一种焊接机器人工作台翻转角度的调节装置及其控制方法与流程

本发明涉及焊接加工机械技术领域，更具体地说，涉及一种焊接机器人工作台翻转角度的调节装置及其控制方法。

背景技术：
据国际机器人联合会报告称，2014年全球工业机器人年销量为22.5万台，比2013年增长27％，其中亚洲销量约占三分之二。2013年中国已成为全球工业机器人的最大市场，2014年中国市场的工业机器人销量依然猛增54％，达到5.6万台。其中，全世界用于完成各种焊接作业的焊接机器人占全部机器人的45％以上。焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高生产效率，更重要的是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，这对于保证批量生产的产品焊接质量至关重要。而变位机是发挥焊接机器人优势的关键设备之一，配套一种与机器人相匹配的变位装备，对有效地控制焊接质量和提高焊接效率显得非常重要。目前，在国内焊接行业中，为较好地控制焊接质量，提高生产效率，普遍使用两轴变位机作为焊接工件的夹持工作台。但是，目前国内此类产品质量参差不齐，国外质量较好的产品价格普遍较高，往往应用在焊接质量要求很高的场合，如汽车生产线，化工容器焊接行业等。对于一些焊接工艺要求相对较低的场合，如普通家具焊接、五金制品焊接、自行车焊接场合等，若使用此类变位机则严重压缩了成品的利润空间，导致焊接机器人在这些场合难以广泛应用。在同类产品中，实现焊接工位变换的变位设备一般是基于控制类电机而实现的，其特点是利用伺服电机或者步进电机来驱动执行机构实现角位移和速度控制，其优点是运动精度高且输出稳定可靠，甚至可以与国际品牌工业机器人联动焊接，保证了焊接工艺要求，提高了焊接质量。但是，这种解决方案一般成本较高，对电机性能要求较高，且周围配套设备庞大，增加了设备维护费用，同时对设备维护的员工专业素质也有一定要求，并不能为大部分用户所接受。曾昭文等设计了一种小型复杂焊件自动化焊接通用工作台。此外，还有一些基于限位装置的较为低端的变位设备，其原理是在某几个专用的工位安装行程开关或接近开关，当变位设备完成了相应的变位动作后，行程开关或接近开关获得位置信号，反馈给控制端，由控制端停止动力输出，实现变位功能。这种变位设备成本低、控制简单且运行可靠，但其运动精度很低，而且工位设置有限，柔性较低，比较适合用于大型焊接件的变位装备或一些没有精度要求的建筑工件及某些特定的家具焊件等。因此，现需设计一种成本低的焊接机器人工作台翻转角度的调节装置及其控制方法，实现焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置的高精度调节控制，旨在为普通家具、五金制品及建筑材料等焊接行业提供一种成本较低的焊接机器人应用解决方案，扩大工业机器人应用范围，降低国内焊接行业成本，提高焊接生产效率。

技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种焊接机器人工作台翻转角度的调节装置，该调节装置不仅结构简单、操作容易和生产成本低，而且可对焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置进行高精度调节控制，以保证焊接机器人的焊接角度的精确性，从而提高焊接机器人在工作台上焊接操作的质量和精度，以及提高焊接生产效率。本发明还提供一种焊接机器人工作台翻转角度的控制方法，从而实现焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置的快速、准确和高精度地控制。为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种焊接机器人工作台翻转角度的调节装置，用于对焊接机器人工作台的翻转角度进行调节控制；其特征在于：包括：用于以交替切换的方式实现带动焊接机器人工作台翻转或制动焊接机器人工作台停止的传动机构，所述传动机构与焊接机器人工作台连接；用于驱动传动机构运动的动力机构；所述动力机构与传动机构连接；用于实时检测焊接机器人工作台翻转角度的检测机构，所述检测机构与焊接机器人工作台同轴连接；用于根据检测机构实时检测到的翻转角度与预设角度比较，来控制传动机构带动焊接机器人工作台翻转或制动焊接机器人工作台停止、以及用于控制动力机构的控制机构；其中，所述预设角度是指：焊接机器人工作台需翻转的角度；所述控制机构分别与传动机构、动力机构和检测机构信号连接。