本實用新型涉及一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置。

背景技術(shù)：

焊是被焊工件的材質(zhì)通過加熱和/或加壓(可用或不用填充材料)使工件結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程，目前工廠內(nèi)大多是人工操作，人工對被焊接的管材進行夾緊定位,然后再進行對接焊接，效率低可靠性差，而且易導(dǎo)致人員傷害。

鋼板深加工成鋼管是通過預(yù)彎機將鋼板做成鋼管，需要將鋼管縫隙焊接上。

焊接的質(zhì)量取決于焊縫大小、焊接電流、堆料時間、焊縫清潔程度，采用機器人在直線上焊接時，常面臨啟動和停止速度不均勻造成堆料不均；以及機器人在直線運動中移動裝置調(diào)速響應(yīng)慢，無法滿足焊接速度的要求。

磁懸浮技術(shù)是一項相對來說較新的技術(shù)領(lǐng)域，主要運用于實驗室研究或有軌列車上。具有功率因數(shù)和效率高、推力密度大，電力電子變換裝置尺寸小、成本低，調(diào)速快的優(yōu)點。

因此亟需一種較好的能動性、穩(wěn)定性好、便于操作、方向可調(diào)的多方向機器人焊接裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種有較好的能動性、穩(wěn)定性好、便于操作、方向可調(diào)的基于直線電機的多方向機器人焊接裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置，所述機器人焊接裝置包括直線永磁電機、焊接機器人、支撐臺、槽型導(dǎo)軌、管道夾持裝置、plc控制器，焊接機器人為六自由度機器人通過旋轉(zhuǎn)凸臺垂直安裝在支撐臺上，支撐臺兩側(cè)內(nèi)固定永磁體，支撐臺為導(dǎo)磁體；支承臺設(shè)置在槽型導(dǎo)軌內(nèi)，平行于槽型導(dǎo)軌的腿部方向布置與所述支撐臺內(nèi)永磁體相對的兩根直線永磁電機初級，平行于槽型導(dǎo)軌的腰部方向布置與所述支撐臺異極性的導(dǎo)向磁體；管道夾持裝置平行設(shè)置在槽型導(dǎo)軌旁，管道夾持裝置上設(shè)置轉(zhuǎn)盤；plc控制器連接管道夾持裝置、機器人、直線永磁電機，直線永磁電機連接支撐臺。

作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選實施方式，本實用新型實施例提供的一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置進一步包括下列技術(shù)特征的部分或全部：

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，兩側(cè)相對的所述永磁體為同極性，永磁體按N、S極交替排列。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述槽型導(dǎo)軌腰部設(shè)置有光柵尺，支撐臺底面設(shè)置與光柵尺相對的讀數(shù)頭。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述plc控制器通過控制電纜連接DSP芯片，DSP芯片通過功率放大器連接直線永磁電機初級的電樞繞組。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述管道夾持裝置包括機架、兩個轉(zhuǎn)盤和推動機構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)盤分別安裝在機架和推動機構(gòu)上，機架和推動機構(gòu)對稱設(shè)置在管道兩端，所述機架上還安裝有與所述轉(zhuǎn)盤同軸連接的交流伺服減速電機。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述轉(zhuǎn)盤為圓錐形，錐心位于圓心。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述plc控制器通過現(xiàn)場總線連接的逆變器和編碼器，逆變器與所述交流伺服減速電機連接。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述plc控制器連接焊接機器人。

作為上述技術(shù)方案的改進，在本實用新型的一個實施例中，所述管道夾持裝置的機架上設(shè)有環(huán)形槽。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案具有如下有益效果：該焊接裝置采用磁懸浮軌道控制橫向運動，從而焊接橫向縫隙；采用伺服電機控制鋼管旋轉(zhuǎn)使得焊接機器人可以焊接環(huán)形管道的縫隙，該裝置使焊接機器人有較好的機動性，穩(wěn)定性好，便于操作。

上述說明僅是本實用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下結(jié)合優(yōu)選實施例，并配合附圖，詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹。

圖1為本實用新型基于直線電機的多方向機器人焊接裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型基于直線電機的多方向機器人焊接裝置中槽型導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型基于直線電機的多方向機器人焊接裝置中直線永磁電機結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本實用新型基于直線電機的多方向機器人焊接裝置結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式，其作為本說明書的一部分，通過實施例來說明本實用新型的原理，本實用新型的其他方面、特征及其優(yōu)點通過該詳細說明將會變得一目了然。在所參照的附圖中，不同的圖中相同或相似的部件使用相同的附圖標號來表示。

