一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统的制作方法

一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统
1.应用领域
2.本发明涉及工业加工领域，特别是一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统。


背景技术：

3.钢铁行业作为国家的重点工业，其智能化程度是工业智能化水平的最直接体现，除板坯毛刺作为钢铁加工过程的重要组成部分，其智能化程度的高低对于整体工业水平都有着较大影响，但目前我国去除板坯毛刺的方式，仍以传统的刮刀式去板坯毛刺法和锤刀式去板坯毛刺法为主。这些去除方法具有加工节拍较长，加工效率较低等缺点，并不符合智能制造的要求。而工业机器人作为一种速度快、柔性高、精度高、安全无污染、能大幅缩短加工节拍、提高加工效率的自动化加工工具，是加快钢铁行业智能化建设的主要力量。
4.另外，目前在热切割领域中，大多数工厂采用的是火焰切割的方法进行切割，火焰切割虽然成本较低，但存在切割速度慢与切割精度低的缺点，切口需要二次加工才能进一步使用。由于用钢产业面临提升切割效率、提高切割精度和转变切割方式等方面的压力越来越大，对金属切割质量也在不断提高，这就意味着对切割方式以及控制方式的选择也越来越苛刻，显然，火焰切割的方式使不适合当前的需求的。而等离子切割具有切割效率高、质量好、精度高以及热变形形小的优势，逐渐被应用在金属切割领域中，等离子切割的工作原理主要是以高温、高速的等离子弧为热源，以压缩空气为工作介质，将被切割的金属局部熔化，同时高速、高压气流将已熔化的金属吹开母材的过程，从而实现金属的切割。因此，结合等离子切割技术，研制出一种高速平稳、能够满足较高的切割质量要求的等离子机器人切割系统具有重要的意义。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统。
6.为达到上述目的本发明采用的技术方案为：一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统，包括支撑组件以及安装在支撑组件间的传送组件；
7.所述支撑组件包括横架与立架，所述横架上设置有驱动组件，所述驱动组件包括第一驱动件与第二驱动件，所述第一驱动件与所述第二驱动件对称设置，所述第一驱动件与所述第二驱动件结构相同；
8.所述驱动组件上设置有滑块，所述滑块与滑轨配合连接，所述滑块上还配合连接有连接块，所述连接块上设置有电机固定架，所述电机固定架上安装有第一驱动电机，所述第一驱动电机配合连接有第一联轴器，所述第一联轴器配合连接有第一旋转轴，所述第一旋转轴配合连接有驱动齿轮，所述驱动组件上还设置有齿型导轨，所述齿型导轨与所述驱动齿轮相啮合；
9.所述连接块上配合连接有第三驱动件，所述第三驱动件设置有第三驱动电机，所
述第三驱动电机配合连接有第三联轴器，所述第三联轴器上配合连接有螺纹丝杆，所述螺纹丝杆上配合连接有滑动块，所述滑动块上配合连接有切割手；
10.所述切割手倒挂设置在所述滑动块上，所述切割手上设置有旋转机构，所述旋转机构用于带动所述切割手旋转，所述切割手包括第一机械臂与第二机械臂，所述第二机械臂自由端端部配合连接有等离子切割机，所述等离子切割机与所述第二机械臂通过万向机构配合连接，所述等离子切割机实现万向转动，所述等离子切割机上设置有第一摄像机构。
11.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述驱动组件上设置有挡块，所述挡块上设置有第一限位件，所述滑块上设置有第一传感器，所述第一传感器用于检测所述滑块的位置信息。
12.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第三驱动件上设置有第二限位件，所述滑动块上设置有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述滑动块位置信息。
13.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述第一机械臂与所述第二机械臂上设置有第三传感器，所述第三传感器用于检测所述第一机械臂与所述第二机械臂位置信息。
14.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述等离子切割机上设置有第四传感器，所述第四传感器用于检测所述等离子切割机参数信息，所述参数信息包括等离子切割机的位置信息、切割速度信息以及切割角度信息。
15.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述传送组件包括传送线，所述传送线上设置有挡板，所述挡板上间隔设置有轴承安装孔，所述轴承安装孔上安装有轴承，所述轴承配合连接有转动辊。