在上述方案中，本发明的控制机构根据检测机构实时检测到的翻转角度与预设角度的差值是否在误差范围内，来控制传动机构以交替切换的方式则可实现焊接机器人工作台翻转或焊接机器人工作台停止翻转，使得焊接机器人工作台翻转过程中，工作台翻转到预设角度时可精确控制其停止，达到可对焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置进行高精度调节控制的效果，从而提高焊接机器人在工作台上焊接操作的质量和精度，以及提高焊接生产效率。更具体地说，所述传动机构包括带有蜗轮和蜗杆的蜗轮蜗杆传动件、制动部件、从动部件、与动力机构连接的主动部件和推动部件；所述蜗轮蜗杆传动件与焊接机器人工作台连接；所述制动部件和从动部件分别与蜗轮蜗杆传动件中的蜗杆同轴连接，且从动部件位于制动部件和主动部件之间；所述推动部件与从动部件连接并与控制机构信号连接，以推动从动部件以交替的方式分别与主动部件接合或与制动部件接合，实现蜗轮蜗杆传动件带动焊接机器人工作台翻转或制动焊接机器人工作台停止。本发明传动机构结构简单、巧妙和生产成本低，可通过推动部件推动从动部件在主动部件和制动部件之间交替切换接合，来实现蜗轮蜗杆传动件的运动和抱死锁止。本发明无需增加额外的机构即可实现工作台翻转和停止翻转两种状态的转换，使得该调节装置生产和制造成本低，经济实惠。该传动机构的蜗轮蜗杆传动件具有大传动比，可使得该调节装置作高精度分度装置。所述推动部件包括与控制机构信号连接的动作气缸和连杆；所述连杆的中部与制动部件铰接，其一端与动作气缸连接，另一端与从动部件连接。本发明的推动部件利用杠杆原理，产生一个从动部件正常传动所需的压紧力，使得从动部件往左运动或右运动，实现与制动部件和主动部件的交替切换。所述制动部件包括制动盘和用于固定制动盘的固定板；所述制动盘与固定板连接并穿设在蜗杆上与蜗杆同轴连接。本发明的制动部件主要用于翻转工作台停止时的可靠锁止，同时制动部件也充当离合器的作用。所述从动部件包括从动摩擦轮和从动摩擦轮滑环；所述从动摩擦轮与从动摩擦轮滑环连接并穿设在蜗杆上与蜗杆同轴连接。本发明推动部件的连杆中部是与固定板铰接的，其一端与从动摩擦轮滑环，另一端与动作气缸连接。该从动摩擦轮滑环可带动从动摩擦轮在蜗杆上滑动，实现从动摩擦轮在制动部件和从动部件之间交替切换。所述蜗轮靠近从动部件的一端设置有挡板，所述挡板与从动摩擦轮之间设置有弹性元件。在整个控制过程中，如何精确控制工作台翻转到预设角度误差范围内停止翻转，来实现翻转位置和翻转角度的精确控制，是一个高精度控制的过程。因此为了使得从动部件迅速从与主动部件接合处进行移动切换至制动部件，并与制动部件接合实现动力切断和停车抱死的功能，本发明在挡板与从动摩擦轮之间设置有弹簧的弹性元件，使得从动摩擦轮在推动部件驱动力和弹簧压缩反弹力的作用下迅速压紧制动盘，迅速实现动力切断和停车抱死的功能，从而可以准确实现翻转位置的精确控制。所述主动部件为主动摩擦轮，主动摩擦轮与动力机构连接并位于从动部件一侧。本发明的动力机构为气动马达，可通过控制机构的控制实现正转和反转。所述蜗轮蜗杆传动件还包括输出法兰，所述输出法兰一端与蜗轮同轴连接，另一端与焊接机器人工作台连接；所述检测机构与蜗轮同轴连接。本发明的检测机构可采用光电编码器。一种焊接机器人工作台翻转角度的控制方法，其特征在于：通过对实时检测到的翻转角度与预设角度进行比较，控制以交替切换的方式实现焊接机器人工作台翻转或停止翻转的状态转换，实现焊接机器人工作台翻转角度的调节控制；所述预设角度是指：焊接机器人工作台需翻转的角度。在上述方案中，本发明通过交替切换的方式控制焊接机器人工作台翻转或焊接机器人工作台停止翻转，从而实现焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置的快速、准确和高精度地控制。