如圖1所示，為本實用新型優(yōu)選實施例一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，本實用新型一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置，一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置，包括直線永磁電機、焊接機器人、支撐臺、槽型導(dǎo)軌、管道夾持裝置、plc控制器，其特征在于：焊接機器人為六自由度機器人垂直安裝在支撐臺上，支撐臺兩側(cè)內(nèi)固定永磁體，兩側(cè)相對的永磁體為同極性，永磁體按N、S極交替排列，支撐臺為導(dǎo)磁體；支承臺設(shè)置在槽型導(dǎo)軌內(nèi)，平行于槽型導(dǎo)軌的腿部方向布置與所述支撐臺內(nèi)永磁體相對的兩根直線永磁電機初級，平行于槽型導(dǎo)軌的腰部方向布置與所述支撐臺異極性的導(dǎo)向磁體，用于使支撐臺懸浮并與槽型導(dǎo)管產(chǎn)生氣隙；管道夾持裝置平行設(shè)置在槽型導(dǎo)軌旁，用于固定直線型管道的兩端，還包括安裝在管道夾持裝置上的轉(zhuǎn)盤，用于沿管道徑向轉(zhuǎn)動管道；plc控制器用于控制管道夾持裝置夾持管道、轉(zhuǎn)動管道，還用于控制機器人焊接管道及直線永磁電機驅(qū)動支撐臺沿槽型導(dǎo)軌移動。

所述焊接機器人通過旋轉(zhuǎn)凸臺與所述支撐臺連接，用于改變機器人的方向。

所述直線永磁電機還包括設(shè)置在槽型導(dǎo)軌腰部的光柵尺，及設(shè)置在支撐臺底面與光柵尺相對的讀數(shù)頭。

所述plc控制器還通過控制電纜連接DSP芯片，讀數(shù)頭連接DSP芯片用于監(jiān)視支撐臺在槽形導(dǎo)軌內(nèi)的位置和移動速度信息，DSP芯片還通過功率放大器連接直線永磁電機初級的電樞繞組，驅(qū)動支撐臺在槽型導(dǎo)軌內(nèi)變速移動。

管道夾持裝置包括機架、轉(zhuǎn)盤和推動機構(gòu)，兩個轉(zhuǎn)盤分別安裝在機架和推動機構(gòu)上，機架和推動機構(gòu)對稱設(shè)置在管道兩端，所述機架上還安裝有與所述轉(zhuǎn)盤同軸連接的交流伺服減速電機；

所述轉(zhuǎn)盤為圓錐形，錐心位于圓心，用于使管道與交流伺服減速電機同心。

所述plc控制器還通過現(xiàn)場總線連接的逆變器和編碼器，逆變器與所述交流伺服減速電機連接，用于控制所述交流伺服減速電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。

所述plc控制器連接焊接機器人用于控制機器人運動。

所述管道夾持裝置的機架上設(shè)有環(huán)形槽。

如圖1所示，一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置，該裝置主要包括：直線永磁電機100、焊接機器人200、支撐臺300、管道夾持裝置400、plc控制器500。焊接機器人200為六自由度機器人垂直安裝在旋轉(zhuǎn)凸臺302上，用于改變焊接機器人200方向。焊槍204設(shè)置在焊接機器人200上，焊接機器人200靈活控制焊槍204位置，支撐臺300設(shè)置在旋轉(zhuǎn)凸臺302下方，用于驅(qū)動整個焊接機器人200。如圖1中的A剖面所示，支撐臺300設(shè)置在槽型導(dǎo)軌101的上方。管道夾持裝置400平行設(shè)置于槽型導(dǎo)軌101旁，管道800兩端被管道夾持裝置400夾緊，防止管道800位移造成焊接不均勻。管道夾持裝置400包括機架401、轉(zhuǎn)盤402和推動機構(gòu)403，如圖1中的C截面和D方向的剖面所示，兩個轉(zhuǎn)盤402分別安裝在機架402和推動機構(gòu)403上，機架401和推動機構(gòu)403對稱設(shè)置在管道800兩端，機架401上還安裝有與轉(zhuǎn)盤402同軸連接的交流伺服減速電機600，轉(zhuǎn)盤402為圓錐形，錐心位于圓心，用于使管道800與交流伺服減速電機600同心。使得在環(huán)形焊接時焊接更加穩(wěn)定。如圖1中的B剖面所示，推動機構(gòu)403底部安裝在滑道700內(nèi)，推動機構(gòu)403底部連接直線伸縮機構(gòu)701的一端，直線伸縮機構(gòu)701的另一端固定在滑道700另一端。

