1.一种柔感焊接机器人,其特征在于:包括机械臂一(10)、机械臂二(20)、柔感关节、伸缩把持器(40)以及焊枪(50);
机械臂二(20)通过数控轴和柔感关节旋转连接于机械臂一(10),机械臂二(20)末端通过数控轴连接有转盘(30);
柔感关节包括柔性功能件一、离合功能件一和旋转编码器(24);
柔性功能件一用于控制机械臂二(20)的旋转与限位;
离合功能件一用于控制机械臂二(20)与机械臂一(10)相对运动;
旋转编码器(24)测量机械臂二(20)的旋转角度;
伸缩把持器(40)安装在转盘(30)上,伸缩把持器(40)能沿转盘(30)轴向伸缩;
焊枪(50)安装在伸缩把持器(40)的末端。
2.根据权利要求1所述的一种柔感焊接机器人,其特征在于:所述伸缩把持器(40)包括柔性功能件二、离合功能件二和电子尺(41);
柔性功能件二用于控制伸缩把持器的轴向伸缩与限位;
离合功能件二用于控制伸缩把持器与机械臂二的相对运动;
电子尺(41)用于检测伸缩把持器的伸缩位移。
3.根据权利要求2所述的一种柔感焊接机器人,其特征在于:所述柔性功能件二为压簧(42)。
4.根据权利要求2所述的一种柔感焊接机器人,其特征在于:所述离合功能件一和离合功能件二均为电磁离合器(41)。
5.根据权利要求1所述的一种柔感焊接机器人,其特征在于:所述柔性功能件一为扭簧(22)。
6.根据权利要求1所述的一种柔感焊接机器人,其特征在于:所述焊枪(50)包括夹持部和焊接部,焊接部末端设有圆角;其中,夹持部与焊接部之间的夹角为焊枪角θ,θ取值范围为0‑30°;
焊接部与水平面的夹角为焊接角α,α取值范围为45±5°。
7.一种柔感焊接机器人的焊缝跟踪方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1.找焊缝,具体包括以下步骤:步骤11.柔性功能件预紧,对柔性功能件一施加旋转扭矩M0,对柔性功能件二施加伸缩预紧力F0;此时,焊枪的焊接部与水平面的初始夹角为α0;柔性关节到焊接部底端的距离为L0;
步骤12.找焊缝侧壁:机器人带动焊枪横向移动,直至焊枪的焊接部底端触碰到待焊缝侧壁;机器人继续带动焊枪横向移动,此时,柔性关节逆时针旋转至设定角度,柔性关节及焊枪的旋转变化量均为Δα,焊接角由α0变为α,α=α0+Δα;
柔性关节转动到设定角度后,焊缝侧壁对焊接部底端水平方向的分力f1为:其中,f1<F0
式中,θ为焊枪角;
步骤13.找焊缝底板:机器人带动焊枪竖直向下移动,直至焊枪的焊接部底端触碰到待焊缝底板;机器人继续带动焊枪竖直向下移动,此时,柔性功能件二轴向收缩,达到设定收缩量λ后停止竖直向下移动,此时,焊枪底端正对焊缝初始点;柔性关节到焊接部底端距离L的变化量为x;
步骤2.追踪焊缝:焊枪开始焊接,依靠柔感关节的旋转和伸缩把持器的轴向伸缩,进而抵消焊枪在焊缝焊接时产生的水平和竖直方向的位移误差。
8.根据权利要求7所述的一种柔感焊接机器人的焊缝跟踪方法,其特征在于:所述步骤
11中在对柔性关节进行功能预紧前,先设定柔性关节的变形参数和伸缩把持器的变形范围,其中柔性关节的变形参数包括扭簧的变形范围α0~αmax,αmax为扭簧转动角度最大值,扭簧的扭矩范围为M0~Mmax,Mmax为扭矩最大值;伸缩把持器的变形范围为0~xmax,xmax为伸缩把持器最大伸长量;伸缩把持器的变形力为F0~Fmax,Fmax为伸缩把持器变形力的最大值;柔感部件稳定工作时,焊枪尖与工件焊缝合力P需满足P0~Pmax,Pmax为焊枪尖与工件焊缝合力的最大值;在步骤12和步骤13中,焊枪尖与工件焊缝合力P需实时满足P<Pmax。
9.根据权利要求8所述的一种柔感焊接机器人的焊缝跟踪方法,其特征在于:所述步骤
12中,焊枪尖与工件焊缝合力P的计算公式为:P=f1
步骤13中,焊枪尖与工件焊缝合力P采用如下公式计算得出:f1=f′1+f″1
f′1=F*cos(Δα+θ)f2=F*sin(Δα+θ)
F=F0+x*k2
M=M0+x*k1
式中,f′1为压簧水平方向的伸缩压力,f″1为扭簧水平方向的扭力,f2为压簧竖直方向的伸缩压力,k2为压簧弹性系数,k1为扭簧弹性系数,F为伸缩把持器变形力,M为扭簧扭矩。
10.根据权利要求7所述的一种柔感焊接机器人的焊缝跟踪方法,其特征在于:所述步骤13中,焊枪的焊接部末端还安装有弹性的焊接护套,当焊接部达到设定收缩量λ后停止竖直向下移动时,焊枪将产生α′的回弹,其中f′1、f2和f″1采用更正后的如下公式进行计算:f′1=F*cos((Δα‑α′)+θ)f2=F*sin((Δα‑α′)+θ)