本發(fā)明涉及一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，確切講，涉及一種電弧焊自動(dòng)焊接設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，對(duì)管道環(huán)焊縫進(jìn)行自動(dòng)焊接的設(shè)備，主要有《焊接手冊(cè)第一卷焊接方法和設(shè)備》所述的“全位置自動(dòng)焊機(jī)”，和《微型計(jì)算機(jī)在焊接中的應(yīng)用》文所述的“固定管道全自動(dòng)tig焊機(jī)”。其結(jié)構(gòu)由焊接機(jī)頭、行走環(huán)行導(dǎo)軌、控制系統(tǒng)組成。對(duì)焊槍位置的控制采用焊槍位置信號(hào)、邏輯控制模板、焊槍回轉(zhuǎn)模板、送絲控制模板、弧壓控制模板、磁控電弧擺動(dòng)模板、機(jī)械電弧擺動(dòng)模板等實(shí)現(xiàn)。控制系統(tǒng)包括微型計(jì)算機(jī)和控制柜，微型計(jì)算機(jī)由主機(jī)、鍵盤、顯示器、輸入設(shè)備、輸入輸出接口等組成；控制柜由輸入輸出接口電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和焊槍位置控制的各種模板組成。自動(dòng)焊接軟件是根據(jù)焊接工藝，預(yù)先編程并存儲(chǔ)在軟盤或硬盤上。焊接時(shí)，在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的支持下，從軟盤或硬盤上調(diào)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存執(zhí)行。微型計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)通過輸出接口輸送到控制柜，經(jīng)功率放大后驅(qū)動(dòng)各執(zhí)行元件，進(jìn)行自動(dòng)焊接。

除此之外，還有《焊接手冊(cè)第一卷焊接方法和設(shè)備》、《工業(yè)機(jī)器人》、《機(jī)器人控制技術(shù)》文中所述的“弧焊機(jī)器人”，其結(jié)構(gòu)由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。其中機(jī)械系統(tǒng)包括機(jī)身、關(guān)節(jié)型手臂、焊接工具。為了把示教的運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)關(guān)節(jié)軸的數(shù)據(jù)，在機(jī)身、關(guān)節(jié)型手臂的各關(guān)節(jié)軸設(shè)置了檢測(cè)元件，檢測(cè)的數(shù)據(jù)存入主控微型計(jì)算機(jī)。

控制系統(tǒng)的微型計(jì)算機(jī)分為兩部分，一部分是主控微型計(jì)算機(jī)，另一部分是從微型計(jì)算機(jī)或單片微型計(jì)算機(jī)。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般為液壓驅(qū)動(dòng)或電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，控制部分常以動(dòng)力站的形式單獨(dú)放置。

對(duì)弧焊機(jī)器人的編程，都是在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件的支持下進(jìn)行。具體有幾種方式：示教編程、離線編程、機(jī)器人語言編程。示教編程是目前使用最普遍地方法，這種方法編制程序是在機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，操作人員可以手扶機(jī)器人按給定運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，或操作示教盒的按鈕驅(qū)動(dòng)機(jī)器人按給定運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，將各定運(yùn)動(dòng)軌跡轉(zhuǎn)化為機(jī)器人各關(guān)節(jié)軸的角度信息，記錄進(jìn)主控微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器；復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主控微型計(jì)算機(jī)從內(nèi)存讀出相應(yīng)信息，采用插補(bǔ)算法和機(jī)器人逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，將運(yùn)動(dòng)軌跡中間點(diǎn)的位置和姿態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)關(guān)節(jié)軸應(yīng)旋轉(zhuǎn)的角度信息，并向從微型計(jì)算機(jī)或單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)軸，在一定精度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)示教運(yùn)動(dòng)。在示教和復(fù)現(xiàn)階段，都必須利用主控微型計(jì)算機(jī)。

上述的自動(dòng)焊接設(shè)備，其機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是單獨(dú)自成一體，尤其是基于微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，除控制柜外，微型計(jì)算機(jī)一般都由主機(jī)、鍵盤、顯示器、輸入設(shè)備、輸入輸出接口組成。這樣的結(jié)構(gòu)和編程方式以及復(fù)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方法，導(dǎo)致了自動(dòng)焊接設(shè)備不僅系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，而且體積大、重量重，不便于攜帶，不便于在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)。焊接方式均采用鎢極氣體保護(hù)電弧焊，不僅焊接生產(chǎn)效率較低，而且焊接時(shí)，需要?dú)鍤?、氦氣、或這些氣體的混合氣作為焊接時(shí)的保護(hù)氣體，購買氣體，運(yùn)輸氣瓶，導(dǎo)致焊接生產(chǎn)成本上升；作為導(dǎo)電電極和填充金屬的焊絲，以盤卷的形式供自動(dòng)焊接使用，氣瓶、焊絲也不便于在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)。采用上述現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)焊接設(shè)備，適用于在固定的焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，或在流水作業(yè)生產(chǎn)線上固定工位作業(yè)。

在電力、石油、化工企業(yè)管道系統(tǒng)安裝焊接中，焊接生產(chǎn)方式是：在一個(gè)管道焊縫焊接完后，移動(dòng)焊接設(shè)備到下一個(gè)管道焊縫處再進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備需要在焊接現(xiàn)生產(chǎn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)。由于焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)是遠(yuǎn)離城市的平原、沙漠、丘陵等地區(qū)，采用上述現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)焊接設(shè)備，進(jìn)行管道焊縫自動(dòng)焊接，受到下述幾個(gè)方面的限制：

1.不便于攜帶自動(dòng)焊接設(shè)備、和在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)自動(dòng)焊接設(shè)備；

