本发明涉及焊接自动化装置技术领域，尤其是一种非接触引弧式弧焊机器人。
背景技术：
弧焊机器人作为一种高度自动化的焊接设备，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段之一；目前，利用弧焊机器人来替代手工焊接作业已经成为焊接制造业的发展趋势，其被广泛应用于诸如汽车制造、机械零部件加工、工程机械等诸多技术领域。
目前，弧焊机器人所用到的引弧方式主要由接触式引弧和非接触式引弧两种；其中，接触式引弧的工作原理为：焊接时将钨电极与工件短路，然后迅速提升钨电极，利用短路瞬间引燃电弧，但是对于大电流的弧焊机器人而言，钨电极烧损较为严重，会改变钨电极端部的几何尺寸。而非接触式引弧则分为工频升压引弧、高频高压引弧和高频脉冲引弧三种方式，工频升压引弧在实际应用中也来越少；高频高压引弧虽然引燃电弧的成功率较高，但电磁干扰大，会通过电网传导和空间辐射对机器人本身的电子元器件产生干扰；高压脉冲引弧的优点是电磁干扰小，但引弧效果差、成功率偏低。另外，现有的弧焊机器人还普遍存在结构构造相对复杂、作业范围小、灵活性差、焊接效率低。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种非接触引弧式弧焊机器人。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种非接触引弧式弧焊机器人，它包括机械手臂、装设于机械手臂的末端的焊枪以及装设于焊枪上的引弧器；所述引弧器包括外保护壳、装设于外保护壳内的集成驱动板以及装设于外保护壳上并与集成驱动板电连接的电弧放电引出端脚，所述集成驱动板上设置有一用于将220V交流电进行倍数升压后并输出的倍压电路和用于将倍压电路输出的电压转换为脉冲电流并通过电弧放电引出端脚输出的引弧触发电路；
所述倍压电路包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的阴极通过顺序串联的第一电容和第一电阻作为倍压电路的电源输入A端来使用、阳极同时作为倍压电路的电源输入B端和倍压电路的电压输出B端来使用，所述第二二极管的阳极连接于第一二极管的阴极、阴极通过第二电容连接于第一二极管的阳极，所述第三二极管的阳极连接于第二二极管的阴极、阴极通过第三电容连接于第二二极管的阳极，所述第四二极管的阳极连接第三二极管的阴极、阴极通过第四电容连接于第三二极管的阳极，所述第四二极管的阴极同时作为倍压电路的电压输出A端来使用；
所述引弧触发电路包括第五二极管、场效应管、第六二极管、第七二极管、稳压二极管、双向晶闸管、单向晶闸管和变压器，所述第五二极管的阳极连接于倍压电路的电压输出A端、阴极连接于场效应管的漏极并通过顺序串联的第二电阻和第五电容连接倍压电路的电压输出B端，所述场效应管的源极通过顺序串联的第五电阻和第六电容连接于变压器的初级侧的A端、栅极连接于稳压二极管的阴极并通过第三电阻连接场效应管的漏极，所述稳压二极管的阳极连接于第五电阻和第六电容之间并同时连接于单向晶闸管的阳极，所述单向晶闸管的控制极通过双向晶闸管连接于第二电阻和第五电容之间并通过第四电阻连接于倍压电路的电压输出B端、阴极同时连接于倍压电路的电压输出B端，所述第六二极管的阴极连接于第五电阻与第六电容之间、阳极连接于第七二极管的阴极，所述第七二极管的阳极连接倍压电路的电压 输出B端，且所述第六二极管的两端并联有第六电阻，所述第七二极管的两端并联有一第七电阻，所述倍压电路的电压输出B端连接于变压器的初级侧的B端，所述电弧放电引出端脚连接于变压器的次级侧。
优选地，所述外保护壳由隔热材料制成，所述隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，所述基板为表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板，所述隔热涂层为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料。
优选地，所述基板的厚度为1mm，所述隔热涂层的厚度为900-1000μm。
优选地，所述隔热涂层的配方按重量组份计：有机硅树脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二铝0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化锆0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纤维0.1-1份。
