一种焊接机器人控制系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种焊接机器人控制系统，包括：激光视觉组件，用以扫描待焊接的工件外形得到工件外形数据；控制器，其与激光视觉组件相连，用以处理工件外形数据得到相应的焊缝轨迹数据；伺服驱动器，其分别与控制器和机器人工作站相连，用以根据焊缝轨迹数据驱动机器人工作站中的联动运动，机器人工作站，其中设置有联动运动机构、摆动组件和设置在摆动组件上的焊枪，联动运动机构进行三维空间运动，摆动组件与联动运动机构相关联，可绕三维空间中的高度方向回转摆动；待焊接的工件竖起固定在机器人工作站上，通过联动运动机构和摆动组件带动焊枪按照工件的焊缝轨迹数据对工件进行焊接。采用本发明可适用于形状多样的工件，且能其进行准确焊接。
【专利说明】
-种焊接机器人控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明设及自动化焊接领域，特别设及一种焊接机器人控制系统和方法。
【背景技术】
[0002] 工件的焊接大都是通过人工焊接实现的，并且在进行人工焊接并焊接到一定长度 时，焊接人员必须移动脚步，W继续进行焊接，然而，运将影响了焊接过程中的平稳性，易造 成焊缝外观不均匀、漏水、漏光W及焊道接头突出外缘的现象，因此，对工件进行焊接必须 采用自动焊接技术。
[0003] 但是，通过自动焊接技术对工件进行焊接的过程中难W针对形状多样的工件进行 准确焊接，无法适用于形状多样的工件焊接。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的在于解决现有技术中无法适用于形状多样的工件焊接的缺陷 而提供一种焊接机器人的控制方法。 阳〇化]本发明的另一个目的在于提供一种可适用于形状多样的工件，且能对形状多样的 工件进行准确焊接的的焊接机器人控制系统。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 一种焊接机器人控制系统，包括： 激光视觉组件，用W扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据； 控制器，其与激光视觉组件相连，用W处理所述工件外形数据得到相应的焊缝轨迹数 据； 伺服驱动器，其分别与所述控制器和机器人工作站相连，用W根据所述焊缝轨迹数据 驱动所述机器人工作站中的联动运动， 机器人工作站，其中设置有联动运动机构、摆动组件和设置在所述摆动组件上的焊枪， 所述联动运动机构进行Ξ维空间运动，所述摆动组件与所述联动运动机构相关联，并可绕 Ξ维空间中的高度方向回转摆动； 所述待焊接的工件竖起固定在所述机器人工作站上，所述机器人工作站用W通过联动 运动机构和摆动组件带动所述焊枪按照所述工件的焊缝轨迹数据对所述工件进行焊接。
[0007] 优选的，所述激光视觉组件设置在所述机器人工作站上，通过所述机器人工作站 进行移动。
[0008] 优选的，所述激光视觉组件包括第一激光头、第二激光头和支架，所述第一激光头 和第二激光头设置在支架的活动端，所述支架的固定端可旋转地固定在所述机器人工作站 上。
[0009] 优选的，所述第一激光头和第二激光头之间的夹角为25度~75度，所述第二激光 头与所述待焊接的工件成90度，所述第一激光头与所述工件的翼面成25度~75度。
[0010] 优选的，还包括分别与所述控制器和机器人工作站相连的限位传感器，所述限位 传感器用w检测所述机器人工作站中待焊接的工件是否就位，待所述工件就位后向所述控 制器发出就位信号； 所述控制器接收到就位信号后触发控制所述激光视觉组件执行工件外形的扫描。
[0011] 优选的，所述控制器包括： 工件外形识别单元，用W对所述工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的 工件外形数据； 参数保存单元，用W保存焊接参数； 焊接轨迹计算单元，用W拟合修正的工件外形数据，并根据所述保存的焊接参数计算 插补数值，形成焊缝轨迹数据。
[0012] 优选的，还包括与所述控制器相连的输入设备，所述输入设备用W输入所述焊接 参数。
