一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统及工作方法与流程

本发明涉及车身蒙皮焊接技术领域，尤其是涉及一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统及工作方法。

背景技术：

客车侧围蒙皮的焊接主要采用CO2气体保护焊、塞焊和电阻点焊等，为提高侧围蒙皮外观平整度，减少焊接变形，在侧围蒙皮焊接工艺的选择上越来越多的采用了电阻点焊工艺。

目前侧围蒙皮的点焊以手工点焊为主，使用单面单点焊机或单面双点焊机。

但是手工点焊的焊接劳动强度大，生产效率低，而且焊点分布不稳定，焊接质量无法保证。

如专利申请号为201721082886.4，申请日为2017年08月28日，名称为“一种车身蒙皮自动焊接系统”的实用新型专利，其主要技术方案为：一种车身蒙皮自动焊接系统，包括：双桁架，其包括立柱和固定在所述立柱顶端且相互平行的两根横梁；两个自动焊接装置，其分别设置在两根所述横梁上，每个自动焊接装置包括点焊机、驱动所述点焊机相对于所述横梁进行左右移动的第一驱动构件、带动所述点焊机相对于所述横梁进行上下移动的第二驱动构件、带动所述点焊机相对于所述横梁进行前后移动的第三驱动构件、带动所述点焊机进行角度旋转的旋转驱动构件以及与所述点焊机连接的气动构件，虽然该实用新型能够保证车身蒙皮焊接的高质和高效性，但是该设备的焊点位置为固定位置，无焊点位置的自动寻位及自主移动功能，对车辆重复定位精度要求高，无法实现已有车辆低定位精度条件下的自动焊接。

技术实现要素：

本发明主要是针对手工点焊的焊接劳动强度大，生产效率低，而且焊点分布不稳定，焊接质量无法保证，以及现有的焊接系统无焊点位置的自动寻位及自主移动功能的问题，提供一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统及工作方法，能够不影响已有设备和人员作业空间，并适用于各种不同车型蒙皮焊点布置形状，具有焊点位置的自动寻位及自主移动功能，实现了客车侧围蒙皮自动点焊，降低了作业人员劳动强度，生产效率高，焊点分布均匀，焊接质量好。

本发明的目的主要是通过下述方案得以实现的：一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统，包括桁架机械手系统、控制系统和单面双点焊接系统，所述的单面双点焊接系统包括单面双点焊机，所述的桁架机械手系统包括桁架钢结构和设于桁架钢结构上并用于移动单面双点焊机的机械手机构，所述的控制系统包括示教器、桁架机械手控制箱和单面双点焊机控制箱。桁架机械手系统、控制系统和单面双点焊接系统通过电缆连接，单面双点焊接系统包括单面双点焊机，桁架机械手系统包括桁架钢结构和设于桁架钢结构上并用于移动单面双点焊机的机械手机构，控制系统包括光电传感器、示教器、桁架机械手控制箱和单面双点焊机控制箱，光电传感器用于测量车辆前后及高度停放位置偏差，实现本设备的自动寻位功能，光电传感器与桁架机械手控制箱电连接，示教器用于本设备指令输入和编制示教程序，示教器与桁架机械手控制箱电连接，桁架机械手控制箱对称布置在桁架钢结构两侧地面上，单面双点焊机控制箱对称布置在桁架钢结构两侧，并与桁架机械手控制箱电连接，通过桁架机械手和单面双点焊机相结合的方式，不影响已有设备和人员作业空间，并适用于各种不同车型蒙皮焊点布置形状，实现了客车侧围蒙皮自动点焊，特别适用于对已有生产线的改造。

作为优选，所述的桁架钢结构包括立柱组件、纵梁组件、横梁组件和斜撑组件，所述的机械手机构包括X轴组件、Y轴组件、Z轴组件、RY轴组件和点焊机驱动组件，所述的机械手机构对称布置在桁架钢结构的纵梁组件上。桁架钢结构是由立柱组件、纵梁组件、横梁组件和斜撑组件共同组成的刚性框架结构，用于承载机械手机构和单面双点焊机，通过桁架的高度，避免本设备对已有设备和人员作业空间的影响，机械手机构包括X轴组件、Y轴组件、Z轴组件、RY轴组件和点焊机驱动组件，机械手机构对称布置在桁架钢结构的纵梁组件上，机械手机构的设置用于承载并移动单面双点焊机。