2.不可能或不便于灌裝氬氣，不便于攜帶氬氣氣瓶；

3.新增購買氬氣、往返運(yùn)輸費(fèi)，增加了焊接生產(chǎn)的成本；

4.焊接生產(chǎn)效率較低，延長了管道系統(tǒng)安裝工程的建設(shè)周期。

上述原因，限制了采用上述現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)焊接設(shè)備，在電力、石油、化工企業(yè)管道系統(tǒng)安裝焊接中的使用。所以，幾十年來，在管道焊接生產(chǎn)中，都是采用手工電弧焊焊接。采用手工電弧焊焊接，不僅焊接生產(chǎn)條件差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，且焊接質(zhì)量波動(dòng)大，易受工人技術(shù)狀況、心理情緒的影響。隨著微型計(jì)算機(jī)、單片微型計(jì)算機(jī)、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，在管道焊接生產(chǎn)中，實(shí)施自動(dòng)焊接技術(shù)已具備了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對(duì)采用現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)焊接設(shè)備，在電力、石油、化工企業(yè)管道系統(tǒng)安裝焊接中存在的不足，和實(shí)施自動(dòng)焊接的需要，提供一種便于攜帶、便于在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人，其主要目的是：在管道焊接生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，提高焊接生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，降低焊接生產(chǎn)成本。

本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：首先由關(guān)節(jié)型手臂、機(jī)身、行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制器、控制電源組成關(guān)節(jié)型機(jī)器人。其中，關(guān)節(jié)型手臂、行走機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制器為模塊結(jié)構(gòu)。可根據(jù)焊接方式、焊接管道的直徑、焊縫焊接的層數(shù)，選擇各規(guī)格的模塊部件裝配。具體結(jié)構(gòu)是：行走機(jī)構(gòu)直接安裝在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)作業(yè)對(duì)象上；行走機(jī)構(gòu)上安裝機(jī)身，機(jī)身上安裝關(guān)節(jié)型手臂，關(guān)節(jié)型手臂的肩部上安裝機(jī)器人控制器，以上三件組合為一體；控制電源單獨(dú)為一體，安裝在行走機(jī)構(gòu)上，通過電纜和機(jī)器人控制器連接。關(guān)節(jié)型機(jī)器人分為三個(gè)分體，分體重量輕、便于攜帶，裝配后，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)。再以關(guān)節(jié)型機(jī)器人為基體，在關(guān)節(jié)型手臂上安裝焊接工具，機(jī)身位置安裝自動(dòng)上料斗，構(gòu)成專用的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人。在焊接方式的選擇上，按照技術(shù)經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，可采用以藥皮焊條焊接整個(gè)焊道；或以鎢極氬弧焊焊接底層，藥皮焊條焊接中層和蓋面的焊接方式。焊接生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，將關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人安裝在焊接管道上，啟動(dòng)關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人，在機(jī)器人控制器固化的控制軟件控制下，關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人實(shí)現(xiàn)行走，和模仿人手與手臂的焊接動(dòng)作，配合弧焊電源，或鎢極氬弧焊電源，進(jìn)行自動(dòng)焊接。一個(gè)焊道焊接完畢或鎢極氬弧焊焊接底層完畢，移動(dòng)關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人到下一個(gè)焊縫進(jìn)行自動(dòng)焊接，以類似流水生產(chǎn)作業(yè)的方式進(jìn)行管道焊縫自動(dòng)焊接。

下面對(duì)每一個(gè)部件作簡要的說明：

焊接工具有兩種類型：焊鉗和焊炬。

關(guān)節(jié)型手臂由肩部、大臂、小臂、手腕組成，肩部、大臂、小臂、手腕為模塊結(jié)構(gòu)。肩部與大臂之間由肩關(guān)節(jié)軸鉸鏈聯(lián)結(jié)，大臂與小臂之間由肘關(guān)節(jié)軸鉸鏈聯(lián)結(jié)，小臂與手腕之間由腕關(guān)節(jié)軸鉸鏈聯(lián)結(jié)。手腕上可安裝焊鉗或焊炬和送絲器。具有三個(gè)功能：可操作安裝的焊鉗鉗指開、閉；操作安裝的焊鉗或焊炬作微小轉(zhuǎn)動(dòng)；操作安裝的焊鉗或送絲器作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

自動(dòng)上料斗內(nèi)放置藥皮焊條或焊絲，在自動(dòng)焊接中，配合關(guān)節(jié)型手臂送出藥皮焊條或焊絲。待藥皮焊條或焊絲使用完后，可快速換裝。行走機(jī)構(gòu)的導(dǎo)軌安裝在焊接的管道上，行走機(jī)構(gòu)安裝在導(dǎo)軌里。行走機(jī)構(gòu)被限位在導(dǎo)軌里行走，保證了關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的位置在運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生偏移。

關(guān)節(jié)型手臂的肩部安裝機(jī)器人控制器，控制電源放置在行走機(jī)構(gòu)上，通過電纜和機(jī)器人控制器連接。機(jī)器人控制器包括單片機(jī)系統(tǒng)和輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動(dòng)電路?？刂品桨甘腔趩纹瑱C(jī)的全軟件開環(huán)控制系統(tǒng)，這種全軟件的控制方案，縮小了機(jī)器人控制器的體積。

控制電源由兩組蓄電池組成。

自動(dòng)焊接過程中，焊接運(yùn)動(dòng)軌跡始終跟蹤焊縫是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接的關(guān)鍵，在本技術(shù)方案中是這樣實(shí)現(xiàn)跟蹤焊縫的：行走機(jī)構(gòu)直接安裝在焊接管道上，行走機(jī)構(gòu)上安裝自動(dòng)上料斗，自動(dòng)上料斗上安裝關(guān)節(jié)型手臂，關(guān)節(jié)型手臂上安裝焊接工具。裝配時(shí)作簡單調(diào)整，間接使焊接工具的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)準(zhǔn)焊道。以機(jī)械裝配精度，保證了焊接工具在靜止時(shí)的準(zhǔn)確定位。自動(dòng)焊接時(shí)，機(jī)器人控制器連續(xù)控制關(guān)節(jié)型手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)軸，使各關(guān)節(jié)軸同時(shí)作受控旋轉(zhuǎn)，相互協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證焊接工具在運(yùn)動(dòng)中始終跟蹤焊縫。

