智能机器人姿态修正装置的制作方法

1.本实用新型涉及机器人技术领域，特别涉及一种智能机器人姿态修正装置。


背景技术：

2.目前，越来越多的行业正经历着从传统的手工慢慢向自动化、智能化过度。机器人是生产自动化的革命性进步，机器人智能化是目前的主要发展趋势。波纹板是一种具有三维或空间结构的板材。该结构增强了对水平和垂直载荷的抗性，因其结构特性，被广泛应用到集装箱行业。由于前道冲压工位的加工精度和稳定性的影响，导致波纹板与底梁焊接时，出现来料一致性问题，无法实现自动化焊接。目前在行业中普遍采用plc加激光传感器的专机模式，初步实现了对浅波纹板的自动化焊接。
3.但由于焊接过程中，无法实现现有机器人在运动过程中，始终存在因线缆拖拽造成的末端装配体的位姿时时不确定误差。焊枪角度的不确定变化，无法实现对焊接线速度的精确控制，因此限制了波纹板的焊接自动化的实现。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种智能机器人姿态修正装置，以减少机器人在运动过程中因线缆拖拽造成的末端装配体的位姿误差。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种智能机器人姿态修正装置，包括三维移动平台、智能机器人、修正板、激光传感器、焊枪及光学系统，其中智能机器人设置于三维移动平台上，且执行末端与修正板连接；
7.焊枪、激光传感器及光学系统设置修正板上；
8.光学系统用于将激光传感器的发射光反射至修正板上及将修正板的反射光转向至被激光传感器接收；
9.激光传感器用于检测焊枪的焊点位置及获得通过光学系统反射的反射点位置信息并输出。
10.所述修正板上设有防碰撞传感器，防碰撞传感器上设有连接板；
11.所述焊枪、激光传感器及光学系统均设置于连接板上，且所述激光传感器的轴线与防碰撞传感器的轴线平行；所述焊枪的轴线与激光传感器的轴线呈夹角布设。
12.所述光学系统包括修正盖板、修正盖板开合驱动机构及反射镜组件，其中修正盖板铰接在所述连接板上，且位于所述激光传感器的前端；修正盖板开合驱动机构设置于所述连接板上，且输出端与修正盖板铰接；修正盖板开合驱动机构用于驱动修正盖板转动，使修正盖板相对于所述激光传感器进行开盖或关盖；反射镜组件设置于修正盖板的内侧凹槽内。
13.所述反射镜组件包括分光镜、辅助物镜ⅰ及辅助物镜ⅱ，其中辅助物镜ⅰ和辅助物镜ⅱ分别设置于修正盖板内侧凹槽的上、下端，分光镜设置于辅助物镜ⅰ和辅助物镜ⅱ之
间。
14.所述分光镜与水平面呈45
°
角设置；所述辅助物镜ⅰ和辅助物镜ⅱ对称设置，且所述辅助物镜ⅱ与所述分光镜平行。
15.所述修正盖板开合驱动机构包括气缸，气缸的尾部与所述连接板铰接，输出端与所述修正盖板铰接。
16.所述的智能机器人姿态修正装置还包括控制系统；所述智能机器人和所述三维移动平台均与所述控制系统电性连接。
17.所述三维移动平台包括依次连接的x向移动机构、y向移动机构及z向移动机构，所述智能机器人连接在z向移动机构的输出端；
18.所述x向移动机构、y向移动机构及z向移动机构均与所述控制系统连接。
19.本实用新型的优点及有益效果是：
20.本实用新型只安装一个激光传感器，通过修正盖板的开关，使激光传感器实现精确寻位和实时纠偏两个功能，有效减少机器人在运动过程中因线缆拖拽造成的末端装配体的位姿误差。
21.本实用新型提高焊接工艺过程质量，尤其是外部线缆不确定扰动的工况；本实用新型适用于相关类似机器人应用行业，如火焰切割、等离子切割、激光焊接等，提高工艺实施过程精度。在火焰切割中，工艺过程热变形、提高火焰切割精度。
22.本实用新型的防碰撞传感器能在焊接工艺过程中防止焊枪碰撞变形，且可以为防碰撞传感器的冗余安全备份，在防碰撞传感器失效的情况下，同样能在焊接工艺过程中防止碰撞变形。
附图说明
23.图1为本实用新型一种智能机器人姿态修正装置的轴测图之一；
24.图2为本实用新型一种智能机器人姿态修正装置的轴测图之二；
25.图3为图2中i处放大图；
26.图4为本实用新型一种智能机器人姿态修正装置的工作原理示意图。