[0013] 一种焊接机器人控制方法，待焊接的工件竖起固定在机器人工作站上，所述方法 包括如下步骤： 通过激光视觉组件扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据； 控制器处理所述激光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相应的焊缝轨迹数据； 分别与所述控制器和机器人工作站相连的伺服驱动器将根据所述焊缝轨迹数据驱动 所述机器人工作站中的联动运动机构进行Ξ维空间运动，W带动所述机器人工作站中与所 述联动运动机构相关联的摆动组件； 通过所述摆动组件的Ξ维运动W及绕Ξ维空间中高度方向上的回转摆动带动焊枪按 照所述工件的焊缝轨迹数据对所述工件进行焊接。
[0014] 优选的，所述控制器处理所述激光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相应的 焊缝轨迹数据的步骤包括： 所述控制器获取所述激光视觉组件扫描得到的工件外形数据； 对所述工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工件外形数据； 拟合修正的工件外形数据，并获取保存的焊接参数，根据所述焊接参数计算插补数值， W形成焊缝轨迹数据。
[0015] 优选的，所述对所述工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工件外 形数据的步骤包括： 获取待焊接的工件对应的工件图纸数据； 根据机器人工作站的Ξ维坐标系中的水平移动速度和扫描时间间隔计算得到水平方 向上的扫描间隔； 根据所述水平方向上的扫描间隔对所述工件图纸数据进行离散化处理W得到基准数 据； 对比所述基准数据识别得到所述工件外形数据中的奇异点； 修正所述奇异点得到修正的工件外形数据。
[0016] 由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于： 本发明中，通过激光视觉组件对待焊接的工件进行外形扫描得到工件外形数据，控制 器获取到工件外形数据并进行处理得到相应的焊缝轨迹数据，伺服务驱动器分别与控制器 和机器人工作站相连，W根据焊缝轨迹数据驱动机器人工作站中的联动运动，待焊接的工 件竖起固定在机器人工作站上，机器人工作站中设置的联动运动机构带动摆动组件进行Ξ 维空间运动，从而在对工件进行焊接的过程中摆动组件带动焊枪通过Ξ维空间运动进行焊 接，并可在摆动组件的作用下绕Ξ维空间中的高度方向回转摆动，焊枪灵活移动，进而可适 用于形状多样的工件，实现了形状多样的工件的准确焊接。
【附图说明】
[0017] 图1是一个实施例中焊接机器人控制系统的结构示意图； 图2是图1中机器人工作站的结构示意图； 图3是图1中激光视觉组件的结构示意图； 图4是一个实施例中包含奇异点的工件外形数据； 图5是图4中修正后的工件外形数据； 图6是图2中运动机构的结构示意图； 图7是一个实施例中定位夹紧工装的结构示意图； 图8是图7中竖起固定工件的定位夹紧工装的结构示意图； 图9是图7中定位夹紧工装的俯视图。
[001引附图标记说明如下：10、激光视觉组件；110、第一激光头；130、第二激光头；150、 支架；20、控制器；210、工件外形识别单元；220、参数保存单元；230、焊接轨迹计算单元； 240、布尔单元；30、伺服驱动器；40、机器人工作站；410、联动运动机构；411、直线伺服电 机；413、直线执行机构；4131、滑轨；4133、滑块；4135、平板；420、摆动组件；421、轴减速 机；423、轴伺服电机；425、焊枪夹爪；430、焊枪；440、基座；450、扫描驱动电机；460、机械 臂；461、机械臂主体；463、连接器；50、限位传感器；60、输入设备；70、定位夹紧工装；713、 定位卡爪；720、夹紧机构；721、第一边框；723、第二边框；725、驱动组件；7251、滑动滚轮； 7253、夹紧电机；730、竖起机构；740、高低调整组件；741、高低调整推板；743、顶杆；745、推 板电机；750、底架；770、位置传感器。
【具体实施方式】
[0019] 体现本发明特征与优点的典型实施方式将在W下的说明中详细叙述。应理解的是 本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说 明及图示在本质上是当作说明之用，而非用W限制本发明。
[0020] 在一个实施例中，如图1所示，一种焊接机器人控制系统，包括激光视觉组件10、 控制器20、伺服驱动器30和机器人工作站40。