作为优选，所述的X轴组件包括X轴固定板、X轴直线滑轨、X轴滑块、X轴齿条、X轴齿轮、X轴减速机和X轴电机， X轴直线滑轨平行固定在纵梁组件内侧立面上，X轴齿条固定在纵梁组件上侧表面上，X轴滑块固定在X轴固定板上，并与X轴直线滑轨连接，X轴齿轮固定在X轴减速机上，并与X轴齿条啮合，X轴减速机与X轴电机连接后，固定在X轴固定板上，所述的Y轴组件包括Y轴移动臂、Y轴直线滑轨、Y轴滑块、Y轴滑块固定支架、Y轴齿条、Y轴齿轮、Y轴减速机和Y轴电机，Y轴直线滑轨对称固定在Y轴移动臂两侧立面上，Y轴齿条固定在Y轴移动臂上侧表面上，Y轴滑块通过Y轴滑块固定支架固定在Z轴组件上，并与Y轴直线滑轨连接，Y轴齿轮固定在Y轴减速机上，并与Y轴齿条啮合，Y轴减速机与Y轴电机连接后固定在Z轴组件上，所述的Z轴组件包括Z轴移动臂、Z轴直线滑轨、Z轴滑块、Z轴滑块固定支架、Z轴齿条、Z轴齿轮、Z轴减速机和Z轴电机，Z轴直线滑轨对称固定在Z轴移动臂两侧立面上，Z轴齿条固定在Z轴移动臂外侧立面上，Z轴滑块通过Z轴滑块固定支架固定在X轴固定板上，并与Z轴直线滑轨连接，Z轴齿轮固定在Z轴减速机上，并与Z轴齿条啮合，Z轴减速机与Z轴电机连接后固定在X轴固定板上，所述的RY轴组件包括RY轴固定支架、焊机连接板、RY轴过渡组件、RY轴减速机和RY轴电机， RY轴固定支架固定在点焊机驱动组件上，焊机连接板固定在RY轴过渡组件上，RY轴过渡组件固定在RY轴固定支架上，并与RY轴减速机连接，RY轴减速机与RY轴电机连接后，固定在RY轴固定支架上，所述的X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和RY轴电机均与桁架机械手控制箱电连接。X轴组件包括X轴固定板、X轴直线滑轨、X轴滑块、X轴齿条、X轴齿轮、X轴减速机和X轴电机，用于驱动机械手纵向移动， X轴直线滑轨平行固定在纵梁组件内侧立面上，X轴齿条固定在纵梁组件上侧表面上，X轴滑块固定在X轴固定板上，并与X轴直线滑轨连接，X轴齿轮固定在X轴减速机上，并与X轴齿条啮合，X轴减速机与X轴电机连接后，固定在X轴固定板上，X轴电机启动时能够通过X轴减速机带动X轴齿轮转动，从而使得X轴齿轮沿着X轴齿条移动，从而带动整个机械手纵向移动，X轴直线滑轨和X轴滑块能够起到稳定的定位导向的作用，Y轴组件包括Y轴移动臂、Y轴直线滑轨、Y轴滑块、Y轴滑块固定支架、Y轴齿条、Y轴齿轮、Y轴减速机和Y轴电机，用于驱动机械手横向移动，Y轴直线滑轨对称固定在Y轴移动臂两侧立面上，Y轴齿条固定在Y轴移动臂上侧表面上，Y轴滑块通过Y轴滑块固定支架固定在Z轴组件的Z轴移动臂上，并与Y轴直线滑轨连接，Y轴齿轮固定在Y轴减速机上，并与Y轴齿条啮合，Y轴减速机与Y轴电机连接后固定在Z轴组件的Z轴移动臂上，Y轴电机启动时能够通过Y轴减速机带动Y轴齿轮转动，从而使得Y轴齿轮沿着Y轴齿条移动，从而带动整个机械手横向移动，Y轴直线滑轨和Y轴滑块能够起到稳定的定位导向的作用，Z轴组件包括Z轴移动臂、Z轴直线滑轨、Z轴滑块、Z轴滑块固定支架、Z轴齿条、Z轴齿轮、Z轴减速机和Z轴电机，用于驱动机械手竖向移动，Z轴直线滑轨对称固定在Z轴移动臂两侧立面上，Z轴齿条固定在Z轴移动臂外侧立面上，Z轴滑块通过Z轴滑块固定支架固定在X轴固定板上，并与Z轴直线滑轨连接，Z轴齿轮固定在Z轴减速机上，并与Z轴齿条啮合，Z轴减速机与Z轴电机连接后固定在X轴固定板上，Z轴电机启动时能够通过Z轴减速机带动Z轴齿轮转动，从而使得Z轴齿轮沿着Z轴齿条移动，从而带动整个机械手竖向移动，Z轴直线滑轨和Z轴滑块能够起到稳定的定位导向的作用，RY轴组件包括RY轴固定支架、焊机连接板、RY轴过渡组件、RY轴减速机和RY轴电机，用于驱动机械手绕横向的Y轴旋转，RY轴固定支架固定在点焊机驱动组件的驱动固定支架上，焊机连接板固定在RY轴过渡组件上，RY轴过渡组件固定在RY轴固定支架上，并与RY轴减速机连接，RY轴减速机与RY轴电机连接后，固定在RY轴固定支架上，X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和RY轴电机均与桁架机械手控制箱电连接。