采用上述技術(shù)方案的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人，分體重量輕、便于攜帶，裝配后，結(jié)構(gòu)緊湊，便于在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)；可根據(jù)焊接方式、焊接管道的直徑、焊縫焊接的層數(shù)改變關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的組成，使焊接生產(chǎn)具有柔性；自動(dòng)焊接中使用藥皮焊條，或主要使用藥皮焊條和焊絲，提高了焊接生產(chǎn)效率，降低了焊接生產(chǎn)成本；使管道焊接生產(chǎn)以類似流水生產(chǎn)作業(yè)的方式進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)管道焊接生產(chǎn)自動(dòng)化，有利于改善焊接生產(chǎn)勞動(dòng)條件，把工人從繁重的勞動(dòng)中解脫出來，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；有利于提高焊接生產(chǎn)質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低焊接生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)工人技術(shù)的依賴性；以開發(fā)單片微型計(jì)算機(jī)的硬件和技術(shù)，離線編程開發(fā)關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的焊接軟件，以固化在機(jī)器人控制器內(nèi)的控制軟件，控制關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)焊接，降低了關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的價(jià)格。使這一具有較高科技含量的項(xiàng)目能在工廠企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

附圖說明

圖1是關(guān)節(jié)型機(jī)器人的主視圖。

圖2是采用本發(fā)明關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的主視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1所示關(guān)節(jié)型機(jī)器人為模塊化結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)型機(jī)器人，由關(guān)節(jié)型手臂3、機(jī)身4、行走機(jī)構(gòu)5、機(jī)器人控制器6、控制電源7五個(gè)部件組成。其中關(guān)節(jié)型手臂3、行走機(jī)構(gòu)5、機(jī)器人控制器6為模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的方式，選擇各規(guī)格的模塊裝配。具體結(jié)構(gòu)是：行走機(jī)構(gòu)直接安裝在生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)作業(yè)對(duì)象上；行走機(jī)構(gòu)上安裝機(jī)身，機(jī)身上安裝關(guān)節(jié)型手臂，關(guān)節(jié)型手臂的肩部上安裝機(jī)器人控制器，以上三件組合為一體；控制電源單獨(dú)為一體，安裝在行走機(jī)構(gòu)的上，通過電纜和機(jī)器人控制器連接。關(guān)節(jié)型機(jī)器人分為三個(gè)分體，分體重量輕、便于攜帶，裝配后，結(jié)構(gòu)緊湊、便于頻繁移動(dòng)。

圖1所示的關(guān)節(jié)型手臂3由肩部10、大臂20、小臂30、手腕40組成。肩部10和大臂20之間由肩關(guān)節(jié)軸鉸鏈，大臂20與小臂30之間由肘關(guān)節(jié)軸鉸鏈，小臂30與手腕40之間由腕關(guān)節(jié)軸鉸鏈。肩部10、大臂20、小臂30、手腕40為模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的需要，選擇各規(guī)格模塊方便地?fù)Q裝。

圖1所示的手腕40由手腕步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)螺桿、傳動(dòng)螺母、連接片、導(dǎo)向環(huán)、動(dòng)環(huán)、止環(huán)、導(dǎo)環(huán)、手腕直流電機(jī)、齒輪、齒條、箱體組成。傳動(dòng)螺母的外圓周上，對(duì)稱地加工了兩個(gè)平面，每一個(gè)平面上加工了兩個(gè)鉸鏈孔。在與該平面垂直的外圓周位置上，對(duì)稱地加工了兩個(gè)導(dǎo)向鍵槽。動(dòng)環(huán)的內(nèi)圓周上對(duì)稱地加工了兩個(gè)導(dǎo)向鍵槽。傳動(dòng)螺母旋入傳動(dòng)螺桿，套裝在動(dòng)環(huán)里，通過滑動(dòng)鍵滑動(dòng)連接，動(dòng)環(huán)又套裝在導(dǎo)向環(huán)里，導(dǎo)環(huán)套裝在止環(huán)里，導(dǎo)向環(huán)和止環(huán)同軸裝配在箱體上。手腕40的導(dǎo)環(huán)上安裝末端操作器，具有一個(gè)動(dòng)作、兩個(gè)自由度：由手腕步進(jìn)電機(jī)通過與傳動(dòng)螺桿聯(lián)接，經(jīng)傳動(dòng)螺母，和與傳動(dòng)螺母鉸鏈的連接片聯(lián)接，操作連接片作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；手腕步進(jìn)電機(jī)通過與傳動(dòng)螺桿聯(lián)接，在傳動(dòng)螺桿與傳動(dòng)螺母旋緊的狀態(tài)下，由導(dǎo)向環(huán)、動(dòng)環(huán)支承傳動(dòng)螺母并導(dǎo)向、止環(huán)支承導(dǎo)環(huán)并導(dǎo)向，操作導(dǎo)環(huán)作微小旋轉(zhuǎn)；手腕直流電機(jī)與齒輪聯(lián)接，手腕步進(jìn)電機(jī)和齒條聯(lián)接，齒輪與齒條嚙合，經(jīng)齒條傳動(dòng)使手腕步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)向環(huán)里作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)環(huán)也同樣作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖1所述的肩部10由箱板、支承柱、螺釘、防護(hù)罩裝配成，肩部也是肩部減速器的箱體，防護(hù)罩裝在箱體的四周。內(nèi)裝肩部步進(jìn)電機(jī)、肩部減速器、肩部光電藕合檢測(cè)器。肩部步進(jìn)電機(jī)與肩部減速器嚙合，肩部減速器的輸出軸即是肩關(guān)節(jié)軸。齒輪軸處安裝向心球軸承，向心球軸承支承肩關(guān)節(jié)軸。減速齒輪采用雙列齒輪、螺釘緊固的消嚙合間隙方法。末級(jí)減速齒輪旁安裝肩部光電藕合檢測(cè)器，配合齒輪上的兩毫米小孔，檢測(cè)肩關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

圖1所示的大臂20由箱板、支承柱、螺釘、防護(hù)罩裝配成，大臂也是大臂減速器的箱體，防護(hù)罩裝在箱體的四周。內(nèi)裝大臂步進(jìn)電機(jī)、大臂減速器、大臂光電藕合檢測(cè)器。大臂步進(jìn)電機(jī)與大臂減速器嚙合，大臂減速器的輸出軸即是肘關(guān)節(jié)軸。齒輪軸處安裝向心球軸承，向心球軸承支承肘關(guān)節(jié)軸。減速齒輪采用雙列齒輪、螺釘緊固的消嚙合間隙方法。末級(jí)減速齒輪旁安裝大臂光電藕合檢測(cè)器，配合齒輪上的兩毫米小孔，檢測(cè)肘關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