[0021] 激光视觉组件10,用W扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据。
[0022] 激光视觉组件10可设置在机器人工作站40上，W方便对竖起固定的工件进行扫 描，感知工件的外形，W便于根据工件的外形准确获知工件所对应的焊缝轨迹。
[0023] 其中，激光视觉组件10可W是激光距离传感器，待焊接的工件可W是波纹板等需 要进行焊接加工的对象。
[0024] 控制器20与激光视觉组件10电连接，W处理工件外形数据得到相应的焊缝轨迹 数据。 阳0巧]控制器20可采用Simition CU320 (西口子多轴控制单元）实现，也可利用工控机 或者ARM (Advanced RISC Machines)控制器实现，W用于进行输入输出信号处理和顺序逻 辑控制。具体的，控制器20获取得到激光视觉组件10生成的工件外形数据之后，生成与之 对应的焊缝轨迹数据，该焊缝轨迹数据是与Ξ维空间相对应的，将指示了 Ξ维空间中的焊 接轨迹。
[00%] 伺服驱动器30,其分别与控制器20和机器人工作站40相连，W根据焊缝轨迹数据 驱动机器人工作站40中的联动运动。
[0027] 具体的，伺服驱动器30接收由控制器20处理得到的焊缝轨迹数据，按照焊缝轨迹 数据获知机器人工作站40在Ξ维空间中的运动，进而驱动机器人工作站40进行Ξ维空间 的联动运动。
[0028] 请结合参阅图2,机器人工作站40中设置有联动运动机构410、摆动组件420和焊 枪 430。
[0029] 联动运动机构410可设置在一固定面上，例如，机器人工作站40还可包括了一基 座440,该基座440是固定不动的，联动运动机构410设置在基座440上，W相对基座440进 行Ξ维空间运动。
[0030] 具体的，联动运动机构410所进行的Ξ维空间运动包括了前后方向上的直线移 动、左右方向上的直线移动W及高度方向上的直线移动，根据工件的焊接需要，联动运动机 构410可分别进行如上所述的任一方向上的直线运动，也可同时进行如上所述的至少两个 方向上的直线运动。
[0031] 也就是说，将预先建立Ξ维空间坐标系，该Ξ维空间坐标系包括X坐标轴、y坐标 轴和Z坐标轴，相应的，联动运动机构410中设置了 X向移动平台、y向移动平台和Z向移 动平台，W分别用W实现X方向、y方向和Z方向上的移动。
[0032] 摆动组件420与联动运动机构410相关联，W在联动运动机构410的带动下进行 Ξ维空间运动，并且可绕Ξ维空间中的高度方向回转摆动。
[0033] 具体的，摆动组件420用W实现焊枪430的安装W及回转摆动，并通过联动运动机 构410进行Ξ维空间运动。
[0034] 摆动组件420在联动运动机构410的带动下进行X方向、y方向和Z方向上的移 动，并根据需要绕Ξ维空间中的高度方向，即Z坐标轴进行回转摆动。
[0035] 焊枪430设置在摆动组件420上，并通过摆动组件420和联动运动机构410的配 合实现其在Ξ维空间中的运动W及回转摆动，进而极大地提高了灵活性，可就各种形状不 同的工件进行焊接。
[0036] 上述的机器人工作站40通过激光视觉组件10准确识别工件的外形W得到最佳的 焊接轨迹，并在控制器20和伺服驱动器30的配合下按照运一焊接轨迹进行Ξ维空间中的 移动W及回转摆动，W完成工件的平稳焊接，极大的提高了焊接过程中的平稳性，不会造成 焊缝不均匀、漏水、漏光和焊道接头突出的情形，有效地减少了人工劳动强度。
[0037] 在如上所述的联动运动机构410、摆动组件420和焊枪430的配合下，不需要根据 工件的形状进行预先设置和调整，只需要在焊接的过程中根据工件的形状进行移动和/或 回转摆动即可，其可适用于各种工件加工场合。
[0038] 在一个实施例中，上述激光视觉组件10设置在机器人工作站40上，通过机器人工 作站40实现激光视觉组件10的移动。
[0039] 具体的，激光视觉组件10在机器人工作站40的驱动下进行匀速移动，W完成工件 的准确扫描。
[0040] 在一个实施例中，如图3所示，上述激光视觉组件10包括第一激光头110、第二激 光头130和支架150。
[0041] 支架150可旋转地固在机器人工作站40上，第一激光头110和第二激光头130均 设置在支架150的活动端，从而使得第一激光头110和第二激光头130随着支架150的旋 转而发生转动，进而对工件进行准确扫描。该支架150为回转杆件，其可绕固定端回转。