16.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述转动辊配合连接有第四驱动电机，所述第四驱动电机用于带动所述转动辊转动，所述挡板上设置有前端光电传感器与后端光电传感器。
17.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述传送线上还设置有升降机构，所述升降机构设置有气缸，所述气缸配合连接有推杆，所述推杆配合连接有升降台，所述升降台上设置有若干吸盘，所述升降台还配合连接有导向杆，所述导向杆起导向支撑作用。
18.进一步的，本发明的一个较佳实施例中，所述横架底部配合连接有立架，所述立架通过螺栓连接于地面上，所述横架上设置有第二摄像机构，所述第二摄像机构用于检测板坯的位置信息、障碍物位置信息以及切割手位置信息。
19.本发明第二方面提供了一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统切割方法，应用于任一所述的一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统，包括以下步骤：
20.前端光电传感器识别到板坯后，转动辊开始做匀减速运动；
21.后端光电传感器识别到板坯后，转动辊停止运动；
22.升降机构接收信号将板坯匀速抬起，同时吸盘吸紧板坯；
23.板坯到达加工位置后，升降机构停止上升，切割手移动至加工起点；
24.等离子切割机开启，切割手按照设定路径移动，到达切割终点后，等离子切割机关闭；
25.切割手从切割终点移回原点位置；
26.升降机构匀速下降，将加工完的板坯送回传送线上；
27.转动辊转动，把加工完的板坯传送至下一工站。
28.本发明公开的一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统，在第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件的配合工作下，使得切割手能够完成较大范围的移动，能够对较大的板坯件进行加工；第一驱动件与第二驱动件采用齿轮传动的方式进行传动，第三驱动件采用螺纹丝杆的方式进行传动，拥有较高的传动精度，并且拥有传动平稳，能够精准控制位置的优点；采用等离子切割的方式对毛坯进行切割，切割表面质量和切割效率远高于火焰切割，并且具有使用寿命长，维护简单的优点；采用传送辊的传动方式对板坯进行传送，板坯能够平稳的传送至加工区域，然后通过升降机构将板坯抬起，使得切割手能够一次性的切割完整个板坯的毛刺，不需要进行翻面后再切割这一步骤，大大加快了加工效率。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
30.图1为系统整体结构示意图；
31.图2为切割手结构示意图；
32.图3为系统另一视角结构示意图；
33.图4为驱动组件结构示意图；
34.图5为驱动组件局部放大示意图；
35.图6为第三驱动件内部构示意图；
36.图7为传送组件结构示意图；
37.附图标记说明如下：101、横架；102、立架；103、第一驱动件；104、第二驱动件；105、切割手；106、旋转机构；107、第一机械臂；108、第二机械臂；109、等离子切割机；201、滑块；202、滑轨；203、连接块；204、电机固定架；205、第一驱动电机；206、第一联轴器；207、第一旋转轴；208、驱动齿轮；209、齿型导轨；301、第三驱动件；302、第三驱动电机；303、第三联轴器；304、螺纹丝杆；305、滑动块；401、传送线；402、挡板；403、转动辊；404、第四驱动电机；405、前端光电传感器；406、后端光电传感器；407、升降机构；408、气缸；409、推杆；501、升降台；502、导向杆。
具体实施方式
38.为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示
或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
40.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
42.本发明提供了一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统，包括支撑组件以及安装在支撑组件间的传送组件。
43.如图1、4、5所示，所述支撑组件包括横架101与立架102，所述横架101上设置有驱动组件，所述驱动组件包括第一驱动件103与第二驱动件104，所述第一驱动件103与所述第二驱动件104对称设置，所述第一驱动件103与所述第二驱动件104结构相同；所述驱动组件上设置有滑块201，所述滑块201与滑轨202配合连接，所述滑块201上还配合连接有连接块203，所述连接块203上设置有电机固定架204，所述电机固定架204上安装有第一驱动电机205，所述第一驱动电机205配合连接有第一联轴器206，所述第一联轴器206配合连接有第一旋转轴207，所述第一旋转轴207配合连接有驱动齿轮208，所述驱动组件上还设置有齿型导轨209，所述齿型导轨209与所述驱动齿轮208相啮合。
