一種焊接機械手及其路徑學習方法技術

發明專利技術了一種焊接機械手，該機械手由5個關節構成，其中3個關節用于跟蹤末端執行器的位置，另外2個關節用于調整末端執行器的姿態。第5個關節和末端執行器之間通過可伸縮的桿件連接，以保證焊條和焊縫之間的緊密接觸。焊接之前，夾在機械手末端執行器上的焊條依照焊接時的姿態，端點從焊縫的始點移動到終點，同時，安裝在關節處的編碼器采集各關節的角位移，并將采集數據送計算機處理，計算機依據各關節角位移數據規劃出機械手路徑，并控制機械手沿此路徑完成焊縫的焊接。

Welding manipulator and path learning method thereof

A welded manipulator is constructed of 5 joints, in which 3 joints are used to track the position of the end effector, and the other 2 joints are used to adjust the attitude of the end effector. The fifth joints and the end effector are connected by means of telescopic bars to ensure close contact between the electrode and the weld. Prior to welding, sandwiched between the end effector of the welding electrode in accordance with the attitude, from the starting point of the weld endpoint moves to the end point, at the same time, the installation angle displacement of the joints in the joint acquisition of encoder, and collected data are sent to computer processing, computer according to the joint angular displacement data planning manipulator the welding manipulator control path, and along this path to complete the weld.

【技術實現步驟摘要】
一種焊接機械手及其路徑學習方法
本專利技術涉及一種焊接機械手及其路徑學習方法。
技術介紹
焊接機器人具有焊接質量穩定，改善工人勞動條件，提高勞動生產率等特點，廣泛應用于汽車、通用機械、工程機械、兵器工業和金屬結構等行業。據不完全統計，全世界在役的工業機器人中大約有一半用于各種形式的焊接加工領域。目前我國應用的焊接機器人90％以上是從世界各知名機器人廠家生產的，主要應用在汽車制造業。預計未來幾年，國內企業對焊接機器人的需求量將以30％以上的速度增長。從國外進口的焊接機械手品牌功能強大，精確度高，但是價格昂貴，在一些焊接車間，焊接機械手只是反復完成一個簡單、單一的動作。采用昂貴的焊接機器人顯然成本過高，根據所從事的具體工作，有針對性地研制一種既可以降低生產成本，又可以提高焊接精度的機械手十分必要。
技術實現思路
專利技術了一種焊接機械手，該機械手由5個關節構成，其中3個關節用于跟蹤末端執行器的位置，另外2個關節用于調整末端執行器的姿態。第5個關節和末端執行器之間通過可伸縮的桿件連接，以保證焊條和焊縫之間的緊密接觸。焊接之前，夾在機械手末端執行器上的焊條依照焊接時的姿態，端點從焊縫的始點移動到終點，同時，安裝在關節處的編碼器采集各關節的角位移，并將采集數據送計算機處理，計算機依據各關節角位移數據規劃出機械手路徑，并控制機械手沿此路徑完成焊縫的焊接。附圖說明圖1是5關節機械臂結構及其各關節坐標系示意圖，圖中，各坐標系均為右手系；Z1，Y2，Y3，Y4，Z5與相應的轉軸平行；Y1，X2，X3，Y4，X5與相應的鏈桿平行；圖2是前端帶有滑動伸縮桿的末端執行器示意圖。標號說明：1滑動箱，2滑動塊，3滑動桿，4彈簧，5末端執行器具體實施方式機械臂的結構如圖1所示。以O表示坐標系X0Y0Z0的原點，O1，…，O5分別表示第1，2，…，5個坐標系的原點，若無特別申明，長度、時間、角度、速度和角速度分別以毫米、秒、弧度、毫米/秒和弧度/秒為單位，且假定|OO1|＝d1，|O2O3|＝a1，|O3O4|＝a2O5在X1Z1平面內，O5與夾在末端執行器(5)上的焊條端點的距離為a3。5個關節上安裝電機和編碼器，編碼器用于測量關節轉動角度，測量結果通過數據線送計算機記錄。第5個關節帶有滑動伸縮桿以保證焊條與工件的接觸。滑動箱(1)是一個帶有立方體空腔的圓柱，一端與電機轉軸固連，另一端與滑動桿(3)滑動連接；滑動桿(3)的一端與滑動箱(1)空腔內的滑動塊(2)連接，另一端穿過彈簧(4)與末端執行器(5)連接。以θ1，θ2，…，θ5分別表示第1，2，…，5個關節的角位移，則O5在坐標系X0Y0Z0中的坐標為焊條端點在坐標系X5Y5Z5中的坐標為記關節角向量Θ＝(θ1，θ2，…，θ5)T，則焊條端點在坐標系X0Y0Z0中的坐標為對于每一條焊縫，只要在其上采集足夠稠密的點及其對應的坐標向量，通過各關節角在相鄰的兩個坐標向量的對應分量之間的均勻變化就可以足夠精確地確定一條焊縫路徑。為此，依照焊接時的姿態，將焊條端點從焊縫的始點移動到終點，同時各關節上的編碼器以采樣周期T采集關節角位移向量，可以得到i＝0，1，…，n其中n+1為樣本個數。因此對于i＝0，1，…，n以||·||表示向量模，則焊縫可表示為以v表示焊接過程中焊條相對于焊縫的移動速度，則焊條從焊縫的始點移動到終點的時間為l/v，從點A(Θi-1)移動到點A(Θi)的時間為||A(Θi)-A(Θi-1)||/v，因此對于j＝1，2，…，5，第j個關節從變化到的時間是||A(Θi)-A(Θi-1)||/v，關節角位移速度為i＝1，2，…，n焊條從始點移動到點A(Θi)的時間為以t表示當前時刻，θj(t)表示t時刻第j個關節的角位移。為了避免誤差積累，在t1，t2，…，tn時刻對關節角位移向量進行校正，以保證用表示變量賦值號，焊接過程的程序為：(1)焊條端點對準焊縫始點；對i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，5，計算(2)t＝0，i＝1；(3)若對t＜ti，對j＝1，2，…，5，第j個關節以角速度ωij旋轉，否則(4)若i＜n，轉(3)；(5)停止。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種焊接機械手及其路徑學習方法，其特征在于：第1和第5個關節的轉軸始終共面，5個關節上安裝電機和編碼器，編碼器用于測量關節轉動角度，測量結果通過數據線送計算機記錄；第5個關節帶有滑動伸縮桿以保證焊條與工件的接觸；滑動伸縮桿由滑動箱(1)、滑動塊(2)、滑動桿(3)和彈簧(4)組成；滑動箱(1)是一個帶有立方體空腔的圓柱，一端與電機轉軸固連，另一端與滑動桿(3)滑動連接；滑動桿(3)的一端與滑動箱(1)空腔內的滑動塊(2)連接，另一端穿過彈簧(4)與末端執行器(5)連接。