[0042] 相应的，机器人工作站40中设置有扫描驱动电机450,该扫描驱动电机450固设在 联动运动机构410上，并与激光视觉组件10相连接，W控制激光视觉组件的匀速移动。
[0043] 第一激光头110和第二激光头130之间的夹角为25度~75度，第二激光头130与 待焊接的工件成90度，第一激光头110与工件的翼面成25度~75度。
[0044] 在优选的实施例中，第一激光头110和第二激光头130之间的夹角为45度，第一 激光头110和工件的翼面成45度。
[0045] 在一个实施例中，如上所述的焊接机器人控制系统还包括了限位传感器50。该限 位传感器50分别与控制器20、机器人工作站40相连，用W检测机器人工作站40中待焊接 的工件是否就位，待工件就位后向控制器20发出就位信号。
[0046] 限位传感器50设置在机器人工作站40中工件进行上料传送的最终位置，即工件 的就位位置。限位传感器50将感知工件是否被传送到设置的就位位置，若为是，则产生就 位信号，并发送至控制器20, W便于通知控制器20当前可进行工件的外形扫描。
[0047] 控制器20接收到就位信号后触发控制激光视觉组件10执行工件外形的扫描。
[0048] 因此，通过设置限位传感器50自动对工件的上料进行自动感知，从而自动开始进 行工件的外形扫描，极大的提高了焊接的自动化程度，更进一步降低了焊接所耗费的人工 成本。
[0049] 如图3所示，在一个实施例中，上述控制器20包括工件外形识别单元210、参数保 存单元220和焊接轨迹计算单元230。
[0050] 工件外形识别单元210,用W对工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正 的工件外形数据。
[0051] 本实施例中，工件外形识别单元210将接收到激光视觉组件10所传送的工件外形 数据，并通过所进行的平滑处理消除由于扫描过程中工件光洁度造成的奇异点，W进一步 保障扫描得到的工件外形数据的准确性。
[0052] 具体的，工件外形识别单元210将获取待焊接的工件对应的工件图纸数据，根据 机器人工作站40的Ξ维坐标系中的水平移动速度和扫描时间间隔计算得到水平方向上的 扫描间隔，根据水平方向上的扫描间隔对工件图纸数据进行离散化处理W得到基准数据， 对比基准数据识别得到工件外形数据中的奇异点，修正该奇异点即可得到修正的工件外形 数据。
[0053] 也就是说，预先存储了每一工件所对应的工件图纸数据，并在对运一类工件进行 焊接加工时调用所存储的工件图纸数据。
[0054] 激光视觉组件10记录了其与工件之间的垂直距离y，并保存，根据预设的扫描时 间间隔t和激光视觉组件10的水平移动速度V计算得到水平方向上的扫描间隔Δχ，即Δχ ;!锁|雜滚:;。 阳化5] 其中，工件外形数据是Ξ维数据，并存储为数组的形式，即{X。，xi··· X。}，{y。，yi… y。}，{z。，zi…z。}，其中y。为激光视觉组件10与工件之间的垂直距离，X。为水平方向上每一 扫描间隔对应的位置，Z。为每一工件的翼面高度。
[0056] 对于离散化处理后的工件图纸数据{XI。，Xli...XU，{Yl。，Yli...YU，{Zl。，Zli··· Zl。}，在理论上应当与工件外形数据相同，即{XI。，Xli…X1J= (x〇，Xi…X。}，因此，需要设 定一阔值k对工件外形数据进行修正。
[0057] 进一步的，分别判断{XI。，xii…X1J-(x〇，xi...xJ、{Yi〇，Yir'.YU-{y〇，yr·· yj和{Zl。，Ζ1ι···Ζ1η} - (z。，Zi…z。}之间的差值是否大于k，若为是，则说明{Xn，y。，z。}为 奇异点，将用上一点，即{x。1，y。1，Z。i}即替代修正，如图4和图5所示。
[0058] 参数保存单元220,用W保存焊接参数。
[0059] 本实施例中，参数保存单元220将接收到输入的焊接参数，并保存。
[0060] 焊接轨迹计算单元230,用W拟合修正的工件外形数据，并根据保存的焊接参数计 算插补数值，形成焊缝轨迹数据。
[0061] 本实施例中，焊接轨迹计算单元230对修正的工件外形数据进行分段处理，W得 到多段工件外形数据，由参数保存单元220获取得到焊接参数，W根据焊接参数对每一段 工件外形数据计算其所对应的插补数值，W形成焊缝轨迹数据。
