一種五軸焊接機(jī)器人及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種五軸焊接機(jī)器人及其控制方法,包括機(jī)座、控制系統(tǒng)、五軸機(jī)械臂和焊接機(jī),其中五軸機(jī)械臂包括第一至第五臂,每一臂均具有一軸并在各軸的近旁設(shè)有馬達(dá),在這第一至第五臂中,依序后一臂以前一臂為支點并通過軸連接,各軸均為活動軸并通過相應(yīng)的馬達(dá)驅(qū)動,馬達(dá)驅(qū)動是通過控制系統(tǒng)發(fā)送指令信號來控制每一臂執(zhí)行移動變位,控制系統(tǒng)還控制所述焊接機(jī),焊接機(jī)包括焊槍,焊槍設(shè)于第五臂的自由端并隨第五臂移動,同時也在控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行和/或停止焊接操作,藉由構(gòu)造或控制方法,解決了柔性、占用空間小以及無死角焊接機(jī)器人的技術(shù)問題,達(dá)成了便于制成、易于操作以及提升產(chǎn)品良率、降低制造成本的良好效果。
【專利說明】一種五軸焊接機(jī)器人及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接領(lǐng)域,尤其是指用于焊接的一種五軸焊接機(jī)器人及其控制方法?!颈尘凹夹g(shù)】
[0002]自動化焊接機(jī)器人在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)廣泛采用,大大提高了焊接效率和準(zhǔn)確率的同時,也保證了操作人員的安全。但是現(xiàn)有技術(shù)中的焊接機(jī)器人大多結(jié)構(gòu)單一,焊接過程中存在死角。目前,業(yè)界亟待解決的是需要一種具有柔性且占用空間小、方便制成、易于操作以及通過機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)使焊接無死角的焊接機(jī)器人。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明的主要目的在于提供一種五軸焊接機(jī)器人及其控制方法。
[0004]為達(dá)成上述目的,本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)方案是:一種五軸焊接機(jī)器人,包括控制系統(tǒng)以及以機(jī)座為基礎(chǔ)設(shè)置的五軸機(jī)械臂和焊接機(jī),其中:所述五軸機(jī)械臂包括第一至第五臂,每一臂均具有一軸并在各軸的近旁設(shè)有馬達(dá),在這第一至第五臂中,依序后一臂以前一臂為支點并通過軸連接,所述各軸均為活動軸并通過相應(yīng)的馬達(dá)驅(qū)動,所述馬達(dá)驅(qū)動是通過所述控制系統(tǒng)發(fā)送指令信號來控制每一臂執(zhí)行移動變位,所述控制系統(tǒng)還控制所述焊接機(jī),該焊接機(jī)包括焊槍,所述焊槍設(shè)于所述第五臂的自由端并隨所述第五臂移動,同時也在所述控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行和/或停止焊接操作。
[0005]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述控制系統(tǒng)包括控制器以及與該控制器電性相連的顯示/操作單元、馬達(dá)驅(qū)動單元和焊接機(jī)控制單元。
[0006]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述馬達(dá)驅(qū)動單元包括第一驅(qū)動器、第二驅(qū)動器、第三驅(qū)動器、第四驅(qū)動器和第五驅(qū)動器;所述焊接機(jī)控制單元與焊接機(jī)電性相連。
[0007]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述第一臂為直立臂,設(shè)在所述機(jī)座上;所述第二臂為橫向臂,其與所述第一臂配合可作正、負(fù)180°的掃描移位;所述第三臂為向上傾斜的橫向臂,其與第二臂配合可作相向和/或逆向的正、負(fù)180°掃描移位;所述第四臂為垂直臂并,其與第三臂配合作可作上、下移位,以及所述第五臂為勾形臂,在所述第四臂的支持下可作橫向和/或縱向的正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn)。
[0008]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá),并包括第一、第二、第三、第四和第五馬達(dá),其中:第一馬達(dá)設(shè)于第一臂并驅(qū)動第一軸,第二馬達(dá)設(shè)于第二臂并驅(qū)動第二軸,第三馬達(dá)設(shè)于第三臂并驅(qū)動第三軸,第四馬達(dá)設(shè)于第四臂并驅(qū)動第四軸,以及第五馬達(dá)設(shè)于第五臂并驅(qū)動第五軸。