直線伸縮機構(gòu)701為液壓油缸、氣缸、或直線電機。

圖2所示，支撐臺300兩側(cè)內(nèi)固定永磁體301，兩側(cè)相對的永磁體301為同極性，永磁體301按N、S極交替排列，支撐臺300為導(dǎo)磁體；支承臺300設(shè)置在槽型導(dǎo)軌101內(nèi)，平行于槽型導(dǎo)軌101的腿部102方向布置與所述支撐臺300內(nèi)永磁體301相對的兩根直線永磁電機100初級103，平行于槽型導(dǎo)軌101的腰部104方向布置與所述支撐臺300異極性的導(dǎo)向磁體105，用于使支撐臺300懸浮并與槽型導(dǎo)軌101產(chǎn)生氣隙。

進一步地，直線永磁電機100還包括設(shè)置在槽型導(dǎo)軌101腰部105的光柵尺106，及設(shè)置在支撐臺300底面與光柵尺106相對的讀數(shù)頭107。前述的一種基于直線電機的多方向機器人焊接裝置中，如圖3所示，plc控制器500還通過控制電纜連接DSP芯片501，讀數(shù)頭107連接DSP芯片501用于監(jiān)視支撐臺300在槽形導(dǎo)軌101內(nèi)的位置和移動速度信息，DSP芯片501還通過功率放大器502連接直線永磁電機100初級103的電樞繞組108，通過功率驅(qū)動模塊控制電流大小方向變化，使得磁場相應(yīng)改變從而驅(qū)動支撐臺300在槽型導(dǎo)軌101內(nèi)變速移動。

纏繞電樞繞組108的鐵芯由導(dǎo)磁的條狀硅鋼片疊壓成直線狀，電樞繞組108在空間上則按二相或三相規(guī)律將每個極相組順序纏繞或套在鐵芯上，鐵芯兩側(cè)并與主磁場相對的繞組導(dǎo)體為有效導(dǎo)體。

優(yōu)選地，plc控制器500還通過現(xiàn)場總線連接的逆變器503、編碼器504、焊接機器人200，逆變器503與所述交流伺服減速電機600連接，編碼器504安裝在交流伺服減速電機600的轉(zhuǎn)軸上，plc控制器500用于控制所述交流伺服減速電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。plc控制器500通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接交換機505，交換機505與工業(yè)控制機506交換數(shù)據(jù)。

光柵尺106是德國JENA公司生產(chǎn)的JENALIE52PLXFDO型光柵尺106,其測量精度為1μm。讀數(shù)頭107是通過將固定光柵和移動光柵之間的位移放大為莫爾條紋的移動來進行檢測的。

TMS320LF2407型DSP芯片501集高速運算能力與面向電機的高速控制能力于一體,可以實現(xiàn)用軟件取代模擬器件,方便地修改控制策略和參數(shù),兼具故障監(jiān)測、自診斷和上下位機管理與通信功能。其內(nèi)部總線為哈佛結(jié)構(gòu),指令執(zhí)行速度是30MIPS,絕大部分指令可以在單周期內(nèi)執(zhí)行完畢,這使得控制系統(tǒng)能夠快速處理相關(guān)計算。它具有豐富的資源,特別是具有2個事件管理器模塊(EVA和EVB,它們的結(jié)構(gòu)完全一樣,只是所具有的寄存器名稱不一樣),能夠很方便地對電機進行編程控制。事件管理器具有4個通用定時器Tn(n＝1,2,3,4,EVA,EVB各2個,每個定時器還有一個比較寄存器和周期寄存器,Tn可以編程為在內(nèi)部CPU時鐘或外部時鐘基礎(chǔ)上運行),6個全比較單元,6個捕獲單元和2個QEP電路。其中事件管理器模塊的通用定時器用來產(chǎn)生采樣周期(用T1)和作為QEP電路的時基(用T2),QEP電路用于連接光柵輸出的正交編碼脈沖信號,對該信號進行計數(shù),CAP模塊用來捕獲通用定時器的計數(shù)器中的計數(shù)值。