[0062] W波纹板为例，若工件为波纹板，则根据波纹板中的波纹周期进行分段，W得到多 段曲线和线段，即G8-G1线段、G1-G2曲线、G2-G3线段、G3-G4曲线、G4-G5线段、G5-G6曲 线、G6-G7线段和G7-G8曲线。
[0063] 然后焊接轨迹计算单元230由参数保存单元220获取得到焊接参数，即焊枪长度 和焊接角度，W根据焊枪长度和焊接角度计算各段曲线和线段所对应的插补数值，W形成 焊缝轨迹数据{Xi、而…X。，Yl、Υ2···Υη，Zi、Z2…Zn, α 1、α 2··· α η，Vi、V2…V。}。其中{又1、 又2…X。}为各个点X轴位移绝对坐标，{yi、y2'''yJ是Υ轴位移绝对坐标，{zi、Ζ2···ζ。}是z 轴位移绝对坐标，{ α 1、α 2··· α。}是回转摆动轴α轴位移绝对坐标，{vi、V2··· V。}是4轴联 动插补速度。 W64] 此外，上述控制器20还包括了与限位传感器50电连接的布尔单元240。该布尔单 元240用W对限位传感器50执行布尔操作。 阳0化]在另一个实施例中，上述焊接机器人控制系统还包括与控制器20相连的输入设 备60,该输入设备60用W输入焊接参数，W将焊接参数传递至参数保存单元220中。
[0066] 根据使用上的需要，该输入设备60可W是触摸屏，W通过触摸屏中的控制面板实 现焊接参数的输入，但也可是其他设备，例如显示屏和键盘的组合等，在此不做限定。
[0067] 在一个实施例中，上述工件可为波纹板，波纹板被大量应用于工业建筑、集装箱和 道路运输车车厢等，其波纹折角越大则抗剪性能越好，但是波纹折角过大，例如波纹折角大 于60度时，焊枪430与波纹板所成的角度不利于准确焊接，进而严重影响焊接质量，而在如 上所述的机器人工作站中焊枪430可在联动运动机构410和摆动组件420的配合下进行Ξ 维空间运动和高度方向上的回转摆动，W对波纹板的焊缝进行跟踪焊接，实现大波纹折角 的波纹板焊接。
[0068] 请结合参阅图2,在一个实施例中，所述的机器人工作站40还包括了机械臂460， 该机械臂460与联动运动机构410相连，摆动组件420则设置在机械臂460的端部。 阳069] 具体的，机械臂460包括了机械臂主体461，该机械臂主体461与联动运动机构 410相连，用W带动摆动组件420进行Ξ维空间运动，从而为摆动组件420提供Ξ维空间运 动的功能。
[0070] 其中，摆动组件420可设置在机械臂主体461的自由端。
[0071] 进一步的，如上所述的机械臂460还包括了连接器463,该连接器463用W为焊枪 430提供可调的安装位，W提高工件焊接的准确性。
[0072] 连接器463设置在机械臂主体461的自由端，用W提供摆动组件420的安装位，并 可对摆动组件420中焊枪430的安装角度进行调整，进而在对工件进行焊接前预先对焊枪 430进行位置调整。
[0073] 具体的，连接器463将包括壳体、齿轮轴（图未示）和锁定螺母（图未示)，壳体用W 封装齿轮轴，并与机械臂主体461的自由端相连接，齿轮轴可转动地设置在壳体中，W提供 旋转传动。而摆动组件420与可转动的齿轮轴相连接，W通过齿轮轴的旋转传动实现摆动 组件420的转动，进而得W调整摆动组件420中焊枪430的安装角度。
[0074] 锁定螺母设置在齿轮轴上并与壳体相配合，通过锁定螺母旋出壳体，W松开锁定 的齿轮轴，齿轮轴处于自由状态可随意旋转，因此，可通过齿轮轴的旋转对设置在齿轮轴端 部的摆动组件420进行调整。
[0075] 相应的，待摆动组件420所进行的调整完成之后，将锁定螺母旋入，并在壳体的配 合下锁定，从而锁定齿轮轴，对当前摆动组件420中焊枪430的安装角度进行锁定。 阳076] 在一个实施例中，摆动组件420包括轴减速机421和轴伺服电机423,并且轴减速 机421和轴伺服电机423相连接。 阳077] 具体的，轴减速机421可与机械臂主体461的自由端相连接，W随着机械臂主体 461和联动运动机构420实现四轴联动，即Ξ维空间运动W及其绕高度方向上的回转摆动。
[0078] 进一步的，轴减速机421也可通过与连接器463相连而设置在机械臂460上，由于 可通过连接器463对焊枪430的安装角度进行调整，因此，通过在机械臂主体461和轴减速 机421之间设置连接器463将进一步对焊枪430进行位置优化，进一步提高了焊接的质量。