作为优选，所述的点焊机驱动组件包括气缸、气缸固定板、驱动直线滑轨、驱动滑块和驱动固定支架，驱动直线滑轨平行固定在Y轴移动臂下侧表面上，驱动滑块固定在驱动固定支架上，并与驱动直线滑轨连接，气缸固定板固定在Y轴移动臂下侧表面上，气缸固定在气缸固定板上，并与驱动滑块连接，气缸通过电磁阀与单面双点焊机控制箱电连接。点焊机驱动组件包括气缸、气缸固定板、驱动直线滑轨、驱动滑块和驱动固定支架，用于驱动单面双点焊机横向自适应移动，驱动直线滑轨平行固定在Y轴移动臂下侧表面上，驱动滑块固定在驱动固定支架上，并与驱动直线滑轨连接，气缸固定板固定在Y轴移动臂下侧表面上，气缸固定在气缸固定板上，并与驱动滑块连接，气缸通过电磁阀与单面双点焊机控制箱电连接。

作为优选，所述的单面双点焊机包括焊机变压器和浮动电极头，浮动电极头与焊机变压器连接，焊机变压器固定在焊机连接板上，并与单面双点焊机控制箱电连接。单面双点焊机包括焊机变压器和浮动电极头，用于完成蒙皮点焊工作，通过浮动电极头，实现骨架局部制造误差的自适应功能，浮动电极头与焊机变压器连接，焊机变压器固定在焊机连接板上，并与单面双点焊机控制箱电连接。

作为优选，所述的单面双点焊接系统还包括循环冷却水设备，所述的浮动电极头与循环冷却水设备水管连接。单面双点焊接系统还包括循环冷却水设备，浮动电极头与循环冷却水设备水管连接，循环冷却水设备用于给浮动电极头降温。

