先进行机器人的坐标设定和校准；3.操作人员采用离线编程或者在线示教的方式，引导机器人依照选定图形的边缘进行模拟走轨迹和姿态控制；4.机器人采用自动模式，验证第3步骤动作的正确性。模拟面板可以单独使用，也可以和变位机同时使用模拟面板安装在变位机上，加上变位机后，可以进行更加复杂和丰富的焊接轨迹模拟动作。

图4-6是变位机模块的示意图。设计变位机模块c通过型材支架安装在工作站平台上，放置在机器人运动区域内，采用步进电机5通过联轴器6带动旋转轴9和气动手指12旋转，旋转轴9用两个轴承支撑，两个轴承分别安装在第一轴承安装板7和第二轴承安装板10之中，气动手指夹头装有v型夹爪13和顶块15，可夹持棒料14和折弯件16，气动手指12夹持棒料14旋转时画笔模拟焊枪4沿棒料14母线方向做匀速运动，可模拟出螺旋线焊缝如图4图5所示，该螺旋线为机器人1与变位机c协调运动所生成的复杂路径。图4和图5分别显示了变位机的不同角度。从图中可以看出，v型夹爪和顶块都设置在气动手指连接处，v型夹爪设置靠外，顶块设置靠内；这样根据部件深度的不同可以夹取不同的部件。

图6中，气动手指12夹持折弯件16，可将折弯件360°翻转变换焊接位置，模拟工程应用中常见的同一个工件不同面的焊接。

此外，该旋转轴上设计有光电开关11和光电感应盘8，通过plc获取光电开关11的信号控制旋转轴9的原点定位；在光电感应盘上有标记，当旋转到一定角度时，光电开关会感应到这个标记的位置，然后通过一定的计算，换算成料棒或折弯件当前的旋转角度，从而确定料棒和折弯件当前的位置信息。

本方案提供的用于教学的焊接模拟工作站用画笔模拟机器人焊枪，结合机器人和变位机的运动模拟多种焊缝路径，提高学员对机器人在焊接应用中的了解，满足机器人焊接的模拟教学任务。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。