所述通过对实时检测到的翻转角度与预设角度进行比较，控制以交替切换的方式实现焊接机器人工作台翻转或停止翻转的状态转换，实现焊接机器人工作台翻转角度的调节控制，包括以下步骤：第一步，控制焊接机器人工作台翻转，并获取焊接机器人工作台实时的翻转角度；第二步，将实时的翻转角度与预设角度进行比较得到差值，对差值是否在设定的误差范围内进行判断：若差值在设定的误差范围内，则控制从动部件从与主动部件接合处进行移动切换，实现从动部件与制动部件接合来制动与从动部件同轴连接的蜗轮蜗杆传动件停止，控制焊接机器人工作台停止翻转，等待焊接工作完成后进行第三步；否则，控制焊接机器人工作台继续翻转，返回第一步；第三步，控制从动部件从与制动部件接合处进行移动切换，实现从动部件与主动部件接合来驱动与从动部件同轴连接的蜗轮蜗杆传动件转动，控制焊接机器人工作台复位翻转。本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置结构简单、操作容易和生产成本低，该调节装置的工作原理为：利用气动马达作为动力机构输出动力，主动摩擦轮传动为一级减速，同时从动摩擦轮作离合作用。当工作台翻转到预设角度时，推动部件的动作气缸推动从动摩擦轮滑环使得从动摩擦轮与主动摩擦轮分离，切断动力；同时，从动摩擦轮在压紧弹簧的弹性元件复位反弹和动作气缸驱动力作用下压紧制动盘，与制动盘接合，迅速将从动摩擦轮制动，蜗杆锁死，实现准确角度停止翻转。当翻转工作台需要反转复位时，控制机构控制气动马达反转，推动部件的动作气缸推动从动摩擦轮滑环使得从动摩擦轮与制动盘分离，从动摩擦轮同时与主动摩擦轮接合，动力接通，实现翻转工作台需要反转复位。本发明的调节装置成本低廉，维护简单，操作容易，而且具有一定的运动精度。本发明调节装置的基于气动马达作动力输出，蜗轮蜗杆大传动比传动系统作高精度分度装置，利用光电编码器作位置信息获取装置，通过闭环控制实现高精度翻转运动的。本发明具体的工作过程是这样的：气动马达启动，输出动力，主动摩擦轮旋转。常态下，从动摩擦轮在压紧弹簧的弹性元件反弹作用下压紧制动盘，故常态下蜗杆是处于抱死状态，同时由于采用具有自锁性能的蜗轮蜗杆传动，因此提高了蜗杆抱死性能的可靠性。当翻转工作台需要翻转动作时，该调节装置通过推动部件驱动从动摩擦轮滑环，使其向右滑动，同时从动摩擦轮在其作用下向右滑动，并以一定的压紧力压紧旋转的主动摩擦轮，从而蜗杆在从动摩擦轮的带动下旋转，有一定的输出量，焊接工作台实现旋转。此外，为让蜗杆传动具有自锁性和提高系统的响应特性，本发明可采用二级传动的大传动比传动方案，总传动比为112。同时较大传动比对转角有分度作用，提高系统位置精度。本发明调节装置的控制机构不断从光电编码器处获得相应的转角位移输出量，并与预设角度(目标量)作比较，当其差值在允许误差范围内，即焊接工作台旋转到位的状态下，控制机构控制推动部件驱动从动摩擦轮滑环，使其向左滑动，同时从动摩擦轮在驱动力和原弹簧压缩力反弹的作用下迅速压紧制动盘，迅速实现动力切断和停车抱死的功能，从而可以准确实现位置控制。此时，气动马达可以利用工业机器人焊接作业期间进行停车，以准备下一次正转或反转运行。但是，为了减少制动时蜗杆的响应时间，提高控制精度，蜗杆和从动摩擦轮的转动惯量尽量小；由于蜗轮蜗杆传动选择开式传动，所以强度设计必须考虑周全，避免引起安全性问题。与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：1、本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置不仅结构简单、操作容易和生产成本低，而且可对焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置进行高精度调节控制，以保证焊接机器人的焊接角度，从而提高焊接机器人在工作台上焊接操作的质量和精度，以及提高焊接生产效率。2、本发明的焊接机器人工作台翻转角度的控制方法可实现焊接机器人工作台翻转角度和翻转位置的快速、准确和高精度地控制。