一种上述客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤一，基础程序编制：

(1)、将车辆骨架及蒙皮划分为多个区域，每个区域内包含多个焊点；

(2)、使用示教器，按区域及焊点位置编制侧围蒙皮点焊示教程序，每个车型仅编制一个示教程序；

步骤二，单件程序运行：

(1)、程序启动；

(2)、光电传感器识别车辆骨架的单个区域位置并反馈至桁架机械手控制箱；

(3)、桁架机械手控制箱根据光电传感器反馈的位置信息，计算出该区域内单个焊点位置信息，并输出至机械手机构；

(4)、机械手机构的X轴组件、Y轴组件、Z轴组件、RY轴组件按桁架机械手控制箱输出的信息移动，并反馈移动到位信息至桁架机械手控制箱；

(5)、桁架机械手控制箱输出信号至单面双点焊机控制箱，启用单面双点焊机；

(6)、点焊机驱动组件和单面双点焊机按单面双点焊机控制箱参数运行，执行单个焊点的焊接作业；

(7)、单面双点焊机控制箱输出焊接完毕信号至桁架机械手控制箱；

(8)、重复步骤3~7，执行下一个焊点的焊接，直至单个区域内焊点均焊接完毕；

(9)、重复步骤2~8，执行下一区域的焊接，直至所有区域均焊接完毕；

(10)、桁架机械手移动至起始位；

(11)、程序结束。

因此，本发明的一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统及工作方法具备下述优点：本发明降低了作业人员劳动强度，作业人员不再需要进行繁重的点焊工作，提高了生产效率，同时设备点焊作业时间少于人工点焊作业时间，提高了焊点焊接质量，焊点分布更均匀，焊接过程中的预压力、通电时间、维持压力和时间等工艺参数更稳定可控，采用“基础示教，单件自主”的控制方式，通过光电传感器自主识别车辆前后及高度停放位置，具备焊前焊点位置的自动寻位功能，通过气缸和浮动电极头自动补偿车辆左右停放误差和骨架制造误差，具备焊接时的自适应功能，实现了客车侧围蒙皮智能化焊接。

附图说明

附图1是本发明的系统组成图。

附图2是本发明的各个组成间的运行结构图。

附图3是本发明的结构示意图。

附图4是本发明中桁架钢结构的结构示意图。

附图5是本发明中机械手机构的结构示意图。

附图6是本发明中X轴组件的结构示意图。

附图7是本发明中Y轴组件的结构示意图。

附图8是本发明中Z轴组件的结构示意图。

附图9是本发明中RY轴组件的结构示意图。

附图10是本发明中点焊机驱动组件的结构示意图。

附图11是本发明中单面双点焊机的结构示意图。

图示说明：11-桁架钢结构，12-机械手机构，21-光电传感器，22-示教器， 23-桁架机械手控制箱，24-单面双点焊机控制箱，31-单面双点焊机，32-循环冷却水设备， 111-立柱组件，112-纵梁组件，113-横梁组件，114-斜撑组件， 121-X轴组件，122-Y轴组件，123-Z轴组件，124-RY轴组件，125-点焊机驱动组件， 1211-X轴固定板，1212-X轴直线滑轨，1213-X轴滑块，1214-X轴齿条，1215-X轴齿轮，1216-X轴减速机，1217-X轴电机， 1221-Y轴移动臂，1222-Y轴直线滑轨， 1223-Y轴滑块，1224-Y轴滑块固定支架，1225- Y轴齿条，1226-Y轴齿轮，1227-Y轴减速机，1228-Y轴电机， 1231-Z轴移动臂，1232-Z轴直线滑轨，1233-Z轴滑块， 1234-Z轴滑块固定支架，1235-Z轴齿条，1236-Z轴齿轮，1237-Z轴减速机， 1238-Z轴电机， 1241-RY轴固定支架，1242-焊机连接板，1243-RY轴过渡组件， 1244-RY轴减速机，1245-RY轴电机， 1251-气缸，1252-气缸固定板，1253-驱动直线滑轨，1254-驱动滑块，1255-驱动固定支架， 311-浮动电极头，312-焊机变压器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1、2、3和4所示，一种客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统，包括桁架机械手系统、控制系统和单面双点焊接系统，桁架机械手系统、控制系统和单面双点焊接系统通过电缆连接，单面双点焊接系统包括单面双点焊机31，桁架机械手系统包括桁架钢结构11和设于桁架钢结构11上并用于移动单面双点焊机31的机械手机构12，控制系统包括光电传感器21、示教器22、桁架机械手控制箱23和单面双点焊机控制箱24，光电传感器21用于测量车辆前后及高度停放位置偏差，实现本设备的自动寻位功能，光电传感器21与桁架机械手控制箱23电连接，示教器22用于本设备指令输入和编制示教程序，示教器22与桁架机械手控制箱23电连接，桁架机械手控制箱23对称布置在桁架钢结构11两侧地面上，单面双点焊机控制箱24对称布置在桁架钢结构11两侧，并与桁架机械手控制箱23电连接，通过桁架机械手和单面双点焊机相结合的方式，不影响已有设备和人员作业空间，并适用于各种不同车型蒙皮焊点布置形状，实现了客车侧围蒙皮自动点焊，特别适用于对已有生产线的改造；桁架钢结构11是由立柱组件111、纵梁组件112、横梁组件113和斜撑组件114共同组成的刚性框架结构，用于承载机械手机构12和单面双点焊机，通过桁架的高度，避免本设备对已有设备和人员作业空间的影响，机械手机构12包括X轴组件121、Y轴组件122、Z轴组件123、RY轴组件124和点焊机驱动组件125，机械手机构12对称布置在桁架钢结构11的纵梁组件112上，机械手机构12的设置用于承载并移动单面双点焊机。