[0009]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述第一驅(qū)動器與所述第一馬達(dá)電性相連,所述第二驅(qū)動器與所述第二馬達(dá)電性相連,所述第三驅(qū)動器與所述第三馬達(dá)電性相連,所述第四驅(qū)動器與所述第四馬達(dá)電性相連,以及所述第五驅(qū)動器與所述第五馬達(dá)電性相連。
[0010]為達(dá)成上述目的,本發(fā)明應(yīng)用的技術(shù)方案是:一種五軸焊接機(jī)器人控制方法,包括:
步驟一:在五軸臂的第一、第二、第三、第四及第五臂上分別安裝第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá),以及還在第五臂上安裝有焊槍,第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá)分別驅(qū)動五軸臂的第一、第二、第三、第四及第五軸;
步驟二:將第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá)與控制系統(tǒng)的馬達(dá)驅(qū)動單元電性相連,并將具有該焊槍的焊接機(jī)與控制系統(tǒng)的焊接機(jī)控制單元電性相連,同時馬達(dá)驅(qū)動單元及焊接機(jī)控制單元均與控制器電性相連;
步驟三:通過顯示/操作單元對控制系統(tǒng)進(jìn)行操作,該顯示/操作單元為觸摸顯示屏,其顯示界面在軟件系統(tǒng)的支持下具有讀寫數(shù)據(jù)窗口并可呈現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的鍵盤;
步驟四:通過鍵盤寫入控制參數(shù),進(jìn)而控制五軸機(jī)械臂的第一、第二、第三、第四及第五臂作單獨和/或聯(lián)合運動,使得安裝于第五臂上的焊槍能夠作點位校準(zhǔn)和/或點焊運作,藉此構(gòu)建五軸機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型;
步驟五:經(jīng)點位示教及程序運算,實現(xiàn)五軸機(jī)器人自動控制并完成設(shè)定的焊接任務(wù)。
[0011]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述控制器包括參數(shù)設(shè)置模塊、點位示教模塊、核心運動控制模塊、程序設(shè)計模塊和程序運算模塊,以及I/o端口。
[0012]在本發(fā)明之實施例中優(yōu)選,所述參數(shù)設(shè)置模塊依序與點位示教模塊、程序設(shè)計模塊和程序運算模塊單向相連,同時所述核心運動控制模塊分別與點位示教模塊、程序運算模塊雙向相連,且程序運算模塊與I/o端口相連。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其有益的效果是:該五軸焊接機(jī)器人,通過第一、第二、第三、第四及第五關(guān)節(jié)臂的合理配置,使得該五軸焊接機(jī)器人的TCP點(焊槍焊接頭位置)可以走點自如,其不但拓寬了走點范圍,而且還能上下、左右以及俯仰地變換方位,更能直線、弧線以及曲線走點,且走點的運動軌跡勻速。同時該五軸焊接機(jī)器人為柔性設(shè)計架構(gòu),有效節(jié)省了其自身占用的空間,從而擴(kuò)充了焊接空間;在五軸聯(lián)動時,能使TCP點在三維空間坐標(biāo)的內(nèi)任意方向移動,并且同時調(diào)整焊槍姿態(tài)。從而達(dá)成了靈活、機(jī)動且方便制成易于操作的良好效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實施例中控制器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明實施例中控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明實施例中馬達(dá)驅(qū)動及焊接驅(qū)動的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是圖1中電路方框結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的,僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案,而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0020]在本發(fā)明的描述中,術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明而不是要求本發(fā)明必須以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的限制。