优选地，所述隔热材料的制备方法为：
S1、将有机硅树脂、玻璃粉、聚碳硅烷、添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维按比例混合后形成混合料浆；
S2、将混合料浆在磨砂机上进行研磨，以使混合料浆的颗粒细度在40-50μm之间；
S3、利用空气喷涂机在空气压力为0.4MPa且喷枪口径在0.8-1mm的条件下将研磨后的混合料浆喷涂在表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板上；
S4、喷涂完毕后，在室温下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料浆在30CrMnSiA钢板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔热涂层；
S5、将基板连同隔热涂层放置于马弗炉中由室温逐渐加热到600℃并在600℃下保温2h，然后随马弗炉再冷却至室温。
优选地，所述机械手臂包括：
一卡盘；
一第一旋转驱动马达，所述第一旋转驱动马达座设于卡盘的上表面上且第一旋转驱动马达的动力轴上套装有一旋转盘；
一第一U型摆座，所述第一U型摆座装设于旋转盘上，所述第一旋转驱动马达通过旋转盘带动第一U型摆座在X-Z轴平面内相对于卡盘作旋转运动；
一第二旋转驱动马达，所述第二旋转驱动马达嵌装于第一U型摆座的座口侧壁内且第二旋转驱动马达的动力轴贯穿于第一U型摆座的座口分布；
一第二U型摆座，所述第二U型摆座的底部形成有第一轴联臂，所述第一轴联臂的底端卡装于第一U型摆座的座口内并套接第二旋转驱动马达的动力轴，所述第二旋转驱动马达通过第一轴联臂带动第二U型摆座在X-Y轴平面内相对于第一U型摆座作摆动运动；
一第三旋转驱动马达，所述第三旋转驱动马达嵌装于第二U型摆座的座口侧壁内且第三旋转驱动马达的动力轴贯穿于第二U型摆座的座口分布；
一第四旋转驱动马达，所述第四旋转驱动马达的外壳底面上形成有第二轴联臂，所述第二轴联臂的底端卡装于第二U型摆座的座口内并套接第三旋转驱动马达的动力轴，所述第三旋转驱动马达通过第二轴联臂带动第四旋转驱动马达在X-Y轴平面内相对于第二U型摆座作摆动运动；
一第三U型摆座，所述第三U型摆座装设于第四旋转驱动马达的动力轴上，所述第四旋转驱动马达驱动第三U型摆座在Y-Z轴平面内作旋转运动；
和
一第五旋转驱动马达，所述第五旋转驱动马达嵌装于第三U型摆座的座口侧壁内且第五旋转驱动马达的动力轴贯穿于第三U型摆座的座口分布；
所述焊枪的末端设置有一固定座，所述固定座位于第三U型摆座的座口内并套接第五旋转驱动马达的动力轴，所述第五旋转驱动马达通过固定座带动焊枪和引弧器在X-Y轴平面内相对于第三U型摆座同步进行摆动运动。
由于采用了上述方案，本发明基于对引弧器的电路结构改进，使机器人(尤其是引弧器部分)不仅频率低、能量小、对电网的干扰小，而且引弧成功率高；同时整个机器人采用以电容的充放电时间来控制晶闸管的导通和截止，取代了传统芯片控制晶闸管导通和截止的方式，有利于减少机器人的成本，并降低其设计难度。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本实施例提供的一种非接触引弧式弧焊机器人，它包括机械手臂、装设于机械手臂的末端的焊枪10以及装设于焊枪10上的引弧器；其中，引弧器包括外保护壳20、装设于外保护壳20内的集成驱动板(图中未示出)以及装设于外保护壳20上并与集成驱动板电连接的电弧放电引出端脚30，在集成驱动板上设置有一用于将220V交流电进行倍数升压后并输出的倍压电路和用于将倍压电路输出的电压转换为脉冲电流并通过电弧放电引出端脚30输出的引弧触发电路。