44.需要说明的是，第一驱动件103与第二驱动件104通过螺栓安装在横架101上，横架101起支撑固定作用。第一驱动件103与第二驱动件104结构相同，第一驱动件103与第二驱动件104均设置有两条滑轨202与四个滑块201，滑轨202对称设置，滑块201能够沿滑轨202滑动，连接块203设置为长方形状，四个滑块201分别设置在连接块203的四个边角上，这样一来，滑块201不仅能够在滑轨202上平稳滑动，还能最大程度上减少了滑块201与滑轨202间滑动时的摩擦力。此外，通过滑块201沿滑轨202滑动的方式，起到了导向的作用，使得驱动组件在运行的过程中更平稳。
45.需要说明的是，齿型导轨209上设置有若干齿牙，齿型导轨209上的齿牙与驱动齿轮208上的齿牙相啮合，当第一驱动电机205正转时，第一驱动电机205经减速器减速后，带动第一旋转轴207正转，第一旋转轴207与驱动齿轮208过盈配合，驱动齿轮208也随着第一驱动电机205一同正转，使得驱动齿轮208能够沿齿型导轨209的正方向移动，从而带动连接块203正向移动；当第一驱动电机205反转时，第一驱动电机205经减速器减速后，带动第一旋转轴207反转，驱动齿轮208也随着第一驱动电机205一同反转，使得驱动齿轮208能够沿齿型导轨209反方向移动，从而连接块203反向移动。通过控制电机的正反转，从而控制切割手105的移动方向，控制过程简单，并且通过齿轮传动的方式，具有较高的传动精度，传动过程平稳，能够精准控制位置的优点。
46.如图1、2、6所示，所述连接块203上配合连接有第三驱动件301，所述第三驱动件
301设置有第三驱动电机302，所述第三驱动电机302配合连接有第三联轴器303，所述第三联轴器303上配合连接有螺纹丝杆304，所述螺纹丝杆304上配合连接有滑动块305，所述滑动块305上配合连接有切割手105；所述切割手105倒挂设置在所述滑动块305上，所述切割手105上设置有旋转机构106，所述旋转机构106用于带动所述切割手105旋转，所述切割手105包括第一机械臂107与第二机械臂108，所述第二机械臂108自由端端部配合连接有等离子切割机109，所述等离子切割机109与所述第二机械臂108通过万向机构配合连接，所述等离子切割机109实现万向转动，所述等离子切割机109上设置有第一摄像机构。所述横架101底部配合连接有立架102，所述立架102通过螺栓连接于地面上，所述横架101上设置有第二摄像机构，所述第二摄像机构用于检测板坯的位置信息、障碍物位置信息以及切割手105位置信息。
47.需要说明的是，采用倒挂式切割手105进行切割，同时，第一驱动件103、第二驱动件104、第三驱动件301能够带动切割手105移动，能够大幅度减少切割手105的工作范围要求。此外，当第二摄像机构检测到板坯位置发生偏移时，第一驱动件103、第二驱动件104、第三驱动件301对切割手105的初始位置进行调整，同时第二摄像机构把图像信息传送至控制系统上，控制系统重新定位板坯的切割起点，建立新的工件坐标，进而规划出新的切割轨迹，使得即便板坯发生偏移后依旧满足加工要求。
48.需要说明的是，一方面，第一驱动件103与第二驱动件104上均设置有连接块203，第三驱动件301的两端设置有固定件，固定件分别与第一驱动件103、第二驱动件104上的连接块203固定连接，使得第三驱动件301的两端分别固定在第一驱动件103与第二驱动件104上，这样一来，通过驱动连接块203，便能够带动第三驱动件301移动。另一方面，第三驱动件301上的滑动块305连接有切割手105，在第三驱动电机302的带动下，螺纹丝杆304随着第三驱动电机302旋转，滑动块305设置有与螺纹丝杆304相配合的螺纹孔，使得螺纹丝杆304在旋转时，滑块201能够沿螺纹丝杆304上滑动，从而将旋转运动转化为直线运动，通过控制第三驱动电机302的正方转，便能控制滑动块305的移动方向，从而完成对切割手105的控制，具有控制精度高，移动平稳的优点。此外，切割手105为多段式并联结构，具体包括第一机械臂107、第二机械臂108以及万向机构，万向机构上连接有等离子切割机109，等离子切割机109能够实现万向转动，同时切割手105上还设置有转动机构，转动机构通过卡扣卡接在滑动块305上，转动机构能够带动切割手105旋转，使得切割手105在切割过程中更灵活，能够满足多种切割要求。