27.图中：1为滑台，2为滑台导轨，3为x向齿轮齿条机构，4为滑台电机， 5为电器控制柜，6为移载托架，7为机器人控制柜，8为机器人示教盒，9为控制上柜，10为滑台拖链，11为meta控制柜，12为焊丝桶，13为焊机，14 为悬臂立柱，15为悬臂横梁，16为y轴电机，17为z向外部轴，18为z轴导轨，19为z轴电机，20为y轴移动滑板，21为y轴导轨，22为送丝机， 23为线缆支架，24为线缆，25为智能机器人，26为修正板，27为防碰撞传感器，28为反射光路，29为激光传感器，30为焊枪，31为修正盖板，32为气缸，33为气缸连接孔，34为修正盖板连接孔ⅱ，35为修正盖板连接孔ⅰ， 36为辅助物镜ⅱ，37为反射光转折光路，38为分光镜，39为转折光路，40 为辅助物镜ⅰ，41为发出光，42为接受光，43为连接板。
具体实施方式
28.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
29.如图1
‑
2所示，本实用新型提供的一种智能机器人姿态修正装置，包括三维移动平
台、智能机器人25、修正板26、激光传感器29、焊枪30及光学系统，其中智能机器人25设置于三维移动平台上，且执行末端与修正板26 连接；焊枪30、激光传感器29及光学系统设置修正板26上，光学系统用于将激光传感器29的发射光反射至修正板26上及将修正板26的反射光转向至被激光传感器29接收，激光传感器29用于检测焊枪30的焊点位置及获得通过光学系统反射的反射点位置信息并输出。
30.如图1所示，本实用新型的实施例中，三维移动平台包括依次连接的x 向移动机构、y向移动机构及z向移动机构，智能机器人25连接在z向移动机构的输出端。
31.具体地，x向移动机构包括滑台1、滑台导轨2、x向齿轮齿条机构3、滑台电机4及移载托架6，其中齿轮齿条机构3包括齿轮和齿条，齿条和滑台导轨2沿x向设置于滑台1上，移载托架6通过滑块与滑台导轨2滑动连接。滑台电机4设置于移载托架6上，齿轮设置于滑台电机4的输出轴上且与齿条啮合，滑台电机4驱动齿轮转动，因齿轮与齿条啮合，所以齿轮在齿条上滚动，从而带动移载托架6沿滑台导轨2移动。
32.进一步地，滑台1上设有拖链槽，滑台拖链10放置在拖链槽内，滑台拖链10的一端固接在移载托架6的一侧。移载托架6上还设有焊机13和焊丝桶12，焊丝桶12放置在移载托架6的焊丝桶支撑架内。
33.y向移动机构包括悬臂立柱14、悬臂横梁15、y轴电机16、y轴移动滑板20及y轴导轨21，其中悬臂立柱14设置于移载托架6上，悬臂横梁15设置于悬臂立柱14的顶部，y轴导轨21设置于悬臂横梁15上，y轴移动滑板 20通过滑块与y轴导轨21滑动连接。y轴电机16设置于y轴移动滑板20上，且通过y轴齿轮齿条机构与悬臂横梁15连接，y轴电机16通过y轴齿轮齿条机构驱动y轴移动滑板20沿y轴导轨21移动。
34.z向移动机构包括z向外部轴17、z轴导轨18、z轴齿轮齿条机构及z轴电机19，其中z向外部轴17通过z轴导轨18与y轴移动滑板20滑动连接， z轴电机19设置于z向外部轴17上，且输出端通过z轴齿轮齿条机构与y轴移动滑板20连接。z轴电机19通过z轴齿轮齿条机构驱动z向外部轴17沿竖直方向运动。
35.智能机器人25安装在z向外部轴17的下端，智能机器人25为六自由度机器人，可以进行九轴耦合运动。
36.如图3
‑
4所示，在上述实施例的基础上，修正板26上设有防碰撞传感器 27，防碰撞传感器27上设有连接板43。具体地，防碰撞传感器27的底部与修正板26连接，顶部与连接板43连接。焊枪30、激光传感器29及光学系统均设置于连接板43上，且激光传感器29的轴线与防碰撞传感器27的轴线平行，焊枪30设置于连接板43的顶部且轴线与激光传感器29的轴线呈夹角布设。防碰撞传感器27能在焊接工艺过程中防止焊枪30碰撞变形。
37.进一步地，焊枪30通过线缆24与送丝机22连接，送丝机22设置于z 向外部轴17上。z向外部轴17上设有线缆支架23，线缆24通过线缆支架23 支撑。
38.如图4所示，本实用新型的实施例中，光学系统包括修正盖板31、修正盖板开合驱动机构及反射镜组件，其中修正盖板31的上端通过插设于修正盖板连接孔ⅰ35内的铰接轴铰接在连接板43上，且位于激光传感器29的前端，修正盖板31可绕铰接轴的轴线转动；修正盖板开合驱动机构设置于连接板43 上，且输出端通过修正盖板连接孔ⅱ34与修正盖板31铰接，用于驱动修正盖板31转动，使修正盖板31相对于激光传感器29进行开盖或关盖；反射镜组件设置于修正盖板31的内侧凹槽内。