圖1所示的小臂30由箱板、支承柱、螺釘、防護(hù)罩裝配成，小臂也是小臂減速器的箱體，防護(hù)罩裝在箱體的四周。內(nèi)裝小臂步進(jìn)電機(jī)、小臂減速器、小臂光電藕合檢測(cè)器。小臂步進(jìn)電機(jī)與小臂減速器嚙合，小臂減速器的輸出軸即是腕關(guān)節(jié)軸。齒輪軸處安裝向心球軸承，向心球軸承支承腕關(guān)節(jié)軸。減速齒輪采用雙列齒輪、螺釘緊固的消嚙合間隙方法。末級(jí)減速齒輪旁安裝小臂光電藕合檢測(cè)器，配合齒輪上的兩毫米小孔，檢測(cè)腕關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。

圖1所示的機(jī)身4為圓柱形，可在其位置安裝自動(dòng)上料斗。

圖1所示的行走機(jī)構(gòu)5由兩只主動(dòng)磁性輪子、兩只輔助輪子、車架、行走直流電機(jī)、行走減速器、導(dǎo)軌組成。在實(shí)施例中，導(dǎo)軌呈圓環(huán)形。兩只主動(dòng)磁性輪子，分別安裝在車架的兩端，主動(dòng)磁性輪子為圓柱性，沿縱軸線的中部呈v形。輔助輪子內(nèi)裝滾動(dòng)軸承和主動(dòng)磁性輪子同軸安裝。行走直流電機(jī)安裝在車架的中部，其縱軸線和主動(dòng)磁性輪子平行。行走減速器安裝在兩只主動(dòng)磁輪的一端，并和主動(dòng)磁性輪子垂直，兩端的輸出軸分別和主動(dòng)磁性輪子聯(lián)結(jié)。行走直流電機(jī)與行走減速器的中間輸入軸聯(lián)結(jié)，同向驅(qū)動(dòng)主動(dòng)磁性輪子。車架安裝在導(dǎo)軌里，導(dǎo)軌在中分面處分為兩部分，采用螺栓聯(lián)接，中分面處的橫斷面形狀是一邊未完全封住的口字形，與未完全封住邊相對(duì)的邊的形狀呈凸v字形。輔助輪剛好卡入未完全封住的口字形，就限定了車架的運(yùn)動(dòng)。生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，行走直流電機(jī)經(jīng)行走減速器，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)磁性輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，使車架在導(dǎo)軌里行走。行走機(jī)構(gòu)5被限位在導(dǎo)軌里運(yùn)動(dòng)，保證了關(guān)節(jié)型機(jī)器人1相對(duì)于生產(chǎn)作業(yè)對(duì)象的位置，在運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生偏移。行走機(jī)構(gòu)5為模塊結(jié)構(gòu)，有多種規(guī)格，可根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)方式選擇。

圖1所示的機(jī)器人控制器6由單片機(jī)系統(tǒng)、輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動(dòng)電路組成。實(shí)施例中，單片機(jī)系統(tǒng)的單片機(jī)芯片選用8031，輸入輸出接口芯片選用8255，地址鎖存器選用74ls373，地址譯碼器選用74ls138，程序存貯器選用2764。輸入接口電路四組，以一組為例，光電藕合隔離選用4n25、top12，輸入插口選用單列三腳插座。輸出功率驅(qū)動(dòng)電路十三組，以一組為例，光電隔離選用兩只4n25，集成驅(qū)動(dòng)選用74ls06、74ls07，功率放大管選用四只tip126，時(shí)基選用ne555，開關(guān)控制管選用tip127，輸出插口選用單列五腳插座。為了縮小機(jī)器人控制器的體積，只設(shè)置兩只指示燈，一只接入單片機(jī)系統(tǒng)；一只接入輸出功率驅(qū)動(dòng)。只設(shè)置啟動(dòng)、停止按鈕控制機(jī)器人控制器。將單片機(jī)系統(tǒng)，四組光電檢測(cè)器的輸入接口電路，以及兩組雙列二十腳插座制作在主電路板上以。兩組直流電機(jī)，和兩組開關(guān)控制、以及九組步進(jìn)電機(jī)的輸出功率驅(qū)動(dòng)電路，都分別單獨(dú)制作單元電路板。為使單元電路板具有可換性，方便維修。兩組直流電機(jī)和兩組開關(guān)控制輸出功率驅(qū)動(dòng)電路板，都按步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路板制作。兩組直流電機(jī)和兩組開關(guān)控制電路板，裝配在主電路板上，九組步進(jìn)電機(jī)電路板裝配在輔電路板上。兩電路板以上下重疊的形式放置，兩電路板之間通過兩組雙列二十腳插座，并行電纜插頭連接。另一個(gè)實(shí)施例中，兩組直流電機(jī)、兩組開關(guān)控制、九組步進(jìn)電機(jī)的電路板，分別裝配在各執(zhí)行元件處。機(jī)器人控制器6為模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的需要，增減輸出功率驅(qū)動(dòng)電路，組成各個(gè)模塊。

