焊接机器人用寻位装置及其焊接机器人工作系统的制作方法

本发明涉及焊接机器人用寻位装置及其焊接机器人工作系统。

背景技术：

在焊接机器人工作过程中，常常需要采用接触式寻位方式来确定焊缝的位置。焊接机器人使用配套的焊机电源对工件进行接触式寻位时，使用的寻位电压一般为50V左右，不能有效的击穿表面有油漆、铁锈、油污等绝缘层的工件，从而就不能够有效的对工件进行接触式寻位。即使是在对表面没有类似绝缘层的工件进行寻位时，由于焊接电源内部的寻位完成检测电路的反应速度以及与机器人通讯总线的延时影响，在机器人得到寻位完成信号时，机器人的位置也已经有较大的偏移,从而难以满足高精度中厚板焊接的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种焊接机器人用寻位装置，其能够对表面有绝缘层的工件进行安全有效地接触式寻位，并能够及时地向外部反馈寻位完成信号。

本发明所要进一步解决的技术问题在于提供一种包括上述焊接机器人用寻位装置的焊接机器人工作系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明提供了一种焊接机器人用寻位装置，包括开关电路、整流电路、滤波电路、限流电路和检测电路；开关电路的输入端用于连接交流电源，开关电路的输出端与整流电路的输入端连接；开关电路用于控制导通或断开交流电源；整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，整流电路用于将输入的交流电转换为电压为300V以上的直流电；滤波电路的输出端与限流电路的输入端连接，滤波电路用于对整流电路输出的直流电进行滤波处理；限流电路的输出端与检测电路的输入端连接，用于限制滤波电路的输出电流大小；检测电路包括位于原边上的触发元件和位于副边上的被触发元件，触发元件的一端与限流电路的输出端相连；被触发元件在触发元件有电流流过时被触发，并输出寻位完成信号。

本发明还提供了一种焊接机器人工作系统，焊接机器人包括机器人控制器、多个伺服系统和多个编码器；每一伺服系统包括一台伺服电机和一台伺服驱动器；多个编码器分别与多台伺服电机一一对应；多个伺服系统一一对应地分别用于驱动焊接机器人的多个关节，各编码器用于检测相对应的伺服电机输出轴的旋转位置；其中，焊接机器人工作系统包括上述的焊接机器人用寻位装置；机器人控制器的输入端与焊接机器人用寻位装置的检测电路的被触发元件连接，用以接收被触发元件输出的寻位完成信号，机器人控制器根据寻位完成信号接收时刻、寻位完成信号接收时刻所在的那一个总线通讯周期的起始时刻和终止时刻、以及在所述终止时刻的各个伺服电机的编码器值，通过反解计算获得在寻位完成信号接收时刻的各个伺服电机的编码器记录值。

采用上述技术方案后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明采用整流电路将交流电转换为电压为300V以上的高电压直流电，能够有效击穿表面有绝缘层的工件，且通过限流电路的限流作用，达到了小电流接触式寻位的目的，不仅保证能够击穿工件，而且能够较安全的进行工作；

2、本发明使用检测电路串接在寻位装置的电气回路中，提高了寻位完成信号输出的快速响应能力，当焊枪或者焊丝接触工件时，电路导通，检测电路能够较及时地反馈寻位完成信号，从而有利于高精度地完成寻位功能；

3、本发明的机器人控制器可获得在寻位完成信号接收时刻的各个伺服电机的编码器记录值，从而减少了寻位完成信号输出与寻位状态完成之间的延时所带来的影响，实现了更精确的寻位。

附图说明

图1示出了根据本发明一实施例的焊接机器人用寻位装置的原理框图。

图2示出了本发明的整流电路的一个实施例的电路拓扑图。

图3示出了本发明的整流电路的另一个实施例的电路拓扑图。

图4示出了根据本发明一实施例的焊接机器人工作系统的原理框图。

图5示出了根据本发明一实施例的寻位完成信号与机器人控制器的总线通讯周期的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

图1示出了根据本发明一实施例的焊接机器人用寻位装置的原理框图。请参阅图1，根据本发明一实施例的焊接机器人用寻位装置，包括开关电路1、整流电路2、滤波电路3、限流电路4和检测电路5。

开关电路1的输入端用于连接交流电源6，开关电路1的输出端与整流电路2的输入端连接；开关电路1用于控制导通或断开交流电源6。本实施例中，开关电路为继电器，可由外部输入的寻位电压使能信号DI进行控制。当继电器收到寻位电压使能信号DI时实现导通，从而使交流电源6输出的交流电被传输给整流电路2。交流电源6提供的是220V交流电。