對位移信號進行處理前首先要得到信號,在用讀數(shù)頭107檢測到信號后,用DSP芯片501來對信號進行采集。讀數(shù)頭107輸出3路信號,將這3路信號中的正交編碼脈沖信號a,b輸入到DSP芯片501的QEP引腳。其中QEP1和QEP2分別用來接收光柵的脈沖信號a、b,它們作為通用定時器T2的時基,定時器T2對2列脈沖的每個上升和下降沿都進行計數(shù),每來1個上升沿或下降沿時,T2的計數(shù)器就加1或減1計數(shù)。在對脈沖信號a,b進行計數(shù)時,其使用的時鐘源為CLK。頻率為正交編碼脈沖的4倍。計數(shù)的方向由2列脈沖的相位決定:如果QEP1連接的是2列脈沖中的先導(dǎo)系列,就進行增計數(shù),反之則減計數(shù),DIR信號(高電平代表增計數(shù),低電平則反之)。CAP3用來捕獲脈沖的個數(shù),它和捕獲驅(qū)動信號T1PWM(即當T1定時器的計數(shù)器值和其比較寄存器相等時在T1PWM引腳上輸出的跳變信號)連接,用DSP的通用定時器T1(T1在內(nèi)部CPU時鐘基礎(chǔ)上運行)來產(chǎn)生采樣周期,每經(jīng)過一個采樣周期的時間間隔后在T1PWM引腳上輸出一個跳變,在檢測到CAP3引腳上出現(xiàn)跳變時,就將這一時刻的T2定時器的計數(shù)器中的數(shù)值裝入一個寄存器中,接著可以在軟件中讀出該數(shù)值。只要知道每一個脈沖所代表的位移量(即脈沖當量)和脈沖個數(shù),就可以計算出實際的位移量。得到某一時刻的脈沖個數(shù)后,可以和總的脈沖個數(shù)(為預(yù)定位移量和脈沖當量之商)進行比較,這就是這一時刻的位移偏差。將偏差代入PID算法計算出需要輸出的電壓量,以此電壓來驅(qū)動直線永磁電機100運動。

直線電機的伺服控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)。在直線永磁電機100運動時,讀數(shù)頭107不斷地檢測直線永磁電機100的位移,產(chǎn)生的正交編碼脈沖信號作為位置反饋輸入到DSP芯片501中,DSP芯片501將直線永磁電機100預(yù)定位移S和檢測到的當前位移進行比較,由PID算法來給出相應(yīng)電壓到功率放大器以驅(qū)動直線永磁電機100運動。在直線永磁電機100的控制過程中,需要實現(xiàn)直線永磁電機100的精確定位和一定范圍內(nèi)的響應(yīng)頻率。因此,本發(fā)明采用PID作為控制算法。相應(yīng)的控制系統(tǒng)軟件由主程序和中斷子程序組成。主程序完成芯片與各變量的初始化、等待中斷的出現(xiàn)等工作；子程序則包括捕獲中斷、PDPINT保護中斷和PID算法實現(xiàn)等。在這里,采用變采樣周期。因為在直線永磁電機100從起始位置運動的一段時間里,可以采用長的采樣周期,這時是遠離預(yù)定位置,可以重點考慮速度方面的因素。等到電機運動到了一定的位置,再將采樣周期減小,重點考慮定位精度。這樣可以做到二者兼顧,既保證了定位精度,又提高了直線永磁電機100的響應(yīng)頻率。而且,這對于DSP芯片501來說也是很容易做到的。實現(xiàn)方法為:在通用定時器T2的比較中斷(即T2計數(shù)器之值等于比較寄存器時)中來改變采樣周期,而在周期中斷(即T2計數(shù)器之值等于周期寄存器之值)中恢復(fù)原來的采樣周期。前者是在直線永磁電機100運動到需要改變采樣周期位置時發(fā)生,后者是在電機運動到預(yù)定位置時出現(xiàn)。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式而已，當然不能以此來限定本實用新型之權(quán)利范圍，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和變動，這些改進和變動也視為本實用新型的保護范圍。