機(jī)器人控制器硬件的制作如《mcs-51/96系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用》、《單片機(jī)原理及制作》、《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐》、《微型計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)》文中所述。在選定單片機(jī)芯片、輸入輸出接口芯片、地址鎖存器、地址譯碼器、程序存貯器后，地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、片選信號(hào)可按規(guī)定連接，其具體方法，本專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)此已相當(dāng)熟悉，不再贅述。僅對(duì)輸入輸出接口8255的地址分配，和輸出功率驅(qū)動(dòng)單元電路板作說明。8255的每一路輸入、輸出端口均經(jīng)光電藕合隔離與外圍電路連接。8255的pa0、pa1口接撥料步進(jìn)電機(jī)，pa2、pa3口接送料步進(jìn)電機(jī)，pa4、pa5口接鉗指直流電機(jī)，pa6、pa71接行走直流電機(jī)。pb0、pb1口接肩部步進(jìn)電機(jī)，pb2、pb3口接大臂步進(jìn)電機(jī)，pb4、pb5口接小臂步進(jìn)電機(jī)，pb6、pb7口接鉗指步進(jìn)電機(jī)。pc0口接入肩部步進(jìn)電機(jī)，和鉗指步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源回路，作開關(guān)控制；pc1口接入大臂步進(jìn)電機(jī)，小臂步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源回路，作開關(guān)控制；pc2口開關(guān)控制接入推料電磁鐵或焊炬開關(guān)，pc4口接入肩部光電藕合檢測(cè)器，pc5口接入大臂光電藕合檢測(cè)器，pc6口接入小臂光電藕合檢測(cè)器分別檢測(cè)各關(guān)節(jié)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，pc7口接入弧壓光電藕合檢測(cè)器檢測(cè)弧壓，8255的pc3口開關(guān)控制預(yù)留弧焊電源控制。在另一個(gè)實(shí)施例中，單片機(jī)的p1.0、p1.1口接肩部步進(jìn)電機(jī)，p1.2、p1.3口接大臂步進(jìn)電機(jī)，p1.4、p1.5口接小臂步進(jìn)電機(jī)。單片機(jī)的p1.6、p1.7口和p3口的部分端口留作進(jìn)一步開發(fā)用。輸出功率驅(qū)動(dòng)單元電路板，都具有相同的結(jié)構(gòu)。以控制肩部步進(jìn)電機(jī)為例：8255的pb0口輸出的信號(hào)接光電藕合4n25，經(jīng)隔離后的信號(hào)接集成驅(qū)動(dòng)74l806的一個(gè)單元，和74ls07的一個(gè)單元。pb1口輸出的信號(hào)接另一只光電藕合4n25，經(jīng)隔離后的信號(hào)接集成驅(qū)動(dòng)74ls06的另一個(gè)單元，和74ls07的另一個(gè)單元。四個(gè)單元的輸出信號(hào)分別推動(dòng)四只功率放大管tip126，放大后的電流直接驅(qū)動(dòng)肩部步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。pc0口輸出的信號(hào)接光電藕合4n25，經(jīng)隔離后的信號(hào)接時(shí)基ne555，ne555的輸出接集成驅(qū)動(dòng)74ls06的一個(gè)單元，其輸出信號(hào)推動(dòng)開關(guān)控制管tip127，控制肩部步進(jìn)電機(jī)接入高電壓?？刂浦绷麟姍C(jī)時(shí)，將輸出功率驅(qū)動(dòng)單元電路板中的74ls06換為74ls07即可。兩組開關(guān)控制可選輸出功率驅(qū)動(dòng)單元電路板中的兩路即可。

控制電源7包括一組6v蓄電池，一組18v蓄電池。

在pc微型計(jì)算機(jī)上，根據(jù)關(guān)節(jié)型手臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)和生產(chǎn)作業(yè)工藝的要求，編寫程序動(dòng)態(tài)仿真關(guān)節(jié)型手臂運(yùn)動(dòng)，計(jì)算關(guān)節(jié)型手臂各個(gè)關(guān)節(jié)軸的角度運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。依照仿真和計(jì)算的數(shù)據(jù)，編寫控制程序。交叉匯編控制程序，匯編后的控制程序，通過pc微型計(jì)算機(jī)的通訊接口輸入到單片機(jī)開發(fā)器，單片機(jī)開發(fā)器連接輸入接口與輸出功率驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，調(diào)試正確的控制程序，固化在機(jī)器人控制器內(nèi)，完成關(guān)節(jié)型機(jī)器人控制軟件的開發(fā)。關(guān)節(jié)型手臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變和生產(chǎn)作業(yè)工藝作改進(jìn)后，可修改控制程序，經(jīng)匯編、調(diào)試正確后，重新固化在機(jī)器人控制器內(nèi)，完成關(guān)節(jié)型機(jī)器人控制軟件的再次開發(fā)。生產(chǎn)作業(yè)時(shí)，由機(jī)器人控制器固化的控制軟件控制，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)型機(jī)器人行走和模仿人手與手臂的動(dòng)作，進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。

圖2是采用本發(fā)明關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的主視圖。

在管道與管道對(duì)接焊接中，焊道軌跡是垂直于管道軸線的圓環(huán)形。關(guān)節(jié)型機(jī)器人的行走機(jī)構(gòu)5安裝在焊接管道上，關(guān)節(jié)型機(jī)器人沿導(dǎo)軌圍繞管道旋轉(zhuǎn)，形成圓環(huán)形焊道軌跡。以關(guān)節(jié)型機(jī)器人為基體，在關(guān)節(jié)型手臂3上安裝焊鉗2，機(jī)身位置安裝自動(dòng)上料斗4，組成使用藥皮焊條作為導(dǎo)電電極和填充金屬的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人。具體結(jié)構(gòu)是：行走機(jī)構(gòu)5的導(dǎo)軌，直接安裝在焊接管道上自成一體；行走機(jī)構(gòu)5的車架上安裝自動(dòng)上料斗4，自動(dòng)上料斗4上安裝關(guān)節(jié)型手臂3，關(guān)節(jié)型手臂3上安裝焊鉗2，關(guān)節(jié)型手臂3的肩部10上安裝機(jī)器人控制器6，以上四件組合為一體；控制電源7單獨(dú)為一體，安裝在行走機(jī)構(gòu)5的車架上，通過電纜和機(jī)器人控制器6連接。關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人分為三個(gè)分體，分體重量輕、便于攜帶，裝配后，結(jié)構(gòu)緊湊、便于在焊接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)頻繁移動(dòng)。裝配時(shí)需作簡單的調(diào)整：導(dǎo)軌的中心離焊縫中心距離的調(diào)整，其調(diào)整數(shù)值為一常數(shù)，相對(duì)距離誤差不大于五毫米；自動(dòng)上料斗4安裝在車架上的位置，可通過微調(diào)裝置調(diào)整。由于關(guān)節(jié)型手臂3在焊接前的復(fù)位自檢中，大臂20、小臂30、焊鉗2之間的相對(duì)位置，分別復(fù)位成預(yù)定角度，焊鉗2離肩關(guān)節(jié)軸的距離是一個(gè)常數(shù)。因此，上述調(diào)整實(shí)質(zhì)上是簡單的數(shù)值調(diào)整。通過調(diào)整，間接使焊鉗2的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)準(zhǔn)焊縫。