整流电路2的输出端与滤波电路3的输入端连接，整流电路用于将输入的交流电转换为电压为300V以上的直流电。在一种实施方式中，整流电路2为如图2所示的变压整流电路，其中，变压器T1的输出端与整流桥D1的输入端相连，整流桥D1的输出端与滤波电路3的输入端相连。该实施例中，变压器是1:1的，实现220V AC电源隔离，经过整流桥D1将交流电源整成全正半波电源，再经过滤波电容C1后，生成带较小纹波的直流电源。整流桥D1型号GBU1008。在另一种实施方式中，整流电路2由如图3所示的反激变换器构成。在MOSFET管Q1的漏极和源极导通时，反激变换器将能量存储在变压器T2的磁芯里，而当MOSFET管Q1的漏极和源极断开时，再将能量传递给变压器T2的次级端。在其它的实施方式中，整流电路2也可以使用其他的隔离式开关电源拓扑实现，如正激式，推挽式等拓扑。

滤波电路3的输出端与限流电路4的输入端连接，滤波电路3用于对整流电路2输出的直流电进行滤波处理。在本实施例中，滤波电路3由滤波电容组成。

限流电路4的输出端与检测电路5的输入端连接，用于限制滤波电路3的输出电流大小，从而达到小电流接触式寻位的目的，确保使用安全。在本实施例中，限流电路4由限流电阻组成。

检测电路5包括位于原边上的触发元件和位于副边上的被触发元件，触发元件的一端与限流电路4的输出端相连，触发元件的另一端可与焊枪的焊丝7相连。当开关电路1处于闭合导通、焊丝7与工件8接触导通时，该焊接机器人用寻位装置与焊丝7、工件8形成了电气回路，触发元件有电流流过，而被触发元件在触发元件有电流流过时被触发，并输出寻位完成信号。寻位结束，焊接机器人返回起始寻位位置。下一步焊接机器人可以进行焊接工作，通过寻位/焊接电源切换控制电路9将焊枪端的电压切换成焊接电源10，该寻位/焊接电源切换控制电路9可以使焊接和寻位电源互不影响。

在本实施例中，检测电路5由光耦构成，上述的触发元件为光耦的发光二极管，被触发元件为光敏三极管。发光二极管的正极与限流电路4的输出端相连，发光二极管的负极可与焊枪的焊丝7相连。

图4示出了根据本发明一实施例的焊接机器人工作系统的原理框图。请参考图4，焊接机器人包括机器人控制器101、多台伺服电机103、与多台伺服电机103一一对应的多台伺服驱动器105和多个编码器107，每一台伺服电机103与相对应的一台伺服驱动器105共同组成一个伺服系统。多个伺服系统一一对应地分别用于驱动焊接机器人的多个关节，各编码器107用于检测相对应的伺服电机输出轴的旋转位置。

机器人控制器101的输入端与焊接机器人用寻位装置200的检测电路的被触发元件连接，用以接收被触发元件输出的寻位完成信号，该机器人控制器根据寻位完成信号接收时刻、寻位完成信号接收时刻所在的那一个总线通讯周期的起始时刻和终止时刻、以及在终止时刻的各个伺服电机103的编码器值，通过反解计算获得在寻位完成信号接收时刻的各个伺服电机的编码器记录值，据此控制焊接机器人返回到寻位位置，由于减少了寻位完成信号输出与寻位状态完成之间的延时所带来的影响，从而可实现更精确的寻位。

图5示出了根据本发明一实施例的寻位完成信号与机器人控制器的总线通讯周期的关系示意图。以下结合图5来举例说明机器人控制器101的工作过程。在图5中，各个总线通讯周期的起始时刻分别为t0、t1、t2、t3…，各个相邻时刻之间的时间差就是总线通讯周期T。机器人控制器接收到寻位完成信号的时刻为ts，这个信号以中断方式实现，可以使机器人控制器及时得到信号时刻。在t2时刻时，机器人控制器读取电机编码器的值，记录机器人当前位置，根据寻位完成信号接收时刻ts、ts时刻所在的那一个总线通讯周期的起始时刻t1和终止时刻t2，机器人控制器利用反解的方法可以求出ts时刻的电机编码器值，作为寻位完成时刻时机器人的位置，从而可以很精确地完成焊接机器人寻位。

一般地，焊接机器人运动控制算法比较复杂，即使使用处理能力较强的x86处理器，处理完复杂运动轨迹的算法也需要1ms左右，再考虑操作系统的延时抖动，总线通讯周期至少要设置为2ms，焊接机器人的寻位完成信号在总线通讯周期内的不同时刻位置到来时，对寻位的精度也会有影响。实际测试使用的焊机自带的寻位功能，延时时间大概为几毫秒，而本发明可以将这个延时时间控制在几微秒。