[0079] 进一步的，如上所述的摆动组件420还包括焊枪夹爪425,该焊枪夹爪425设置在 轴减速机421底部，用W夹持焊枪430。
[0080] 也就是说，焊枪夹爪425将在轴减速机421的带动下绕Ξ维空间的高度方向旋转， 进而带动夹持的焊枪430绕Ξ维空间的高度方向进行回转摆动。
[0081] 请结合参阅图6,在一个实施例中，联动运动机构410包括了伺服电机和执行机 构。伺服电机与执行机构相连，W带动执行机构进行Ξ维空间运动。
[00間具体的，由于立维空间的移动包括了立个方向上的直线移动，因此，伺服电机包括 了Ξ个直线伺服电机411，相应的，执行机构也包括了Ξ个直线执行机构411，每一直线伺 服电机411将与一直线执行机构413相连，并且直线伺服电机411和直线执行机构413的 设置也与其所进行的Ξ维空间运动相对应。
[0083] 也就是说，Ξ个直线伺服电机411将分别与一直线执行机构413构成一移动平台， 即X向移动平台、y向移动平台和Z向移动平台，W分别实现Ξ维空间中的X向移动、y向移 动和Z向移动。
[0084] 预先设置了机器人工作站中的焊接起始位置和Ξ维工作坐标系，Ξ维工作坐标系 的原点即为焊接起始位置，Ξ个直线伺服电机411分别与Ξ维工作坐标系中的坐标轴相对 应，直线执行机构413也将沿相应的坐标轴移动。
[00化]进一步的，直线执行机构413包括了滑轨4131、滑动设置在滑轨4131上的滑块 4133 W及固设在滑块4133顶部的平板4135, W实现顺杨滑动。
[0086] 在优选的实施例中，由直线伺服电机411和直线执行机构413构成的移动平台中， X向移动平台、y向移动平台和Ζ向移动平台将W基座440为起始依次层叠设置，W满足工 件焊接过程中设及的长度、宽度和高度需求。
[0087] 通过如上所述的机器人工作站，将使得焊枪430得W灵活移动，对波纹板的焊接 而言，将极大地提高了焊接的精度和一致性，避免了焊缝外观不均匀、漏水、漏光等情况的 出现，降低了人工劳动强度，极大地改善了焊接环境。
[0088] 在如上所述的机器人工作站的作用下，使得较大波纹折角的波纹板也能够得到最 佳焊接，同时提高了较大波纹折角的波纹板的加工质量和加工速度。
[0089] 如图7至图9所示，在一个实施例中，如上所述的机器人工作站还设置了定位夹紧 工装70,该定位夹紧工装70与焊枪430相对应，用于定位竖起待焊接的工件，W在焊接过 程中使得待焊接的工作可自动达到预设的焊接位置，不需要任何人工操作即可直接进行焊 接。
[0090] 具体的，定位夹紧工装70包括了上料组件（图未示)、夹紧机构720和竖起机构 730。
[0091] 上料组件中设置有工件的就位位置，夹紧机构720与就位位置相对设置，W便于 夹紧达到就位位置的工件；竖起机构730则设置在夹紧机构720下方，W将被夹紧机构720 夹紧的工件竖起到焊接位置，进而通过焊枪430进行焊接。
[0092] 进一步的，定位夹紧工装70还包括高低调整组件740,其设置在夹紧机构720的下 方，W对工件进行高低调整。
[0093] 也就是说，在工件达到就位位置之后，高低调整组件740将对工件进行高低调整。
[0094] 在一个实施例中，上料组件包括传送带（图未示)、定位卡爪713和定位传感器（图 未巧0 〇
[0095] 传送带用于传送工件，定位卡爪713相对传送带进行设置，W用于停止传送带中 工件的传送，也就是说，定位卡爪713所在位置即为工件传送的结束位置。
[0096] 定位卡爪713中设置了定位传感器，该定位传感器用于检测工件是否就位，若为 是，则发出相应的信号，W便于实现自动化控制。
[0097] 通过如上所述的上料组件，将实现了焊接过程中的自动上料，极大地提高了焊接 效率。
[0098] 在一个实施例中，上述夹紧机构720包括固定设置的第一边框721、可滑动的第二 边框723和驱动第二边框723滑动的驱动组件725。
[0099] 定位夹紧工装70中设置了底架750,上料组件、夹紧机构720和竖起机构730均设 置在底架750上。
[0100] 夹紧机构720中的第一边框721将固设在底架750上，而第二边框723则滑动设 置在底架750上，并通过与之连接的驱动组件725实现滑动，W待工件就位时驱使第二边框 723滑动，进而夹紧工件。 阳101 ] 进一步的，驱动组件725包括了滑动滚轮7251、丝杠螺母（图未示）和夹紧电机 7253。 阳102] 为实现第二边框723的滑动，将滑动滚轮7251设置在第二边框723底部，第二边 框723通过丝杠螺母与夹紧电机相连，并在丝杠螺母和夹紧电机7253的作用下驱使第二边 框723通过滑动滚轮7251滑动。