圖2所示的焊鉗2由焊鉗架、鉗指組成。鉗指加工成鉗形，鉗指的前部有一v形槽口，中部有一鉸鏈孔，后部有一鉸鏈孔。加工時(shí)，兩鉸鏈孔之間的距離是中部鉸鏈孔與v形槽口之間距離的兩倍。焊鉗2可方便地安裝在手腕的導(dǎo)環(huán)上，由手腕步進(jìn)電機(jī)通過與傳動(dòng)螺桿聯(lián)接，經(jīng)傳動(dòng)螺母，和與傳動(dòng)螺母鉸鏈的連接片聯(lián)接，連接片另一端和鉗指鉸鏈，操作鉗指開、閉；在鉗指夾緊藥皮焊條的狀況下，傳動(dòng)螺桿與傳動(dòng)螺母成靜配合，由導(dǎo)向環(huán)、動(dòng)環(huán)支承傳動(dòng)螺母并導(dǎo)向、止環(huán)支承導(dǎo)環(huán)并導(dǎo)向，操作焊鉗2作微小旋轉(zhuǎn)；手腕步進(jìn)電機(jī)和齒條聯(lián)接，手腕直流電機(jī)與齒輪聯(lián)接，齒輪與齒條嚙合，經(jīng)齒條傳動(dòng)使手腕步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)向環(huán)里作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)焊鉗2也同樣作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

圖2所示的自動(dòng)上料斗4內(nèi)部有一個(gè)可作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的圓形料倉。圓形料倉內(nèi)有由轉(zhuǎn)動(dòng)軸，和在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的一端固定安裝的撥料盤，另一端固定安裝的撥料盤組成的裝持架，傳動(dòng)軸的一端是花鍵軸。撥料盤的圓周上間隔一定距離均勻開有圓弧孔放置藥皮焊條，轉(zhuǎn)動(dòng)軸、撥型手臂引燃電弧、關(guān)節(jié)型手臂自動(dòng)焊接、關(guān)節(jié)型手臂收弧、關(guān)節(jié)型手臂熄弧、關(guān)節(jié)型手臂取條回位工序作順序控制；在各個(gè)工序中，對(duì)執(zhí)行元件作小信號(hào)輸出控制，作步進(jìn)電機(jī)的加、減速、換相、相序分配、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；推料電磁鐵通電、斷電控制。機(jī)器人控制器還具有另一種功能：輸入信號(hào)經(jīng)輸入接口電路輸入單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)，經(jīng)輸出功率驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；或經(jīng)輸出功率驅(qū)動(dòng)與調(diào)速電路直接驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)；或經(jīng)輸出功率驅(qū)動(dòng)電路直接控制推料電磁鐵。使焊鉗、關(guān)節(jié)型手臂、自動(dòng)上料斗、行走機(jī)構(gòu)、相互配合，按給定焊接程序動(dòng)作，進(jìn)行自動(dòng)焊接。

關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人的編程方式，沒有沿用主、從微型計(jì)算機(jī)控制示教弧焊機(jī)器人的編程方式。而是采用如《工業(yè)機(jī)器人》、《機(jī)器人控制技術(shù)》、《微型計(jì)算機(jī)控制基礎(chǔ)》文中所述原理，在pc微型計(jì)算機(jī)上，根據(jù)關(guān)節(jié)型手臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)和給定的焊接運(yùn)動(dòng)軌跡，建立數(shù)學(xué)模型。編寫程序動(dòng)態(tài)仿真關(guān)節(jié)型手臂運(yùn)動(dòng)，計(jì)算關(guān)節(jié)型手臂各個(gè)關(guān)節(jié)軸的角度運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。依照仿真和計(jì)算的數(shù)據(jù)，和焊接管道焊縫的工藝要求，編寫焊接控制程序，其程序如下：

1、機(jī)器人控制器上電復(fù)位、初始化；

2、關(guān)節(jié)型手臂向取藥皮焊條位置自檢復(fù)位，準(zhǔn)確停止在取藥皮焊條位置，設(shè)置軟件檢測(cè)；

3、撥料步進(jìn)電機(jī)撥動(dòng)撥料盤，將藥皮焊條對(duì)準(zhǔn)圓形料倉出料口；

4、推料電磁鐵動(dòng)作，將藥皮焊條推出圓形料斗，使其外露20毫米；

5、鉗指步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，操作鉗指張開；

6、送料步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，將圓形料倉送到手指處，藥皮焊條進(jìn)入手指內(nèi)；

7、鉗指步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，操作鉗指閉合，夾緊藥皮焊條；

8、送料步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，圓形料倉回到原位置，藥皮焊條從圓形料倉中抽出；

9、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸作回位轉(zhuǎn)動(dòng)，將藥皮焊條就位在垂直位，等待焊接；

10、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸按焊接程序作焊接轉(zhuǎn)動(dòng)，藥皮焊條勻速下降，準(zhǔn)備引弧；

11、關(guān)節(jié)型手臂的鉗指，作微小劃擦擺動(dòng)，引燃電?。?/p>

12、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸同時(shí)作受控轉(zhuǎn)動(dòng)，保持藥皮焊條勻速下降，且始終跟蹤焊道中心，同時(shí)鉗指直流電機(jī)操作鉗指作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)；

13、行走直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)在導(dǎo)軌里行走，實(shí)現(xiàn)電弧移動(dòng)；

14、檢測(cè)弧壓，判斷后作微小補(bǔ)償；

15、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸作回位轉(zhuǎn)動(dòng)，藥皮焊條離開焊道，自動(dòng)熄滅電弧，完成一根藥皮焊條的焊接；