本实施例的倍压电路包括第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3和第四二极管VD4，第一二极管VD1的阴极通过顺序串联的第一电容C1和第一电阻R1作为倍压电路的电源输入A端来使用、阳极同时作为倍压电路的电源输入B端和倍压电路的电压输出B端来使用，第二二极管VD2的阳极连接于第一二极管VD1的阴极、阴极通过第二电容C2连接于第一二极管VD1的阳极，第三二极管VD3的阳极连接于第二二极管VD2的阴极、阴极通过第三电容C1连接于第二二极管VD2的阳极，第四二极管VD4的阳极连接第三二 极管VD3的阴极、阴极通过第四电容C4连接于第三二极管VD3的阳极，第四二极管VD4的阴极同时作为倍压电路的电压输出A端来使用；其具体工作原理为：交流220V(将220V电压定义为U1)经电容的充放电可使倍压电路的输出电压为四倍的U1，即：在交流正半波时，第一二极管VD1阳极为正，第一二极管VD1导通，交流电经第一二极管VD1和第一电阻R1给第一电容C1充电(充电时间由第一电阻R1的阻值和第一电容C1的电容值决定)，使第一电容C1充满(即：第一电容C1两端的电压达到U1)；在交流负半波时，第一二极管VD1的阳极为负，第一二极管VD1截止，第二二极管VD2导通，交流电经第一电阻R1、第一电容C1和第二二极管VD2给第二电容C2充电，由基尔霍夫电压定律可知，整个回路的电压代数和为零，可知第二电容C2两端的电压为两倍的U1；在交流下一个正半波时，第三二极管VD3导通、第二二极管VD2截止，交流电经第二电容C2、第三二极管VD3、第一电容C1和第一电阻R1这个回路给第三电容C3充电，基于上述原理可知第三电容C3两端的电压为三倍的U1，在交流电下一个负半波时，第三二极管VD3截止，第四二极管VD4导通，交流电经第一电阻R1、第一电容C1、第三电容C3、第四二极管VD4和第二电容C2这个回路给第四电容C4充电，基于上述原理，可使得第四电容C4两端的电压达到四倍的U1，从而使倍压电路能够对220V交流电进行倍数升压后输出。
本实施例的引弧触发电路包括第五二极管VD5、场效应管IGBT、第六二极管VD6、第七二极管VD7、稳压二极管VS、双向晶闸管VD、单向晶闸管VT和变压器T；第五二极管VD5的阳极连接于倍压电路的电压输出A端、阴极连接于场效应管IGBT的漏极并通过顺序串联的第二电阻R2和第五电容C5连接倍压电路的电压输出B端，场效应管IGBT的源极通过顺序串联的第五电阻R5和第六电容C6连接于变压器T的初级侧的A端、栅极连接于稳压二极管VS的阴极并通过第三电阻R3连接场效应管IGBT的漏极，稳压二极管VS的阳极连接于第五电阻R5和第六电容C6之间并同时连接于单向晶闸管VT的阳极， 单向晶闸管VT的控制极通过双向晶闸管VD连接于第二电阻R2和第五电容C5之间并通过第四电阻R4连接于倍压电路的电压输出B端、阴极同时连接于倍压电路的电压输出B端，第六二极管VD6的阴极连接于第五电阻R5与第六电容C6之间、阳极连接于第七二极管VD7的阴极，第七二极管VD7的阳极连接倍压电路的电压输出B端，且第六二极管VD6的两端并联有第六电阻R6，第七二极管VD7的两端并联有一第七电阻R7，倍压电路的电压输出B端连接于变压器T的初级侧的B端，电弧放电引出端脚30连接于变压器T的次级侧；其工作原理为：经倍压电路输出的电压(即四倍的U1)通过第五二极管VD5、场效应管IGBT和第五电阻R5这个回路给第六电容C6充电，此时由于双向晶闸管VD未导通，单向晶闸管VT的控制极为低电平，所以第六电容C6的电压会不断升高，同时倍压电路输出的电压经第二电阻R2这个回路给第五电容C5充电，当第六电容C6的电压达到四倍的U1时，第五电容C5两端的电压会大于双向晶闸管VD的击穿电压，从而触发双向晶闸管VD导通，而稳压二极管VT的控制极则由低电平转为高电平，触发单向晶闸管VT导通，储存于第六电容C6中的能量会通过单向晶闸管VT和变压器T回路石方，从而形成脉冲电流，经变压器T升压耦合到电弧放电引出端脚30，以在钨电极与工件之间形成几千伏的脉冲电压，电离空气形成电弧，进而达到引燃电弧的效果。
基于对引弧器的电路结构改进，使本实施例的机器人(尤其是引弧器部分)不仅频率低、能量小、对电网的干扰小，而且引弧成功率高；同时整个机器人采用以电容的充放电时间来控制晶闸管的导通和截止，取代了传统芯片控制晶闸管导通和截止的方式，有利于减少机器人的成本，并降低其设计难度。