[0021]請參閱圖1并結(jié)合參閱圖2、圖3、圖4及圖5所示,本發(fā)明提供一種五軸焊接機(jī)器人,包括控制系統(tǒng)10、五軸機(jī)械臂20及焊接機(jī)30,該焊接機(jī)30包括焊槍31,其中:
所述控制系統(tǒng)10包括控制器11以及分別電性相連該控制器11的顯示/操作單元12、馬達(dá)驅(qū)動單元13和焊接機(jī)控制單元14,所述馬達(dá)驅(qū)動單元13包括第一驅(qū)動器131、第二驅(qū)動器132、第三驅(qū)動器133、第四驅(qū)動器134和第五驅(qū)動器135 ;所述焊接機(jī)控制單元14與焊接機(jī)30電性相連,并藉此指令該焊接機(jī)按設(shè)計進(jìn)行焊接作業(yè)。
[0022]所述五軸機(jī)械臂20,以焊槍31方便、快捷且無死角地找準(zhǔn)焊點為需求,可將其設(shè)置為在設(shè)定的空間內(nèi)縱向或橫向地自由行走,并針對焊點會在不同角度存在的事實,還將設(shè)定控制系統(tǒng)10指令五軸機(jī)械臂20及其所攜的焊槍31能夠進(jìn)行前、后、左、右或仰勢、俯勢的靈活變位,以此來應(yīng)對不同角度的點焊,從而實現(xiàn)焊接機(jī)器人能夠方便自如且無死角地進(jìn)行焊接作業(yè)的目的。
[0023]所述五軸機(jī)械臂20,以所述機(jī)座40為基礎(chǔ),設(shè)置第一臂21,再依序后一機(jī)械臂以前一機(jī)械臂為支點(如第二臂22以第一臂21為支點,第三臂23以第二臂22為支點,第四臂24以第三臂23為支點以及第五臂25以第四臂24為支點)設(shè)置,所述五軸機(jī)械臂20的各臂之間是通過臂上具有的軸(如第一軸211、第二軸221至第五軸251)進(jìn)行連接,所述軸均通過馬達(dá)(如第一馬達(dá)212、第二馬達(dá)222至第五馬達(dá)252均為步進(jìn)馬達(dá))驅(qū)動旋轉(zhuǎn)或移位,藉此使得五軸機(jī)械臂在設(shè)定的的范圍內(nèi)自由移位。
[0024]所述第一臂21為直立臂,設(shè)在一柱形機(jī)座40上,并包括第一軸211,在該第一臂21上還設(shè)有第一馬達(dá)212,該第一馬達(dá)212經(jīng)第一驅(qū)動器131驅(qū)動,可帶動設(shè)在該第一臂21上的第二臂22作正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn)。
[0025]所述第二臂22為橫向臂,其一端以第一軸211為支點設(shè)置,并隨著該第一臂21的運作作正、負(fù)180°的掃描移位,而該第二臂22的另一端(第二臂的自由端)設(shè)有第二軸221,靠近該第二軸221設(shè)有第二馬達(dá)222,該第二馬達(dá)222經(jīng)第二驅(qū)動器132驅(qū)動,可帶動設(shè)在該第二臂21上的第三臂23作正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn)。
[0026]所述第三臂23為向上傾斜的橫向臂,其一端以第二軸221為支點設(shè)置,并以該第二軸221為中心作旋轉(zhuǎn)移位,而另一端(第三臂的自由端)設(shè)有第三軸231,靠近該第三軸231設(shè)有第三馬達(dá)232,該第三馬達(dá)232經(jīng)第三驅(qū)動器133驅(qū)動,能使該第四臂24在該第三軸231上作上、下移位。在本實施例中,五軸機(jī)械臂是以基座40為運動中心,當(dāng)該第一臂21與第二臂經(jīng)驅(qū)動并同時運作時,可以作相向的正、負(fù)180°的掃描動作,也可以作逆向的正、負(fù)180°掃描動作。當(dāng)這二者作相向正、負(fù)180°掃描時,其可達(dá)的最遠(yuǎn)距離應(yīng)該是這二者長度之和的距離;當(dāng)這二者作逆向正、負(fù)180°掃描時,其可到達(dá)的最近距離應(yīng)該是該第三臂23自由端靠近該基座40的距離。在本實施例中,所述第三軸231是定位座233及齒輪234組成,該定位座233具有垂直于水平線的軸孔2331,該齒輪234具有齒牙并設(shè)于定位座233中,其齒牙凸出到該軸孔2331中。