16、行走直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)停止行走；

17、關(guān)節(jié)型手臂回位至取藥皮焊條位置，等待抽取藥皮焊條，設(shè)置軟件檢測(cè)。

18、完成一根藥皮焊條的焊接，即完成一次工作循環(huán)。連續(xù)重復(fù)上述循環(huán)，使自動(dòng)焊接連續(xù)進(jìn)行。

在pc微型計(jì)算機(jī)上，交叉匯編焊接控制程序，匯編后的焊接控制程序，通過pc微型計(jì)料盤為一體。圓形料倉的一端安裝撥料減速器，撥料減速器的末級(jí)減速齒輪中心加工有花鍵槽。撥料減速器的箱體上安裝撥料步進(jìn)電機(jī)，推料電磁鐵及推料桿，撥料步進(jìn)電機(jī)與撥料減速器聯(lián)結(jié)。沿圓形料倉的軸線方向有送料步進(jìn)電機(jī)，送料減速器。送料步進(jìn)電機(jī)與送料減速器聯(lián)結(jié)，安裝在行走機(jī)構(gòu)上。圓形料倉上安裝有齒條，和送料減速器的末級(jí)齒輪嚙合。圓形料倉另一端的端蓋以鉸鏈形式和圓形料倉聯(lián)結(jié)。撥料減速器的末級(jí)齒輪軸處和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間，以花鍵滑動(dòng)相連，便于換裝。焊接前，裝持架上可預(yù)先裝滿藥皮焊條或焊絲，放入圓形料倉內(nèi)。焊接中，待藥皮焊條或焊絲抽取完后，可快速換裝裝持架。自動(dòng)上料斗4為模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有多種規(guī)格，裝持架上分別裝存直徑25毫米、3.2毫米、4.0毫米的藥皮焊條或焊絲，以適應(yīng)不同的焊接方式和焊縫層焊接的需要。

撥料減速器由箱板、支承柱、螺釘、減速齒輪組裝配成，箱板為圓形。齒輪軸處安裝向心球軸承，減速齒輪采用雙列齒輪、螺釘緊固的消嚙合間隙方法。

送料減速器由箱板、支承柱、螺釘、減速齒輪組裝配成，箱體為矩形。齒輪軸處安裝向心球軸承。減速齒輪采用雙列齒輪、螺釘緊固的消嚙合間隙方法。

在取藥皮焊條工序：焊接前，裝持架預(yù)先裝滿藥皮焊條，放入圓形料倉。肩部10內(nèi)安裝的肩部步進(jìn)電機(jī)經(jīng)肩部減速器，驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)軸；大臂20內(nèi)安裝的大臂步進(jìn)電機(jī)經(jīng)大臂減速器，驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)軸；小臂30內(nèi)安裝的小臂步進(jìn)電機(jī)經(jīng)小臂減速器，驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)軸，均按各自預(yù)定的角度值轉(zhuǎn)動(dòng)，使關(guān)節(jié)型手臂3的肩部10與大臂20之間、大臂20與小臂30之間、小臂30與焊鉗2之間的相互位置，分別復(fù)位成預(yù)定角度，使鉗指準(zhǔn)確停止在取藥皮焊條位置。隨即，手腕步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)傳動(dòng)螺桿、螺母、連接片傳動(dòng)，操作鉗指張開。撥料步進(jìn)電機(jī)經(jīng)撥料減速器，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、撥料盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使藥皮焊條對(duì)準(zhǔn)圓形料倉的出料口。推料電磁鐵及推料桿動(dòng)作，從圓形料倉內(nèi)推出藥皮焊條使其外露二十毫米。送料步進(jìn)電機(jī)經(jīng)送料減速器的末級(jí)齒輪，帶動(dòng)圓形料倉向關(guān)節(jié)型手臂3方向運(yùn)動(dòng)，藥皮焊條被送至關(guān)節(jié)型手臂3上的鉗指內(nèi)。手腕步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)傳動(dòng)螺桿、螺母、連接片傳動(dòng)，操作鉗指閉合，夾緊藥皮焊條。送料步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)送料齒輪減速器的末級(jí)齒輪，帶動(dòng)圓形料倉向復(fù)位方向運(yùn)動(dòng)，藥皮焊條被抽出圓形料倉。

在焊接工序：肩部10內(nèi)安裝的肩部步進(jìn)電機(jī)經(jīng)肩部減速器，驅(qū)動(dòng)肩關(guān)節(jié)軸；大臂20內(nèi)安裝的大臂步進(jìn)電機(jī)經(jīng)大臂減速器，驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)軸；小臂30內(nèi)安裝的小臂步進(jìn)電機(jī)經(jīng)小臂減速器，驅(qū)動(dòng)腕關(guān)節(jié)軸，均按各自預(yù)定的旋動(dòng)角度相互配合，協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動(dòng)。使關(guān)節(jié)型手臂3在運(yùn)動(dòng)中，肩部10與大臂20之間、大臂20與小臂30之間、小臂30與焊鉗2之間的相互位置分別保持預(yù)定的角度，保證鉗指夾持的藥皮焊條跟蹤焊縫；此時(shí)，根據(jù)焊接工藝，手腕步進(jìn)電機(jī)操作鉗指作微小旋轉(zhuǎn)；手腕直流電機(jī)操作鉗指作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)；以上所述的三個(gè)運(yùn)動(dòng)合成了自動(dòng)焊接所需要的焊接動(dòng)作。

控制方案是基于單片機(jī)的全軟件開環(huán)控制系統(tǒng)。由固化的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人控制軟件控制，機(jī)器人控制器具有兩種功能：作可編程控制器對(duì)自動(dòng)焊接過程作順序控制，依次對(duì)關(guān)節(jié)型手臂自檢回位、自動(dòng)上料斗送料、關(guān)節(jié)型手臂抽取藥皮焊條、關(guān)節(jié)型手臂焊前回位、關(guān)節(jié)算機(jī)的通訊接口輸入到單片機(jī)開發(fā)器，單片機(jī)開發(fā)器連接輸入接口與輸出功率驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，調(diào)試正確的焊接控制程序，固化在機(jī)器人控制器內(nèi)，完成關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人控制軟件的開發(fā)。關(guān)節(jié)型手臂的結(jié)構(gòu)參數(shù)改變和焊接工藝作改進(jìn)后，可修改焊接控制程序，經(jīng)匯編、調(diào)試正確后，重新固化在機(jī)器人控制器內(nèi)，完成關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人控制軟件的再次開發(fā)。

自動(dòng)焊接時(shí)，由機(jī)器人控制器固化的焊接軟件控制，依次按關(guān)節(jié)型手臂自檢回位、自動(dòng)上料斗送料、關(guān)節(jié)型手臂抽取藥皮焊條、關(guān)節(jié)型手臂焊前回位、關(guān)節(jié)型手臂引燃電弧、行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和關(guān)節(jié)型手臂連續(xù)焊接、關(guān)節(jié)型手臂收弧、關(guān)節(jié)型手臂熄弧、關(guān)節(jié)型手臂取條回位工序順序進(jìn)行，配合弧焊電源，進(jìn)行自動(dòng)焊接。自動(dòng)焊接中，使用藥皮焊條，不需要二氧化碳或氬氣作保護(hù)氣體，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接的同時(shí)，降低了焊接生產(chǎn)成本。