如图5、6、7、8和9所示，X轴组件121包括X轴固定板1211、X轴直线滑轨1212、X轴滑块1213、X轴齿条1214、X轴齿轮1215、X轴减速机1216和X轴电机1217，用于驱动机械手纵向移动， X轴直线滑轨1212平行固定在纵梁组件112内侧立面上，X轴齿条1214固定在纵梁组件112上侧表面上，X轴滑块1213固定在X轴固定板1211上，并与X轴直线滑轨1212连接，X轴齿轮1215固定在X轴减速机1216上，并与X轴齿条1214啮合，X轴减速机1216与X轴电机1217连接后，固定在X轴固定板1211上，X轴电机1217启动时能够通过X轴减速机1216带动X轴齿轮1215转动，从而使得X轴齿轮1215沿着X轴齿条1214移动，从而带动整个机械手纵向移动，X轴直线滑轨1212和X轴滑块1213能够起到稳定的定位导向的作用，Y轴组件122包括Y轴移动臂1221、Y轴直线滑轨1222、Y轴滑块1223、Y轴滑块固定支架1224、Y轴齿条1225、Y轴齿轮1226、Y轴减速机1227和Y轴电机1228，用于驱动机械手横向移动，Y轴直线滑轨1222对称固定在Y轴移动臂1221两侧立面上，Y轴齿条1225固定在Y轴移动臂1221上侧表面上，Y轴滑块1223通过Y轴滑块固定支架1224固定在Z轴组件123的Z轴移动臂1231上，并与Y轴直线滑轨1222连接，Y轴齿轮1226固定在Y轴减速机1227上，并与Y轴齿条1225啮合，Y轴减速机1227与Y轴电机1228连接后固定在Z轴组件123的Z轴移动臂1231上，Y轴电机1228启动时能够通过Y轴减速机1227带动Y轴齿轮1226转动，从而使得Y轴齿轮1226沿着Y轴齿条1225移动，从而带动整个机械手横向移动，Y轴直线滑轨1222和Y轴滑块1223能够起到稳定的定位导向的作用，Z轴组件123包括Z轴移动臂1231、Z轴直线滑轨1232、Z轴滑块1233、Z轴滑块固定支架1234、Z轴齿条1235、Z轴齿轮1236、Z轴减速机1237和Z轴电机1238，用于驱动机械手竖向移动，Z轴直线滑轨1232对称固定在Z轴移动臂1231两侧立面上，Z轴齿条1235固定在Z轴移动臂1231外侧立面上，Z轴滑块1233通过Z轴滑块固定支架1234固定在X轴固定板1211上，并与Z轴直线滑轨1232连接，Z轴齿轮1236固定在Z轴减速机1237上，并与Z轴齿条1235啮合，Z轴减速机1237与Z轴电机1238连接后固定在X轴固定板1211上，Z轴电机1238启动时能够通过Z轴减速机1237带动Z轴齿轮1236转动，从而使得Z轴齿轮1236沿着Z轴齿条1235移动，从而带动整个机械手竖向移动，Z轴直线滑轨1232和Z轴滑块能够起到稳定的定位导向的作用，RY轴组件124包括RY轴固定支架1241、焊机连接板1242、RY轴过渡组件1243、RY轴减速机1244和RY轴电机1245，用于驱动机械手绕横向的Y轴旋转，RY轴固定支架1241固定在点焊机驱动组件125的驱动固定支架1255上，焊机连接板1242固定在RY轴过渡组件1243上，RY轴过渡组件1243固定在RY轴固定支架1241上，并与RY轴减速机1244连接，RY轴减速机1244与RY轴电机1245连接后，固定在RY轴固定支架1241上，X轴电机1217、Y轴电机1228、Z轴电机1238和RY轴电机1245均与桁架机械手控制箱23电连接。

