传感器引导的爬行弧焊机器人的制作方法

本实用新型涉及一种焊接装置，尤其涉及一种传感器引导的爬行弧焊机器人。

背景技术：

现有的焊接小车以其灵活性强、经济性好而广泛应用。但是由于采用轨道引导，基本是应用于简单的长直焊缝、环焊缝，难以摆脱轨道而用于更广泛的场景。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的传感器引导的爬行弧焊机器人。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种无需轨道即可对焊缝进行跟踪并焊接的传感器引导的爬行弧焊机器人。

本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，包括行走小车和机械臂，所述行走小车包括车体，车体的底部设置有由电机驱动的车轮，所述机械臂包括设置于车体表面的升降关节和设置于升降关节输出端的伸缩关节，所述伸缩关节的输出端设置有焊枪，所述焊枪上设置有转动关节，所述转动关节的输出端设置有焊缝跟踪传感器。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述焊缝跟踪传感器的数目为两个，两个焊缝跟踪传感器设置于焊枪的前后两侧。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述焊枪和焊缝跟踪传感器在竖直平面内可转动地设置在伸缩关节的输出端。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述焊缝跟踪传感器包括设置于转动关节上的激光发射器、与所述激光发射器配合的第一图像采集传感器和用于采集灰度图像的第二图像采集传感器，所述激光发射器的主轴与第一图像采集传感器成像系统的主轴之间具有20度的夹角，所述激光发射器、第一图像采集传感器和第二图像采集传感器分别与上位机连接。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述第二图像采集传感器位于第一图像采集传感器和激光发射器之间。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述焊枪的施焊点位于两个车轮轴心线的二等分平面内。

进一步的，本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，所述机械臂包括竖直方向和水平方向两个自由度。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：本实用新型的传感器引导的爬行弧焊机器人，由于采用了焊缝跟踪传感器，从而其能够通过焊缝跟踪传感器检测的焊缝位置及高度数据，并通过机械臂及行走小车及时调整焊枪的位置，无需导轨即可实现对焊缝的精确焊接。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是实施例一传感器引导的爬行弧焊机器人的俯视图；

图2是实施例一传感器引导的爬行弧焊机器人的前视图；

图3是实施例一传感器引导的爬行弧焊机器人的左视图；

图4是实施例二的传感器引导的爬行弧焊机器人的俯视图；

图5是实施例三的传感器引导的爬行弧焊机器人的左视图；

图6是焊缝跟踪传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一：

无轨道的焊接小车一般需要采用焊缝跟踪传感器引导才能实现对焊缝的良好焊接。为此本实用新型在焊接小车概念的基础上，给出可以调整方向的运动单元加较少自由度机械臂，并配合焊缝跟踪传感器使用的传感器引导的爬行弧焊机器人方案。

其结构如图1-3所示，1为行走小车，2为机械臂，其中201为升降关节， 202为实现水平调整的伸缩关节，203为调整焊缝跟踪传感器检测方向的回转关节，当遇到焊缝转弯位置时，可以在行走小车1尚未转弯之前预先调整，使焊缝跟踪传感器4得以始终位于监视焊缝的位置而不至于丢失目标。如图1所示， 3为焊枪，4为焊缝跟踪传感器。行走小车中的轮子可以采用差速或导向轮等机构实现机器人的整体转向。

本实施例的传感器引导的爬行弧焊机器人采用能够检测焊缝深度信息的焊缝跟踪传感器，安装在焊枪之前一定距离处，可以在焊枪到达之前预先感知焊缝的位置。根据检测到的实际焊缝位置，调整焊枪的水平位置以及焊枪的高度。

在焊接过程中，由于焊缝跟踪传感器总是预先观察到一段即将施焊的焊缝，根据机器人学原理，可以将该焊缝的空间位置推算出来，只要行走小车与路面不出现打滑空转现象，即可通过调整行走小车以及机械臂，实现焊枪不脱离焊缝的实际位置。

在焊枪到达转弯处时，如果转弯半径较小，难以通过轮速控制保持焊接速度，可能焊枪的速度必须低于理想的焊接速度，为了确保焊接接头处熔化的焊丝不过量堆积，仍然可以通过降低焊接电弧热输出功率的措施达到目的。这时需要预先知道焊缝的截面积，或者传感器能够检测出焊缝的截面积，供控制熔敷速度使用。

如图6所示为本实施例的传感器引导的爬行弧焊机器人的焊缝跟踪传感器，其发出一束激光的激光发射器5，通过扫描机构使激光束扇形地投射到与焊缝所在工件6表面形成一系列点状光斑，排列在一条焊缝的横截线上，该横截线大致垂直于焊缝。扫描的激光束与第一图像采集传感器7配合，组成激光视觉，检测出焊缝的表面形貌，进而检测出焊缝的高度位置和水平位置信息。第二图像采集传感器8则独立地拍摄焊缝的2D灰度图像，对该图像分析处理，仅能得到焊缝的水平位置信息，而不能得到焊缝的高度位置信息。通过信息融合技术，将两个不同途径得到的焊缝水平位置信息综合成为更准确、更可靠的焊缝水平位置信息，为焊枪的轨迹控制提供依据。

此外，可以在激光束前进的途中增加反光镜，实现折叠光路，缩小整体尺寸。特别地，采用可以做微小角度振动的反光镜，采集图像信息的时候激光束的偏转角度也是受监控的，就可以使激光束能够在各光斑之间扫描，达到光斑对检测断面的全覆盖。采用了一面做微小角度振动的反光镜，在左右振动极限之间，对应的光斑可以扫过相邻两个光斑的全部线段，亦即只要光斑的扫描移动距离大于相邻两个光斑之间的最大距离即可。这样就可以减少激光发射器的数量而同样能够得到精细的检测点光斑。

实施例二：

由于不采用导轨时，行走小车在某些情况下实现的轨迹精度可能有所降低，还可以在焊枪的后部增加一个传感器，如图4所示，为焊枪轨迹控制提高更多的信息，以便提高轨迹控制精度。

行走小车如果可以在焊接过程中与上述各种情况中的方向相反，则相当于将机械臂改变成为右臂型工作方式，便于适应使用场景。在采用单个焊缝跟踪传感器的情况下，仅需通过回转关节203将传感器转360°即可。

实施例三：

此外，焊枪及焊缝跟踪传感器还可以绕水平轴改变一个角度，以便完成角焊缝的任务，如图5所示。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。