为能够对引弧器起到强力的耐高温保护作用，以避免引弧器的内部元器件(尤其是集成驱动板)因受到高温的炙烤，而无法正常执行功能，甚至导致机器人故障或引弧失败等问题的发生，本实施例的外保护壳20由隔热材料制成，隔热材料包括基板和形成于基板表面的隔热涂层构成，其中，基板采 用表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板，而隔热涂层则为以有机硅树脂、玻璃粉和聚碳硅烷为黏结剂并通过添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维所形成的混合材料。通过对隔热涂层的材料成分的改进能够使隔热材料具备良好的隔热性能；经试验测试，在基板的厚度为1mm，隔热涂层的厚度为900-1000μm的条件下，隔热材料的隔热效果可达到1500℃以上，而且隔热材料中的氮化硼和碳纤维则能够有效改善涂层的耐热性，减少涂层因受热而开裂。
作为一个优选方案，本实施例的隔热涂层的配方按重量组份计：有机硅树脂10份、聚碳硅烷20份、玻璃粉5-10份、三氧化二铝0.1-5份、碳化硅0.1-5份、二氧化锆0.1-8份、氮化硼0.1-20份、二氧化硅0.5份、碳纤维0.1-1份。
作为一个优选方案，本实施例的隔热材料的制备方法为：
S1、将有机硅树脂、玻璃粉、聚碳硅烷、添加三氧化二铝、碳化硅、二氧化锆、氮化硼、二氧化硅以及碳纤维按比例混合后形成混合料浆；
S2、将混合料浆在磨砂机上进行研磨，以使混合料浆的颗粒细度在40-50μm之间；
S3、利用空气喷涂机在空气压力为0.4MPa且喷枪口径在0.8-1mm的条件下将研磨后的混合料浆喷涂在表面经过磷化处理的30CrMnSiA钢板上；
S4、喷涂完毕后，在室温下放置48h，然后在200℃下烘烤2h，以使混合料浆在30CrMnSiA钢板上固化成膜，即形成涂覆于基板上的隔热涂层；
S5、将基板连同隔热涂层放置于马弗炉中由室温逐渐加热到600℃并在600℃下保温2h，然后随马弗炉再冷却至室温。
采用划格法测试涂层的附着力并利用体式显微镜对涂层表面进行观察以对其进行性能评估，然后再氧-乙炔下烧灼，观察不同火焰温度下烧蚀4s后涂层的烧蚀形貌，最后在激光束辐照下进行抗激光烧蚀测试以监测涂层的温升过程，通过上述实验手段可以发现，隔热材料在激光照射后温度上升较为 缓慢，峰值温度较低(在246℃左右)，以此，可以确定隔热材料具有明显的耐烧蚀隔热效果。
为最大限度地优化整个机器人的结构，增加其作业范围以及焊接作业的灵活性，本实施例的机械手臂包括：
一卡盘80；
一座设于卡盘80的上表面上的第一旋转驱动马达90，且第一旋转驱动马达90的动力轴上套装有一旋转盘100；
一装设于旋转盘100上的第一U型摆座110，第一旋转驱动马达90通过旋转盘100带动第一U型摆座110在X-Z轴平面内相对于卡盘80作旋转运动；
一嵌装于第一U型摆座110的座口侧壁内的第二旋转驱动马达120，第二旋转驱动马达120的动力轴贯穿于第一U型摆座110的座口分布；
一底部形成有第一轴联臂130的第二U型摆座140，第一轴联臂130的底端卡装于第一U型摆座110的座口内并套接第二旋转驱动马达120的动力轴，第二旋转驱动马达120通过第一轴联臂130带动第二U型摆座140在X-Y轴平面内相对于第一U型摆座140在180°的角度范围内作摆动运动；
一嵌装于第二U型摆座140的座口侧壁内的第三旋转驱动马达150，第三旋转驱动马达150的动力轴贯穿于第二U型摆座140的座口分布；
一外壳底面上形成有第二轴联臂160的第四旋转驱动马达170，第二轴联臂160的底端卡装于第二U型摆座140的座口内并套接第三旋转驱动马达150的动力轴，第三旋转驱动马达150通过第二轴联臂160带动第四旋转驱动马达170在X-Y轴平面内相对于第二U型摆座140在180°的角度范围内作摆动运动；
一装设于第四旋转驱动马达170的动力轴上的第三U型摆座180，第四旋转驱动马达170驱动第三U型摆座180在Y-Z轴平面内作旋转运动；
和
一嵌装于第三U型摆座180的座口侧壁内的第五旋转驱动马达190，第五旋转驱动马达190的动力轴贯穿于第三U型摆座180的座口分布；并且在焊枪10的末端设置有一固定座101，固定座101位于第三U型摆座180的座口内并套接第五旋转驱动马达190的动力轴，第五旋转驱动马达190通过固定座101带动焊枪10和引弧器在X-Y轴平面内相对于第三U型摆座180在在180°的角度范围内同步进行摆动运动。
以此，可使得焊枪10相对于卡盘80可实现不同位置、不同角度的焊接作业，极大地扩展的焊枪10的作业半径；通过对各个旋转驱动马达的集中控制，可增强整个机器人的灵活性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。