另一個(gè)實(shí)施例中，管道與管道對(duì)接焊接，由于管道使用中的重要性，按照焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，管道焊縫采用鎢極氬弧焊焊接焊縫焊底層，藥皮焊條焊接中層和蓋面的焊接方式，以降低焊接生產(chǎn)成本。以關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人為基體，將關(guān)節(jié)型手臂3上安裝的焊鉗2換裝為焊炬2，增加一只關(guān)節(jié)型手臂8，關(guān)節(jié)型手臂8上安裝送絲器9，組成采用鎢極氬弧焊焊接的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人。

焊炬2由槍體、密封環(huán)、陶瓷噴嘴組成。鎢電極裝入焊炬2，由電極軋頭軋緊。

送絲器9由送料步進(jìn)電機(jī)、減速齒輪、送絲滾輪、導(dǎo)嘴組成。送料步進(jìn)電機(jī)經(jīng)減速齒輪帶動(dòng)送絲滾輪送絲，經(jīng)導(dǎo)嘴引至焊道。

在取焊絲工序：撥料步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)裝持架轉(zhuǎn)動(dòng)，送出焊絲引至送絲器9。自動(dòng)上料斗4內(nèi)的裝持架上預(yù)先裝上焊絲，放入圓形料倉內(nèi)。焊接中，待焊絲抽取完后，可快速換裝。

在焊接工序：由固化的關(guān)節(jié)型弧焊機(jī)器人控制軟件控制，關(guān)節(jié)型手臂3上的焊炬2，關(guān)節(jié)型手臂8上的送絲器9都到達(dá)焊縫。根據(jù)焊接工藝，關(guān)節(jié)型手臂3上安裝的焊炬2，由手腕步進(jìn)電機(jī)通過與傳動(dòng)螺桿聯(lián)接，經(jīng)傳動(dòng)螺母，和與傳動(dòng)螺母鉸鏈的連接片聯(lián)接，連接片另一端和導(dǎo)環(huán)鉸鏈連接，在傳動(dòng)螺桿和傳動(dòng)螺母旋緊狀況下，由導(dǎo)向環(huán)、動(dòng)環(huán)支承傳動(dòng)螺母并導(dǎo)向、止環(huán)支承導(dǎo)環(huán)并導(dǎo)向，操作焊炬2作微小旋轉(zhuǎn)；關(guān)節(jié)型手臂8上安裝的送絲器9，由手腕步進(jìn)電機(jī)和齒條聯(lián)接，手腕直流電機(jī)與齒輪聯(lián)接，齒輪與齒條嚙合，經(jīng)齒條傳動(dòng)使手腕步進(jìn)電機(jī)在導(dǎo)向環(huán)里作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)送絲器9也同樣作微小往復(fù)運(yùn)動(dòng)。以上所述兩種運(yùn)動(dòng)，合成了鎢極氬弧焊焊接所需要的焊接動(dòng)作。

根據(jù)鎢極氬弧焊自動(dòng)焊接管道焊縫的工藝要求，在pc微型計(jì)算機(jī)上編寫焊接控制程序，其程序如下：

1、機(jī)器人控制器上電復(fù)位、初始化；

2、關(guān)節(jié)型手臂自檢復(fù)位，設(shè)置軟件檢測(cè)；

3、撥料步進(jìn)電機(jī)撥動(dòng)撥料盤，送出焊絲；

4、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸作焊接轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)型手臂上的送絲器到達(dá)焊道；

5、關(guān)節(jié)型手臂各關(guān)節(jié)軸作焊接轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)節(jié)型手臂上的焊炬到達(dá)焊道，準(zhǔn)備引??；

6、焊炬開關(guān)閉合，送氬氣、引燃電??；

7、行走直流電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)行走，實(shí)現(xiàn)電弧移動(dòng)；

8、手腕直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，焊絲作為微小送絲擺動(dòng)；

9、檢測(cè)弧壓，判斷后作微小補(bǔ)償；

10、焊炬開關(guān)關(guān)閉，停止送氬氣、熄滅電?。?/p>

11、行走直流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，行走機(jī)構(gòu)停止行走；

調(diào)試正確的焊接控制程序，固化在機(jī)器人控制器內(nèi)。自動(dòng)焊接時(shí)，由固化的控制軟件控制，依次按關(guān)節(jié)型手臂自檢回位、自動(dòng)上料斗送料、關(guān)節(jié)型手臂焊前到位、關(guān)節(jié)型手臂引燃電弧、行走機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和關(guān)節(jié)型手臂連續(xù)焊接、關(guān)節(jié)型手臂收弧、關(guān)節(jié)型手臂熄弧工序順序進(jìn)行，配合氬弧焊電源，進(jìn)行自動(dòng)焊接。自動(dòng)焊接中，使用焊絲，氬氣作為焊接保護(hù)氣體。其它有關(guān)部件已作了詳述，在此不在贅述。

電弧焊中，伴隨電弧發(fā)出的弧光、熱、聲、等現(xiàn)象，焊接生產(chǎn)條件是相當(dāng)惡劣的。在本發(fā)明中，抗干擾技術(shù)采取了以下措施：

將機(jī)器人控制器放入屏蔽盒，屏蔽盒良好接地；

采用光電隔離，兩組蓄電池分別供電，一組電壓為6v的蓄電池供單片機(jī)系統(tǒng)，一組電壓為18v的蓄電池供輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動(dòng)電路，將單片機(jī)系統(tǒng)和輸入接口電路、輸出功率驅(qū)動(dòng)電路從電路上分隔開。

以上所述的僅是采用本發(fā)明原理，實(shí)現(xiàn)管道焊接生產(chǎn)自動(dòng)化的優(yōu)化實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干變型和改進(jìn)，以至開發(fā)出其它的機(jī)電一體化產(chǎn)品，也應(yīng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。