[0103] 在一个实施例中，如上所述的高低调整组件740包括了高低调整推板741、顶杆 743和推板电机745, W通过高低调整推板741、顶杆743和推板电机745的配合对就位的工 件进行高低调整。
[0104] 具体的，顶杆743与高低调整推板741的底部相连，推板电机745与顶杆743相连， 在推板电机745的带动下顶杆743推动高低调整推板741，进而实现工件的高低调整。 阳1化]在一个实施例中，如上所述的定位夹紧工装70还包括了位置传感器770,该位置 传感器770设置在预设的焊接位置上，W检测工件是否已经置于焊接位置。
[0106] 在一个实施例中，如上所述的机器人工作站还包括了与焊枪430相连的送丝机 (图未示)，该送丝机用W控制焊枪430起弧和焰弧，进而实现自动化焊接。
[0107] 此外，还有必要提供一种焊接机器人控制方法，待焊接的工件竖起固定在机器人 工作站上，该方法包括如下步骤： 通过激光视觉组件扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据； 控制器处理激光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相应的焊缝轨迹数据； 分别与控制器和机器人工作站相连的伺服驱动器将根据焊缝轨迹数据驱动机器人工 作站中的联动运动机构进行Ξ维空间运动，W带动机器人工作站中与联动运动机构相关联 的摆动组件； 通过摆动组件的Ξ维运动W及绕Ξ维空间中高度方向上的回转摆动带动焊枪按照工 件的焊缝轨迹数据对工件进行焊接。 阳10引进一步的，如上所述的控制器处理激光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相 应的焊缝轨迹数据的步骤包括： 控制器获取激光视觉组件扫描得到的工件外形数据； 对工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工件外形数据； 拟合修正的工件外形数据，并获取保存的焊接参数，根据焊接参数计算插补数值，W形 成焊缝轨迹数据。
[0109] 进一步的，如上所述的对工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工 件外形数据的步骤包括： 获取待焊接的工件对应的工件图纸数据； 根据机器人工作站的Ξ维坐标系中的水平移动速度和扫描时间间隔计算得到水平方 向上的扫描间隔； 根据水平方向上的扫描间隔对工件图纸数据进行离散化处理W得到基准数据； 对比基准数据识别得到工件外形数据中的奇异点； 修正奇异点得到修正的工件外形数据。
[0110] 虽然已参照几个典型实施方式描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和 示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够w多种形式具体实施而不脱离发明的精神或 实质，所W应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的 精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随 附权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种焊接机器人控制系统，其特征在于，包括： 激光视觉组件，用以扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据； 控制器，其与激光视觉组件相连，用以处理所述工件外形数据得到相应的焊缝轨迹数 据； 伺服驱动器，其分别与所述控制器和机器人工作站相连，用以根据所述焊缝轨迹数据 驱动所述机器人工作站中的联动运动， 机器人工作站，其中设置有联动运动机构、摆动组件和设置在所述摆动组件上的焊枪， 所述联动运动机构进行三维空间运动，所述摆动组件与所述联动运动机构相关联，并可绕 三维空间中的高度方向回转摆动； 所述待焊接的工件竖起固定在所述机器人工作站上，所述机器人工作站用以通过联动 运动机构和摆动组件带动所述焊枪按照所述工件的焊缝轨迹数据对所述工件进行焊接。