【技術特征摘要】
1.一種焊接機械手及其路徑學習方法，其特征在于：第1和第5個關節的轉軸始終共面，5個關節上安裝電機和編碼器，編碼器用于測量關節轉動角度，測量結果通過數據線送計算機記錄；第5個關節帶有滑動伸縮桿以保證焊條與工件的接觸；滑動伸縮桿由滑動箱(1)、滑動塊(2)、滑動桿(3)和彈簧(4)組成；滑動箱(1)是一個帶有立方體空腔的圓柱，一端與電機轉軸固連，另一端與滑動桿(3)滑動連接；滑動桿(3)的一端與滑動箱(1)空腔內的滑動塊(2)連接，另一端穿過彈簧(4)與末端執行器(5)連接。2.根據權利要求1所述的一種焊接機械手及其路徑學習方法，其特征在于：以O表示坐標系X0Y0Z0的原點，O1，…，O5分別表示第1，2，…，5個坐標系的原點，長度、時間、角度、速度和角速度分別以毫米、秒、弧度、毫米/秒和弧度/秒為單位，且記|OO1|＝d1，|O2O3|＝a1，|O3O4|＝a2O5與夾在末端執行器(5)上的焊條端點的距離為a3，T表示各關節上的編碼器的采樣周期，分別表示第1，2，…，5個關節在第i個采樣時刻的角位移，n+1為樣本個數，||·||表示向量模，v表示焊接過程中焊條相對于焊縫的移動速度，對于i＝0，1，…，n，記

【專利技術屬性】
技術研發人員：安培亮，王曉英，安宏亮，
申請(專利權)人：安凱，
類型：發明
國別省市：山東,37