附图说明图1是本发明调节装置与焊接机器人工作台连接的示意图；图2是本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置的正面结构示意图；图3是本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置的侧面结构示意图；图4是本发明调节装置中传动部件的部分结构示意图；图5是本发明气动马达的控制原理图；图6是本发明动作气缸的控制原理图；图7是本发明连杆的示意图；其中，1为焊接机器人工作台、2为气动马达、3为光电编码器、4为主动摩擦轮、5为蜗杆、6为蜗轮、7为动作气缸、8为连杆、9为制动盘、10为固定板、11为从动摩擦轮、12为从动摩擦轮滑环、13为挡板、14为压紧弹簧、15为输出法兰、16箱体、17为铰接处。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。实施例如图1至7所示，本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置，是用于对焊接机器人工作台1的翻转角度进行调节控制；其包括：箱体16以及分别设置在箱体16内的以下机构：用于以交替切换的方式实现带动焊接机器人工作台1翻转或制动焊接机器人工作台1停止的传动机构，该传动机构与焊接机器人工作台1连接；用于驱动传动机构运动的气动马达2作为动力机构，该气动马达2与传动机构连接；用于实时检测焊接机器人工作台翻转角度的光电编码器3作为检测机构，该检测机构与焊接机器人工作台1同轴连接；用于根据光电编码器3实时检测到的翻转角度与预设角度比较，来控制传动机构带动焊接机器人工作台1翻转或制动焊接机器人工作台1停止、以及用于控制气动马达2停止、正转或反转的控制机构；其中，预设角度是指：焊接机器人工作台1需翻转的角度；该控制机构分别与传动机构、气动马达2和光电编码器3信号连接。该控制机构可设置于箱体16内或箱体16外。本发明的传动机构包括带有蜗轮6和蜗杆5的蜗轮蜗杆传动件、制动部件、从动部件、与气动马达2连接并位于从动部件一侧的主动摩擦轮4和推动部件，其中，制动部件包括制动盘9和用于固定制动盘9的固定板10，制动盘9与固定板10连接并穿设在蜗杆5上与蜗杆5同轴连接。从动部件包括从动摩擦轮11和从动摩擦轮滑环12，从动摩擦轮11与从动摩擦轮滑环12连接并穿设在蜗杆5上与蜗杆5同轴连接。推动部件包括与控制机构信号连接的动作气缸7和连杆8，连杆8呈折弯状，连杆8的其中一个折弯位与制动部件的固定板10铰接(如图7中的铰接处17)，其一端与动作气缸7连接，另一端与从动部件的从动摩擦轮滑环12连接。本发明从动部件的从动摩擦轮11位于制动盘9和主动摩擦轮4之间，推动部件的动作气缸7与控制机构信号连接，以推动从动摩擦轮11滑动使得从动摩擦轮11以交替的方式分别与主动摩擦轮4接合或与制动盘9接合，实现蜗轮蜗杆传动件带动焊接机器人工作台1翻转或制动焊接机器人工作台1停止。为了使得从动摩擦轮11迅速从与主动摩擦轮4接合处进行移动切换至制动盘9，并与制动盘9接合实现动力切断和停车抱死的功能，本发明在蜗轮6靠近从动部件的一端设置有挡板13，挡板13与从动摩擦轮11之间设置有压紧弹簧14。本发明在挡板13与从动摩擦轮11之间设置有压紧弹簧14，使得从动摩擦轮11在动作气缸7的驱动力和压紧弹簧14压缩反弹力的作用下迅速压紧制动盘9，迅速实现动力切断和停车抱死的功能，从而可以准确实现翻转位置的精确控制。本发明的蜗轮蜗杆传动件还包括输出法兰15，该输出法兰15一端与蜗轮6同轴连接，另一端与焊接机器人工作台1连接。本发明的光电编码器3与蜗轮6同轴连接实现其与焊接机器人工作台1同轴连接。本发明的一种焊接机器人工作台翻转角度的控制方法，是通过对实时检测到的翻转角度与预设角度进行比较，控制以交替切换的方式实现焊接机器人工作台1翻转或停止翻转的状态转换，实现焊接机器人工作台1翻转角度的调节控制。其中，通过对实时检测到的翻转角度与预设角度进行比较，控制以交替切换的方式实现焊接机器人工作台1翻转或停止翻转的状态转换，实现焊接机器人工作台1翻转角度的调节控制，包括以下步骤：第一步，控制焊接机器人工作台1翻转，并获取焊接机器人工作台1实时的翻转角度；第二步，将实时的翻转角度与预设角度进行比较得到差值，对差值是否在设定的误差范围内进行判断：若差值在设定的误差范围内，则控制从动部件从与主动部件接合处进行移动切换，实现从动部件与制动部件接合来制动与从动部件同轴连接的蜗轮蜗杆传动件停止，控制焊接机器人工作台1停止翻转，等待焊接工作完成后进行第三步；否则，控制焊接机器人工作台1继续翻转，返回第一步；第三步，控制从动部件从与制动部件接合处进行移动切换，实现从动部件与主动部件接合来驱动与从动部件同轴连接的蜗轮蜗杆传动件转动，控制焊接机器人工作台1复位翻转。