用于教學(xué)的焊接模擬工作站的制作方法

本發(fā)明屬于機(jī)械教學(xué)領(lǐng)域，尤其是一種用于教學(xué)的焊接模擬工作站。

背景技術(shù)：

目前，工業(yè)機(jī)器人在各行業(yè)的自動(dòng)化集成應(yīng)用逐漸普及，機(jī)器人焊接在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用中難度很大，對使用者的專業(yè)素養(yǎng)要求很高，而實(shí)際的焊接現(xiàn)場惡劣、弧光、輻射、噪音高、空氣污染嚴(yán)重、能耗大，焊接選用的工件難加工且難以循環(huán)利用，開發(fā)焊接實(shí)訓(xùn)平臺(tái)難度較大。

現(xiàn)有技術(shù)中雖然已經(jīng)出現(xiàn)了教學(xué)模擬工業(yè)機(jī)器人，例如專利申請?zhí)?01610919601.1、申請名稱《一種模塊化六軸機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)》的發(fā)明專利中公開了一種模塊化六軸機(jī)器人綜合實(shí)訓(xùn)臺(tái)，包括六軸機(jī)器人、模塊安裝板、實(shí)訓(xùn)功能模塊和電氣元件主板模塊，模塊安裝板為同心的環(huán)狀扇形面結(jié)構(gòu)；實(shí)訓(xùn)功能模塊具有獨(dú)立模塊化設(shè)計(jì)的多個(gè)，各實(shí)訓(xùn)功能模塊均能夠拆卸的固定在模塊安裝板上，模塊安裝板固定在五個(gè)同心環(huán)狀扇形面結(jié)構(gòu)的模塊安裝板上的所述實(shí)訓(xùn)功能模塊能夠最大幅度覆蓋六軸機(jī)器人±165°的行程范圍。