39.本实用新型的实施例中，修正盖板开合驱动机构包括气缸32，气缸32设置于连接板43的一侧，且尾部通过气缸连接孔33与连接板43铰接，输出端与修正盖板31铰接。气缸32驱动修正盖板31相对于激光传感器29进行开盖与关盖。
40.如图4所示，本实用新型的实施例中，反射镜组件包括分光镜38、辅助物镜ⅰ40及辅助物镜ⅱ36，其中辅助物镜ⅰ40和辅助物镜ⅱ36分别设置于修正盖板31内侧凹槽的上、下端，分光镜38设置于辅助物镜ⅰ40和辅助物镜ⅱ36之间。进一步地，分光镜38与水平面呈45
°
角设置；辅助物镜ⅰ40和辅助物镜ⅱ36对称设置，且辅助物镜ⅱ36与分光镜38平行。
41.当修正盖板31处于关盖位置时，激光传感器29的发出光41入射到分光镜38后光路转折形成转折光路39，转折光路39入射到辅助物镜ⅰ40上后光路转折投射到修正板26上，从修正板26反射的反射光路28再入射到辅助物镜ⅰ40上进行光路转折形成反射光转折光路37，反射光转折光路37途经分光镜38后入射到辅助物镜ⅱ36上，再次进行光路转折为接受光42，接受光 42被激光传感器29接收。其中分光镜38一方面起到转折光路的作用，另一方面起到滤光的作用，辅助物镜ⅰ40和辅助物镜ⅱ36起到转折光路的作用。
42.在上述实施例的基础上，一种智能机器人姿态修正装置还包括控制系统，控制系统设置于移载托架6上，智能机器人25、x向移动机构、y向移动机构及z向移动机构均与控制系统连接。控制系统接收激光传感器29发送的反射点位置变化信息，并且根据该反射点位置变化信息控制智能机器人25，从而对焊枪30的位姿误差进行实时纠正。
43.本实用新型的实施例中，控制系统包括电器控制柜5、机器人控制柜7、机器人示教盒8、控制上柜9及meta控制柜11，电器控制柜5和机器人控制柜7的底端固接在移载托架6上，控制上柜9的底端固接在机器人控制柜7 的上表面，meta控制柜11的底端固接在控制上柜9的上表面，机器人示教盒 8临时悬挂在机器人控制柜7的外表面。滑台电机4、y轴电机16及z轴电机 19与电器控制柜5连接；智能机器人25与机器人控制柜7连接；防碰撞传感器27和激光传感器29与meta控制柜11无线通讯。
44.本实用新型提供的一种智能机器人姿态修正装置的工作流程如下；
45.第1步：智能机器人25进行九轴耦合运动，移动到指定位置。
46.第2步：气缸32驱动修正盖板31开盖，激光传感器29精确寻位，确定焊点位置。
47.第3步：气缸32驱动修正盖板31关盖，激光传感器29记录反射点在笛卡尔坐标系的初始位置。
48.第4步：智能机器人25进行九轴耦合运动，激光传感器29通过反射点在笛卡尔坐标系的位置变化，反馈智能机器人25，对焊枪30的位姿进行实时纠偏。
49.本实用新型提供的一种利用上述实施例提供的智能机器人姿态修正装置进行姿态修正的方法，包括以下几个步骤：
50.1)通过修正盖板开合驱动机构驱动修正盖板31转动，使修正盖板31相对于激光传感器29 1进行开盖，通过激光传感器29对焊枪30的焊点位置进行检测；
51.2)通过修正盖板开合驱动机构驱动修正盖板31转动，使修正盖板31相对于激光传感器29进行关盖；激光传感器29的发出光41通过反射镜组件反射至修正板26上，修正板26的反射光再通过反射镜组件转向至被激光传感器29接收；
52.具体地，激光传感器29的发出光41依次通过分光镜38和辅助物镜ⅰ40 转向且入射至修正板26上；从修正板26反射的光入射到辅助物镜ⅰ40上，再次通过辅助物镜ⅰ40转向至
辅助物镜ⅱ36上，通过辅助物镜ⅱ36反射形成接受光42，且被激光传感器29接收。
53.激光传感器29获得反射点的位置变化信息并发送给控制系统；控制系统接收激光传感器29发送的反射点的位置变化信息，并根据该反射点的位置变化信息控制控制智能机器人25，从而对焊枪30的位姿误差进行实时纠正。
54.本实用新型的实施例中，修正盖板31开盖时，激光传感器29用于焊点位置的精确寻位。修正盖板31关盖时，一方面可以起到保护激光传感器29 镜头的作用；另一方面，激光传感器29以修正板26轴线为y轴,修正板26 一侧的平面为yz面建立笛卡尔坐标系,通过反射点在笛卡尔坐标系的位置变化反馈给智能机器人25，通过智能机器人25对焊枪30的位姿进行实时纠偏，降低智能机器人25在运动过程中因线缆24拖拽焊枪30造成的误差。
55.以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。