49.如图3、7所示，所述传送组件包括传送线401，所述传送线401上设置有挡板402，所述挡板402上间隔设置有轴承安装孔，所述轴承安装孔上安装有轴承，所述轴承配合连接有转动辊403；所述转动辊403配合连接有第四驱动电机404，所述第四驱动电机404用于带动所述转动辊403转动，所述挡板402上设置有前端光电传感器405与后端光电传感器406；所述传送线401上还设置有升降机构407，所述升降机构407设置有气缸408，所述气缸408配合连接有推杆409，所述推杆409配合连接有升降台501，所述升降台501上设置有若干吸盘，所述升降台501还配合连接有导向杆502，所述导向杆502起导向支撑作用。
50.需要说明的是，转动辊403间隔安装在传送线401的挡板402上，挡板402的一侧设置有第四驱动电机404，第四驱动电机404与传送辊相连接，当第四驱动电机404驱动时，能够带动转动辊403旋转，利用板坯与转动辊403之间的摩擦力，使得转动辊403能够把板坯输
送至土特定位置。板坯毛刺当后端光电传感器406检测到板坯后，转动辊403停止运动，证明板坯已经进入待加工区域，升降机构407把板坯抬起，然后切割手105按照指定路径完成切割毛刺的过程，通过升降机构407抬起板坯后再切割毛刺，使得切割手105一次性便能够切除顶面、底面、侧面的毛刺，不需要进行翻面切割的操作，提高了切割的效率，同时，通过升降机构407抬把板坯抬起后再切割毛刺，还避免了等离子切割机109切割到传送线401的情况，具有保护作用。
51.需要说明的是，前端光电传感器405与后端光电传感器406设置在传送线401的挡板402上，前端光电传感器405与后端光电传感器406间的距离等于板坯的长度，前端光电传感器405与后端光电传感器406之间的区域即是待加工区域。升降台501设置在待加工区域的底部上，也就是待加工区域上转动辊403的正下方，升降机构407可以为两个，分别设置在待加工区域的前端与尾端上，这样一来，升降机构407便能够平稳的把停在待加工区域上的板坯抬起。当板坯进入到待加工区域后，转动辊403停止转动，在气缸408的带动下，推杆409带动升降台501向上移动，使得升降台501能够在两个转动辊403间的间隙推出，从而将停在待加工区域上的板坯抬起至一定的高度，以便完成下一步的切割。升降台501上还设置有吸盘，吸盘能够吸紧板坯的表面，避免了板坯在抬起过程中发生滑动偏移的情况，提高了稳定性。
52.所述驱动组件上设置有挡块，所述挡块上设置有第一限位件，所述滑块201上设置有第一传感器，所述第一传感器用于检测所述滑块201的位置信息；所述第三驱动件301上设置有第二限位件，所述滑动块305上设置有第二传感器，所述第二传感器用于检测所述滑动块305位置信息。所述第一机械臂107与所述第二机械臂108上设置有第三传感器，所述第三传感器用于检测所述第一机械臂107与所述第二机械臂108位置信息；所述等离子切割机109上设置有第四传感器，所述第四传感器用于检测所述等离子切割机109参数信息，所述参数信息包括等离子切割机109的位置信息、切割速度信息以及切割角度信息。
53.需要说明的是，第一驱动件103、第二驱动件104上设置有第一限位件，第三驱动件301上设置有第二限位件，第一限位件与第二限位件可以红外传感器，当滑块201或者滑动块305移动至极限位置时，红外传感器能够及时把信号反馈至控制端，控制端控制滑块201或者滑动块305停止移动，避免发生碰撞，保证了安全。第一传感器与第二传感器可以是光电传感器，光电传感器能够实时的检测滑块201或者滑动块305位置信息，能够实时的把滑块201或者滑动块305位置信息反馈至控制端，控制端能够实时的根据光电传感器所反馈的位置信息，智能的控制切割路径。
54.一种基于等离子切割的去板坯毛刺机器人系统切割方法，包括以下步骤：
55.前端光电传感器识别到板坯后，转动辊开始做匀减速运动；
56.后端光电传感器识别到板坯后，转动辊停止运动；
57.升降机构接收信号将板坯匀速抬起，同时吸盘吸紧板坯；
58.板坯到达加工位置后，升降机构停止上升，切割手移动至加工起点；
59.等离子切割机开启，切割手按照设定路径移动，到达切割终点后，等离子切割机关闭；
60.切割手从切割终点移回原点位置；
61.升降机构匀速下降，将加工完的板坯送回传送线上；
62.转动辊转动，把加工完的板坯传送至下一工站。
63.板坯加工流程为：首先板坯从上一工站开始沿传送线上传送，当前端光电传感器检测到板坯时，把信号反馈至控制器上，控制器控制转动辊做匀减速运动，以保证板坯在传送至待加工位置时不出现位置上的偏差，当板坯到达待加工位置时，后端光电传感器检测到板坯，把信号反馈至控制器上，控制器控制升降机构上升，吸盘吸紧板坯，升降机构继续上升，把板坯抬起至加工位置上，随后机器人把等离子切割机从原点位置移动到切割起点，当离子切割机到达切割起点时，等离子切割机打开，控制器控制机器人按特定路径移动，当等离子切割机到达切割终点时，等离子切割机关闭，机器人将等离子切割机送回至原始位置；随后升降机构下降，把板坯送回至传送线上，转动辊恢复初始速度，运送加工完的板坯至下一工站。
64.以上依据本发明的理想实施例为启示，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。