但是這種機(jī)器人只能模擬簡單的拿、取等動(dòng)作，對難度較大的焊接動(dòng)作無法模擬。

為此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的焊接模擬工作站，能夠用于幫助學(xué)生學(xué)習(xí)如何用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行焊接操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是提供一種用于教學(xué)的焊接模擬工作站，用來克服現(xiàn)有機(jī)器人焊接教學(xué)難度大的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種用于教學(xué)的焊接模擬工作站，包括設(shè)置在工作臺(tái)上的多軸機(jī)器人模塊、模擬面板、變位機(jī)模塊和物料模塊，其中所述模擬面板、所述變位機(jī)模塊和所述物料模塊均處在所述多軸機(jī)器人模塊能夠觸及的范圍內(nèi)。物料模塊用來盛放料棒或折彎件；多軸機(jī)器人模塊用來模擬機(jī)械手進(jìn)行焊接，變位機(jī)與多軸機(jī)器人模塊配合進(jìn)行焊接；模擬畫板用來提供多軸機(jī)器人學(xué)習(xí)的模版。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述多軸機(jī)器人模塊包括多軸機(jī)器人、滑臺(tái)汽缸、真空吸盤和畫筆；其中所述滑臺(tái)汽缸設(shè)置在所述多軸機(jī)器人的末端且通過法蘭與所述多軸機(jī)器人相連；所述滑臺(tái)汽缸包括平行設(shè)置的第一滑臺(tái)汽缸和第二滑臺(tái)汽缸，所述畫筆與所述第一滑臺(tái)汽缸相連并在所述第一滑臺(tái)氣缸的帶動(dòng)下進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)；所述真空吸盤與所述第二滑臺(tái)汽缸相連并在所述第二滑臺(tái)氣缸的帶動(dòng)下進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)。畫筆用來在工件上畫出線條模擬焊槍在工件上的焊縫；真空吸盤可將焊接模擬工件包括棒料和折彎件在物料單元和變位機(jī)之間搬運(yùn)。通過機(jī)器人和氣缸協(xié)同控制畫筆和吸盤的方向位置。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述物料模塊設(shè)有至少一個(gè)棒料和\或至少一個(gè)折彎件。吸盤根據(jù)需要從物料模塊拿取棒料或是折彎件給變位機(jī)模塊。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述模擬面板上設(shè)有波紋、圓弧、五角、三角中的一種或幾種或幾種的組合。模擬面板用來模擬焊接軌跡，用于焊接軌跡示教。模擬面板上面的圖形相當(dāng)于焊接的軌跡，用這個(gè)面板來模擬需要焊接的軌跡。使用步驟如下：1.在模擬面板上選取一種或幾種圖形；2.由操作人員先進(jìn)行機(jī)器人的坐標(biāo)設(shè)定和校準(zhǔn)；3.操作人員采用離線編程或者在線示教的方式，引導(dǎo)機(jī)器人依照選定圖形的邊緣進(jìn)行模擬走軌跡和姿態(tài)控制；4.機(jī)器人采用自動(dòng)模式，驗(yàn)證第3步驟動(dòng)作的正確性。模擬面板可以單獨(dú)使用，也可以和變位機(jī)同時(shí)使用模擬面板安裝在變位機(jī)上，加上變位機(jī)后，可以進(jìn)行更加復(fù)雜和豐富的焊接軌跡模擬動(dòng)作。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述變位機(jī)模塊設(shè)有型材支架、動(dòng)力部、聯(lián)軸器、旋轉(zhuǎn)軸和氣動(dòng)手指；所述變位機(jī)模塊通過所述型材支架與所述工作臺(tái)相連；所述動(dòng)力部與所述旋轉(zhuǎn)軸之間通過聯(lián)軸器相連；所述旋轉(zhuǎn)軸的一端與所述聯(lián)軸器相連、另一端與所述氣動(dòng)手指相連。變位機(jī)模塊主要控制物料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述氣動(dòng)手指上設(shè)有v型夾爪和頂塊，所述料棒通過所述v型夾爪與所述氣動(dòng)手指相連；所述折彎件通過所述頂塊與所述氣動(dòng)手指相連。v型夾爪和頂塊都設(shè)置在氣動(dòng)手指連接處，v型夾爪設(shè)置靠外，頂塊設(shè)置靠內(nèi)；這樣根據(jù)部件深度的不同可以夾取不同的部件。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述型材支架上設(shè)有第一軸承安裝板和第二軸承安裝板，所述第一軸承安裝板內(nèi)設(shè)有第一軸承，所述第二軸承安裝板內(nèi)設(shè)有第二軸承；所述旋轉(zhuǎn)軸貫穿所述第一軸承和所述第二軸承。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有光電感應(yīng)盤，所述光電感應(yīng)盤套在所述旋轉(zhuǎn)軸外。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：還設(shè)有光電開關(guān)，所述光電開關(guān)設(shè)置在所述第一軸承安裝板上并與所述光電感應(yīng)盤相連。在光電感應(yīng)盤上有標(biāo)記，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，光電開關(guān)會(huì)感應(yīng)到這個(gè)標(biāo)記的位置，然后通過一定的計(jì)算，換算成料棒或折彎件當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度，從而確定料棒和折彎件當(dāng)前的位置信息。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述動(dòng)力部為步進(jìn)電機(jī)。動(dòng)力部可以用其他電機(jī)，但是用步進(jìn)電機(jī)最好，綜合性價(jià)比最佳。

本發(fā)明的有益效果是：本方案提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站用畫筆模擬機(jī)器人焊槍，結(jié)合機(jī)器人和變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)模擬多種焊縫路徑，提高學(xué)員對機(jī)器人在焊接應(yīng)用中的了解，滿足機(jī)器人焊接的模擬教學(xué)任務(wù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的模擬面板示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的六軸機(jī)器人示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的變位機(jī)連接料棒時(shí)候的示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的變位機(jī)連接料棒時(shí)候的示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的變位機(jī)連接折彎件時(shí)候的示意圖。