2. 根据权利要求1所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，所述激光视觉组件设置 在所述机器人工作站上，通过所述机器人工作站进行移动。3. 根据权利要求1所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，所述激光视觉组件包括 第一激光头、第二激光头和支架，所述第一激光头和第二激光头设置在支架的活动端，所述 支架的固定端可旋转地固定在所述机器人工作站上。4. 根据权利要求3所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，所述第一激光头和第二 激光头之间的夹角为25度~75度，所述第二激光头与所述待焊接的工件成90度，所述第一 激光头与所述工件的翼面成25度~75度。5. 根据权利要求1所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，还包括分别与所述控制 器和机器人工作站相连的限位传感器，所述限位传感器用以检测所述机器人工作站中待焊 接的工件是否就位，待所述工件就位后向所述控制器发出就位信号； 所述控制器接收到就位信号后触发控制所述激光视觉组件执行工件外形的扫描。6. 根据权利要求1所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，所述控制器包括： 工件外形识别单元，用以对所述工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的 工件外形数据； 参数保存单元，用以保存焊接参数； 焊接轨迹计算单元，用以拟合修正的工件外形数据，并根据所述保存的焊接参数计算 插补数值，形成焊缝轨迹数据。7. 根据权利要求6所述的焊接机器人控制系统，其特征在于，还包括与所述控制器相 连的输入设备，所述输入设备用以输入所述焊接参数。8. -种焊接机器人控制方法，其特征在于，待焊接的工件竖起固定在机器人工作站上， 所述方法包括如下步骤： 通过激光视觉组件扫描待焊接的工件外形，得到工件外形数据； 控制器处理所述激光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相应的焊缝轨迹数据； 分别与所述控制器和机器人工作站相连的伺服驱动器将根据所述焊缝轨迹数据驱动 所述机器人工作站中的联动运动机构进行三维空间运动，以带动所述机器人工作站中与所 述联动运动机构相关联的摆动组件； 通过所述摆动组件的三维运动以及绕三维空间中高度方向上的回转摆动带动焊枪按 照所述工件的焊缝轨迹数据对所述工件进行焊接。9. 根据权利要求8所述的焊接机器人控制方法，其特征在于，所述控制器处理所述激 光视觉组件扫描得到的工件外形数据生成相应的焊缝轨迹数据的步骤包括： 所述控制器获取所述激光视觉组件扫描得到的工件外形数据； 对所述工件外形数据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工件外形数据； 拟合修正的工件外形数据，并获取保存的焊接参数，根据所述焊接参数计算插补数值， 以形成焊缝轨迹数据。10. 根据权利要求9所述的焊接机器人控制方法，其特征在于，所述对所述工件外形数 据进行平滑处理，消除奇异点得到修正的工件外形数据的步骤包括： 获取待焊接的工件对应的工件图纸数据； 根据机器人工作站的三维坐标系中的水平移动速度和扫描时间间隔计算得到水平方 向上的扫描间隔； 根据所述水平方向上的扫描间隔对所述工件图纸数据进行离散化处理以得到基准数 据； 对比所述基准数据识别得到所述工件外形数据中的奇异点； 修正所述奇异点得到修正的工件外形数据。
【文档编号】B23K37/00GK105983802SQ201510101230
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月6日
【发明人】揭琳锋, 李悦, 邱月全
【申请人】扬州中集通华专用车有限公司, 中集车辆（集团）有限公司, 中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司