本发明焊接机器人工作台翻转角度的调节装置结构简单、操作容易和生产成本低，该调节装置的工作原理为：利用气动马达2作为动力机构输出动力，主动摩擦轮4传动为一级减速，同时从动摩擦轮11作离合作用。当工作台翻转到预设角度时，推动部件的动作气缸7推动从动摩擦轮滑环12使得从动摩擦轮11与主动摩擦轮4分离，切断动力；同时，从动摩擦轮11在压紧弹簧14的复位反弹和动作气缸7驱动力作用下压紧制动盘9，与制动盘9接合，迅速将从动摩擦轮11制动，蜗杆5锁死，实现准确角度停止翻转。当翻转工作台需要反转复位时，控制机构控制气动马达2反转，推动部件的动作气缸7推动从动摩擦轮滑环12使得从动摩擦轮11与制动盘9分离，从动摩擦轮11同时与主动摩擦轮4接合，动力接通，实现翻转工作台需要反转复位。本发明的调节装置成本低廉，维护简单，操作容易，而且具有一定的运动精度。本发明调节装置的基于气动马达2作动力输出，蜗轮蜗杆大传动比传动系统作高精度分度装置，利用光电编码器3作位置信息获取装置，通过闭环控制实现高精度翻转运动的。本发明具体的工作过程是这样的：气动马达2启动，输出动力，主动摩擦轮4旋转。常态下，从动摩擦轮11在压紧弹簧14的弹性元件反弹作用下压紧制动盘，故常态下蜗杆是处于抱死状态，同时由于采用具有自锁性能的蜗轮蜗杆传动，因此提高了蜗杆5抱死性能的可靠性。当翻转工作台需要翻转动作时，该调节装置通过推动部件驱动从动摩擦轮滑环12，使其向右滑动，同时从动摩擦轮11在其作用下向右滑动，并以一定的压紧力压紧旋转的主动摩擦轮4，从而蜗杆5在从动摩擦轮11的带动下旋转，有一定的输出量，焊接机器人工作台1实现旋转。此外，为让蜗杆5传动具有自锁性和提高系统的响应特性，本发明可采用二级传动的大传动比传动方案，总传动比为112。同时较大传动比对转角有分度作用，提高系统位置精度。本发明调节装置的控制机构不断从光电编码器3处获得相应的转角位移输出量，并与预设角度(目标量)作比较，当其差值在允许误差范围内，即焊接工作台旋转到位的状态下，控制机构控制推动部件驱动从动摩擦轮滑环12，使其向左滑动，同时从动摩擦轮11在驱动力和原压紧弹簧14压缩力反弹的作用下迅速压紧制动盘9，迅速实现动力切断和停车抱死的功能，从而可以准确实现位置控制。此时，气动马达2可以利用工业机器人焊接作业期间进行停车，以准备下一次正转或反转运行。但是，为了减少制动时蜗杆5的响应时间，提高控制精度，蜗杆5和从动摩擦轮11的转动惯量尽量小；由于蜗轮蜗杆传动选择开式传动，所以强度设计必须考虑周全，避免引起安全性问题。本发明对于气动马达2的控制：本发明采用TAM2-405FB型号的气动马达2，该气动马达2具有自带的制动功能，故无需考虑其制动控制。根据气动马达2的工作原理，设计的气动马达2控制气动系统图5所示。当系统上电时，A1与A2不给电，换向阀处于中位，气动马达没有启动，在系统运行过程中若系统掉电时，气动马达立即停机，保护了机器。当A1给信号，A2不给信号，气动马达正转；A1给信号，A2不给信号，气动马达反转。本发明对于传动机构的控制：传动机构的制动部件主要用于翻转工作台停止时可靠锁止，同时制动系统也充当离合器的作用，在工作台需要翻转动作时，从动摩擦轮11接入右位，压紧主动摩擦轮4，从而产生翻转动作。从动摩擦轮11的驱动采用一个气缸驱动，即动作气缸7，利用杠杆原理，产生一个从动摩擦轮11正常传动所需的压紧力。类似地，该动作气缸7的气动控制系统如图6所示。当B电磁阀得电时，换向阀左位接入回路，动作气缸7动作，向右伸出，通过连杆8驱动从动摩擦轮11往右运动，压紧主动摩擦轮4获得动力，翻转工作台进行翻转动作；当B电磁阀失电时，换向阀右位接入回路，从动摩擦轮11在弹簧的作用下缩回，并与压紧制动盘9，进行机构锁止。因此，根据控制线路和相关的控制变量能实现焊接翻转工作预定的翻转功能，控制机构视用户要求不同，可采用接触器、继电器控制或PLC控制，其电气接线图和程序省略。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。