如图10所示，点焊机驱动组件125包括气缸1251、气缸固定板1252、驱动直线滑轨1253、驱动滑块1254和驱动固定支架1255，用于驱动单面双点焊机横向自适应移动，驱动直线滑轨1253平行固定在Y轴移动臂1221下侧表面上，驱动滑块1254固定在驱动固定支架1255上，并与驱动直线滑轨1253连接，气缸固定板1252固定在Y轴移动臂1221下侧表面上，气缸固定在气缸固定板1252上，并与驱动滑块1254连接，气缸通过电磁阀与单面双点焊机控制箱24电连接。

如图11所示，单面双点焊机包括焊机变压器312和浮动电极头311，用于完成蒙皮点焊工作，通过浮动电极头311，实现骨架局部制造误差的自适应功能，浮动电极头311与焊机变压器312连接，焊机变压器312固定在焊机连接板1242上，并与单面双点焊机控制箱24电连接。

单面双点焊接系统还包括循环冷却水设备32，浮动电极头311与循环冷却水设备32水管连接，循环冷却水设备32用于给浮动电极头311降温。

一种上述客车侧围蒙皮点焊自主移动式机器人系统的工作方法，包括如下步骤：

步骤一，基础程序编制：

(1)、将车辆骨架及蒙皮划分为多个区域，并设定区域的焊接顺序，每个区域内包含多个焊点，设定该区域内焊点的焊接顺序，本实施例中认为在同一区域内焊点间位置是相对固定的，同时焊点与区域的位置也是相对固定的，从而通过寻找区域位置代替寻找焊点位置，降低寻位难度；

(2)、使用示教器22，按区域及焊点位置编制侧围蒙皮点焊示教程序，每个车型仅编制一个示教程序；

步骤二，单件程序运行：

(1)、程序启动；

(2)、光电传感器21识别车辆骨架的单个区域位置并反馈至桁架机械手控制箱23；机械手机构12带着光电传感器21，按示教位置及寻位路径，依次识别区域内骨架上的特征位置，其中特征位置为骨架上的窗立柱和窗横梁，确认区域的实际位置，并输出区域位置偏差值；

(3)、桁架机械手控制箱23根据光电传感器21反馈的位置信息，将区域位置偏差值补偿在单个焊点示教位置值中，得到单个焊点实际位置值，并输出至机械手机构12；

(4)、机械手机构12的X轴组件121、Y轴组件122、Z轴组件123、RY轴组件124按桁架机械手控制箱23输出的信息移动，并反馈移动到位信息至桁架机械手控制箱23；

(5)、桁架机械手控制箱23输出信号至单面双点焊机控制箱，启用单面双点焊机；

(6)、点焊机驱动组件125和单面双点焊机按单面双点焊机控制箱参数运行，执行单个焊点的焊接作业；

(7)、单面双点焊机控制箱输出焊接完毕信号至桁架机械手控制箱；

(8)、重复步骤3~7，执行下一个焊点的焊接，直至单个区域内焊点均焊接完毕；

(9)、重复步骤2~8，执行下一区域的焊接，直至所有区域均焊接完毕；

(10)、桁架机械手移动至起始位；

(11)、程序结束。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。