附圖標(biāo)記：a.六軸機(jī)器人平臺(tái)；b.焊接路徑模擬面板；c.變位機(jī)模塊；d.物料單元；1.六軸機(jī)器人；2.滑臺(tái)氣缸；3.真空吸盤；4.畫筆模擬焊槍；5.步進(jìn)電機(jī)；6.聯(lián)軸器；7.第一軸承安裝版8.光電感應(yīng)盤；9.傳動(dòng)軸；10.第二軸承安裝版；11.光電開關(guān)；12.氣動(dòng)手指；13.v形夾爪；14.棒料；15.頂塊；16.折彎件。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種用于教學(xué)的焊接模擬工作站。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的示意圖。如圖1，該工作站包括六軸工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)a、焊接路徑模擬面板b、變位機(jī)模塊c和物料單元d。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的六軸機(jī)器人示意圖。從圖中可見六軸工業(yè)機(jī)器人平臺(tái)包括六軸機(jī)器人1、滑臺(tái)氣缸2、真空吸盤3和畫筆4，真空吸盤3和畫筆4都安裝在機(jī)器人1末端法蘭的兩端滑臺(tái)氣缸2上，可通過滑臺(tái)氣缸2的上下運(yùn)動(dòng)分別控制畫筆4和真空吸盤3接觸工件，機(jī)器人1帶動(dòng)畫筆4在工件上畫路徑模擬焊槍在工件上的焊縫，真空吸盤3可將焊接模擬工件包括棒料14和折彎件16在物料單元d和變位機(jī)c之間搬運(yùn)，切換模擬焊接工件，六軸機(jī)器人1安裝在機(jī)器人底座上，焊接路徑模擬面板b、變位機(jī)模塊c和物料單元d都安裝在工作站平臺(tái)上，機(jī)器人底座與工作站底座的分離，增加了機(jī)器人的柔性應(yīng)用。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站的模擬面板示意圖。如圖，焊接路徑模擬面板b上有波紋、圓弧、三角形和復(fù)雜標(biāo)志等復(fù)雜圖形，通過機(jī)器人試教模擬直線焊縫、圓弧焊和多路徑焊接，通過離線仿真機(jī)器人帶動(dòng)畫筆走出復(fù)雜路徑。模擬面板用來模擬焊接軌跡，用于焊接軌跡示教。模擬面板上面的圖形相當(dāng)于焊接的軌跡，用這個(gè)面板來模擬需要焊接的軌跡。使用步驟如下：1.在模擬面板上選取一種或幾種圖形；2.由操作人員先進(jìn)行機(jī)器人的坐標(biāo)設(shè)定和校準(zhǔn)；3.操作人員采用離線編程或者在線示教的方式，引導(dǎo)機(jī)器人依照選定圖形的邊緣進(jìn)行模擬走軌跡和姿態(tài)控制；4.機(jī)器人采用自動(dòng)模式，驗(yàn)證第3步驟動(dòng)作的正確性。模擬面板可以單獨(dú)使用，也可以和變位機(jī)同時(shí)使用模擬面板安裝在變位機(jī)上，加上變位機(jī)后，可以進(jìn)行更加復(fù)雜和豐富的焊接軌跡模擬動(dòng)作。

圖4-6是變位機(jī)模塊的示意圖。設(shè)計(jì)變位機(jī)模塊c通過型材支架安裝在工作站平臺(tái)上，放置在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)，采用步進(jìn)電機(jī)5通過聯(lián)軸器6帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸9和氣動(dòng)手指12旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸9用兩個(gè)軸承支撐，兩個(gè)軸承分別安裝在第一軸承安裝板7和第二軸承安裝板10之中，氣動(dòng)手指夾頭裝有v型夾爪13和頂塊15，可夾持棒料14和折彎件16，氣動(dòng)手指12夾持棒料14旋轉(zhuǎn)時(shí)畫筆模擬焊槍4沿棒料14母線方向做勻速運(yùn)動(dòng)，可模擬出螺旋線焊縫如圖4圖5所示，該螺旋線為機(jī)器人1與變位機(jī)c協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)所生成的復(fù)雜路徑。圖4和圖5分別顯示了變位機(jī)的不同角度。從圖中可以看出，v型夾爪和頂塊都設(shè)置在氣動(dòng)手指連接處，v型夾爪設(shè)置靠外，頂塊設(shè)置靠內(nèi)；這樣根據(jù)部件深度的不同可以夾取不同的部件。

圖6中，氣動(dòng)手指12夾持折彎件16，可將折彎件360°翻轉(zhuǎn)變換焊接位置，模擬工程應(yīng)用中常見的同一個(gè)工件不同面的焊接。

此外，該旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)計(jì)有光電開關(guān)11和光電感應(yīng)盤8，通過plc獲取光電開關(guān)11的信號(hào)控制旋轉(zhuǎn)軸9的原點(diǎn)定位；在光電感應(yīng)盤上有標(biāo)記，當(dāng)旋轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，光電開關(guān)會(huì)感應(yīng)到這個(gè)標(biāo)記的位置，然后通過一定的計(jì)算，換算成料棒或折彎件當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角度，從而確定料棒和折彎件當(dāng)前的位置信息。

本方案提供的用于教學(xué)的焊接模擬工作站用畫筆模擬機(jī)器人焊槍，結(jié)合機(jī)器人和變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)模擬多種焊縫路徑，提高學(xué)員對機(jī)器人在焊接應(yīng)用中的了解，滿足機(jī)器人焊接的模擬教學(xué)任務(wù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。