[0027]所述第四臂24為垂直臂,其以該第三軸231為支點,并包括下端吊裝的第四軸241,該垂直臂具有可與所述齒輪234的齒牙相吻合的鋸齒2411,當(dāng)該垂直臂貫穿所述軸孔2331時,在其中的該齒牙可撥動該第四臂24作上、下移位,藉此用來實現(xiàn)靈活變換位置高低的效果。該第四軸241設(shè)有第四馬達(dá)242,其經(jīng)第四驅(qū)動器134驅(qū)動,可帶動吊裝于該第四軸241下端的第五臂25作正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn)。
[0028]所述第五臂25為勾形臂,其以所述第四軸241為支點,并包括第五軸251及第五馬達(dá)252,在該第五軸252中還設(shè)有安裝部253,該安裝部253是方便該焊槍31設(shè)置與拆卸機(jī)構(gòu)。該第五馬達(dá)252經(jīng)第五驅(qū)動器135驅(qū)動,能使該第五軸252攜的焊槍31作俯、仰(SP為縱向的正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn))移位,藉此可有效解決處于底面或頂面的焊點問題,避免了焊接死角。
[0029]請再結(jié)合參閱圖1至圖5所示,本發(fā)明的五軸焊接機(jī)器人,是通過所述控制系統(tǒng)10控制實現(xiàn)操作的,其控制方法包括:
所述的控制系統(tǒng)10通過其內(nèi)置的控制器(MTC621) 11發(fā)送指令信號給馬達(dá)驅(qū)動單元13,使之按其指令信號控制設(shè)在五機(jī)械臂上的馬達(dá)運作,該控制器(MTC621) 11也發(fā)送指令信號給焊接機(jī)控制單元14,使之按其指令信號控制焊接機(jī)以及設(shè)在第五臂25上的焊槍31作業(yè),然而,控制系統(tǒng)10還通過其顯示/操作單元12進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,具體地:
所述顯示/操作單元12為觸摸顯示屏(未圖示),其顯示界面既能讀寫數(shù)據(jù)(未圖示)也能呈現(xiàn)鍵盤(未圖示),藉此有效方便使用人員監(jiān)管機(jī)械運行及參數(shù)設(shè)置。
[0030]所述控制器11為控制系統(tǒng)10的核心,并包括參數(shù)設(shè)置模塊111、點位示教模塊112、核心運動控制模塊113、程序設(shè)計模塊114和程序運算模塊115,其中:
所述參數(shù)設(shè)置模塊111支持軟件系統(tǒng)所提供的基本參數(shù)設(shè)置(如:顯示界面設(shè)置,五軸機(jī)械臂運動軌跡及其遠(yuǎn)近距離的設(shè)置,還有五軸動作的減速比設(shè)置,馬達(dá)最高轉(zhuǎn)速設(shè)置,馬達(dá)每圈脈沖數(shù)設(shè)置,馬達(dá)的脈沖控制模式,以及焊槍最大行進(jìn)速度設(shè)置等),其設(shè)置的參數(shù),經(jīng)所述核心運動控制模塊113算法,建立五軸焊接機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型。
[0031]所述點位示教模塊112在軟件系統(tǒng)的支持下,結(jié)合參數(shù)設(shè)置模塊111構(gòu)建的五軸機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)所述顯示界面的鍵盤來控制五軸機(jī)械臂20作單獨的點位運動,同時也控制所述五軸機(jī)械臂20聯(lián)動,藉此使得載于所述五軸機(jī)械臂20第五臂上的焊槍31沿著空間坐標(biāo)的X軸、Y軸和Z軸作直線運動,也可以通過所述鍵盤控制所述焊槍31在空間坐標(biāo)不動的情況下,改變該焊槍31的方位,將此示教好點位的五軸機(jī)械臂角度坐標(biāo)保存在該點位示教模塊112方便演示。
[0032]所述程序設(shè)計模塊114,在鍵盤的輔助下編輯程序指令,藉此可以方便地讓五軸機(jī)械臂20按設(shè)計的運動軌跡運作,在本發(fā)明實施例中,控制系統(tǒng)10通過I/O端口與五軸機(jī)械臂20上的馬達(dá)連接,并發(fā)送控制指令來控制作起弧和熄弧運作,同時也控制設(shè)于第五臂上的焊槍31隨第五臂指向的點位工作。再結(jié)合點位示教模塊112中保存的點位或使用直線,圓弧等指令串聯(lián)起來并保存、修改程序等功能。
[0033]最后,所述程序運行模塊115,依次執(zhí)行設(shè)計好的程序指令,通過發(fā)送脈沖信號指令和/或監(jiān)控五軸焊接機(jī)器人按照設(shè)計的運行軌跡運行。
【權(quán)利要求】
1.一種五軸焊接機(jī)器人,包括控制系統(tǒng)以及以機(jī)座為基礎(chǔ)設(shè)置的五軸機(jī)械臂和焊接機(jī),其特征在于:五軸機(jī)械臂包括第一至第五臂,每一臂均具有一軸并在各軸的近旁設(shè)有馬達(dá),在這第一至第五臂中,依序后一臂以前一臂為支點并通過軸連接,各軸均為活動軸并通過相應(yīng)的馬達(dá)驅(qū)動,馬達(dá)驅(qū)動是通過控制系統(tǒng)發(fā)送指令信號來控制每一臂執(zhí)行移動變位,控制系統(tǒng)還控制焊接機(jī),焊接機(jī)包括焊槍,焊槍設(shè)于第五臂的自由端并隨第五臂移動,同時也在控制系統(tǒng)的控制下執(zhí)行和/或停止焊接操作。
2.如權(quán)利要求1所述的五軸焊接機(jī)器人,其特征在于:所述的控制系統(tǒng)包括控制器以及與該控制器電性相連的顯示/操作單元、馬達(dá)驅(qū)動單元和焊接機(jī)控制單元。
3.如權(quán)利要求2所述的五軸焊接機(jī)器人,其特征在于:所述的馬達(dá)驅(qū)動單元包括第一驅(qū)動器、第二驅(qū)動器、第三驅(qū)動器、第四驅(qū)動器和第五驅(qū)動器,所述的焊接機(jī)控制單元與焊接機(jī)電性相連。
4.如權(quán)利要求3所述的五軸焊接機(jī)器人,其特征在于:所述的第一臂為直立臂,設(shè)在機(jī)座上;第二臂為橫向臂,其與所述第一臂配合可作正、負(fù)180°的掃描移位;第三臂為向上傾斜的橫向臂,其與第二臂配合可作相向和/或逆向的正、負(fù)180°掃描移位;第四臂為垂直臂并,其與第三臂配合作可作上、下移位,以及第五臂為勾形臂,在第四臂的支持下可作橫向和/或縱向的正、負(fù)180°旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述的五軸焊接機(jī)器人,其特征在于:所述的馬達(dá)為步進(jìn)馬達(dá),并包括第一、第二、第三、第四和第五馬達(dá),其中:第一馬達(dá)設(shè)于第一臂并驅(qū)動第一軸,第二馬達(dá)設(shè)于第二臂并驅(qū)動第二軸,第三馬達(dá)設(shè)于第三臂并驅(qū)動第三軸,第四馬達(dá)設(shè)于第四臂并驅(qū)動第四軸,以及第五馬達(dá)設(shè) 于第五臂并驅(qū)動第五軸。
6.如權(quán)利要求5所述的五軸焊接機(jī)器人,其特征在于:所述的第一驅(qū)動器與第一馬達(dá)電性相連,第二驅(qū)動器與第二馬達(dá)電性相連,第三驅(qū)動器與第三馬達(dá)電性相連,第四驅(qū)動器與第四馬達(dá)電性相連,以及第五驅(qū)動器與第五馬達(dá)電性相連。
7.—種如權(quán)利要求1所述的五軸焊接機(jī)器人控制方法,主要通過控制系統(tǒng)的控制實現(xiàn)操作,其控制方法包括: 步驟一:在五軸臂的第一、第二、第三、第四及第五臂上分別安裝第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá),以及還在第五臂上安裝有焊槍,第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá)分別驅(qū)動五軸臂的第一、第二、第三、第四及第五軸; 步驟二:將第一、第二、第三、第四及第五馬達(dá)與控制系統(tǒng)的馬達(dá)驅(qū)動器單元電性相連,并將具有該焊槍的焊接機(jī)與控制系統(tǒng)的焊接機(jī)驅(qū)動單元電性相連,同時馬達(dá)驅(qū)動單元及焊接機(jī)控制單元均與控制器電性相連; 步驟三:通過顯示/操作單元對控制系統(tǒng)進(jìn)行操作,該顯示/操作單元為觸摸顯示屏,其顯示界面在軟件系統(tǒng)的支持下具有讀寫數(shù)據(jù)窗口并可呈現(xiàn)讀寫數(shù)據(jù)的鍵盤; 步驟四:通過鍵盤寫入控制參數(shù),進(jìn)而控制五軸機(jī)械臂的第一、第二、第三、第四及第五臂作單獨和/或聯(lián)合運動,使得安裝于第五臂上的焊槍能夠作點位校準(zhǔn)和/或點焊運作,藉此構(gòu)建五軸機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型; 步驟五:經(jīng)點位示教及程序運算,實現(xiàn)五軸機(jī)器人自動控制并完成設(shè)定的焊接任務(wù)。
8.如權(quán)利要求7所述的五軸焊接機(jī)器人控制方法,其特征在于:所述的控制器包括參數(shù)設(shè)置模塊、點位示教模塊、核心運動控制模塊、程序設(shè)計模塊和程序運算模塊,以及I/O端口。
9.如權(quán)利要求8所述的五軸焊接機(jī)器人控制方法,其特征在于:所述的參數(shù)設(shè)置模塊依序與點位示教模塊、程序設(shè)計模塊和程序運算模塊單向相連,同時核心運動控制模塊分別與點位示教模塊、 程序運算模塊雙向相連,且程序運算模塊與I/O端口相連。
【文檔編號】B25J18/00GK104028925SQ201410309649
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】易衛(wèi)萍, 張煒 申請人:深圳市邁科訊科技有限公司