阅读说明：本技术 一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法 (Multi-robot collaborative material increase platform and material increase method for oversized metal component ) 是由 彭勇 方辉 王克鸿 周威 董祚继 于 2020-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法,该平台包括地轨组件、横梁组件、立柱组件、平台组件、拖链组件、工业机器人、焊接系统；增材的方法为：将金属构件分割为若干最小增材单位并确定其对应特征坐标点,机器人处于特征坐标点时能完成该增材单位所有点的增材,机器人本体在基板的X方向、Y方向分别同时相向进行增材,在整个增材过程中在最小增材单元对应的特征坐标点之间进行来回运动,大大降低了机器人本体在增材过程中的运动频率,有效提高增材精度；有效避免了热量在同一个部位集中产生的问题,分散了热输入,在这一种增材条件下,基板的整体应力变形变小,并且基本不存在处于空闲状态的机器人,增材效率高。(The invention discloses a multi-robot collaborative material increase platform and a material increase method for an oversized metal component, wherein the platform comprises a ground rail component, a beam component, a stand column component, a platform component, a drag chain component, an industrial robot and a welding system; the material increase method comprises the following steps: the metal component is divided into a plurality of minimum material increase units and corresponding characteristic coordinate points of the minimum material increase units are determined, material increase of all the points of the material increase units can be completed when the robot is located at the characteristic coordinate points, the robot body performs material increase in the X direction and the Y direction of the substrate respectively and simultaneously in opposite directions, and the robot body performs back and forth movement between the characteristic coordinate points corresponding to the minimum material increase units in the whole material increase process, so that the movement frequency of the robot body in the material increase process is greatly reduced, and the material increase precision is effectively improved; the problem that heat is concentrated at the same position and generated is effectively avoided, heat input is dispersed, under the material increase condition, the whole stress deformation of the substrate is reduced, a robot in an idle state basically does not exist, and the material increase efficiency is high.)

一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法

技术领域

本发明属于金属电弧增材制造领域，具体涉及一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法。

背景技术

电弧增材制造是通过电弧熔化丝材并逐层堆积金属实现工件的成型的制造方法。传统电弧增材步骤通常是通过切片软件对构件的三维模型进行整体切片和路径规划，输出程序到焊接机器人示教器进行增材作业。由于焊接机器人本体的工作区域有限，单台机器人的工作效率也有限。使得单一的机器人电弧增材方法无法制造超大构件。因此一种可用于超大金属构件的多机器人协同增材的平台和增材方法的开发很有必要。

申请号为CN201811619733.8的专利公开了一可用于大尺寸零件制造的电弧增材方法，该方法在一个可旋转的转动台上进行零件的增材，通过可旋转的转动台旋转构件，扩大了机器人的工作范围。但该方法可增材构件的尺寸范围扩大有限，且增材工作依靠一台机器人进行，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超大金属构件多机器人协同增材平台及增材方法，从而可增材的金属构件尺寸大大增加，增材效率也得到极大提高。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种超大金属构件多机器人协同增材平台，其特征在于，包括：

地轨组件，用于横梁组件、立柱组件、平台组件、机器人的整体X方向运动；

横梁组件，用于立柱组件、机器人的Y方向运动；

立柱组件，用于机器人的Z方向运动；

平台组件，用于放置机器人控制柜、焊接电源、保护气瓶设备；

拖链组件，用于控制横梁组件、立柱组件、平台组件、机器人的各方向运动工业机器人，倒装在立柱组件上，用于夹持焊枪实现自动增材；

焊接系统，包括焊接电源、保护气、焊枪，用于金属焊丝的熔敷。

作为改进，所述地轨组件平行安装，实现横梁组件、立柱组件、平台组件、机器人的整体X方向运动。

作为改进，所述横梁组件架设在地轨上，安装在上面的立柱组件、机器人能够实现Y方向运动。

作为改进，所述立柱组件装配在横梁组件上，除了在横梁组件上实现Y方向运动，本身还能实现Z方向运动。

作为改进，所述平台可通过添加横梁组件、立柱组件的数量来对机器人数量进行扩展，从而实现六机器人、八机器人及更多机器人的超大金属构件协同增材平台构建，本发明的四机器人只是一种优选方式和具体实施例。

一种利用上述超大金属构件多机器人协同增材平台进行超大金属构件增材的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：机器人在一个固定点时，其夹持的焊枪在空间中能够完成距该点H高度处a*a*z的长方体内任意点的增材，将此长方体作为超大金属构件的最小增材单位对基板之上的金属构件进行分割，得到若干个小的三维实体及与之对应的机器人特征坐标点并对它们进行编号；

步骤2：在电弧增材切片软件中分别对这些小的三维实体进行分层切片，根据所选用的填充材料及工艺参数确定每层增材层高和焊缝宽度，用电弧增材切片软件在Z方向上对若干个小三维实体按照确定层高进行独立分层切片，得到每个小实体每一层的二维轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成每个小三维实体上对应每个点的增材路径；

步骤3：两个横梁组件分别运行到第一层增材单元的第一列及最后一列上方，使机器人的X坐标与该列增材单元对应的机器人特征坐标点X坐标相同，同时控制立柱组件运行到第一层增材单元的第一行及最后一行上方，使机器人的Y、Z坐标与该行增材单元对应的机器人特征坐标点Y、Z坐标相同，将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中；

步骤4：每台机器人完成当前行增材单元当前层的增材后，每个横梁组件上的两个立柱组件相向运动使机器人到达下一行增材单元的特征坐标点并将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中进行下一个增材单元的该层增材工作，直到立柱组件相邻；

步骤5：两个横梁组件相向运动使机器人到达下一列增材单元上方，重复步骤3、步骤4，直到横梁组件相邻，第一层所有增材单元当前层增材完成；

步骤6：重复步骤3、步骤4、步骤5，直至第一层所有增材单元增材完成；

步骤7：两个横梁组件分别运行到第二层增材单元的第一列及最后一列上方，使机器人的X坐标与该列增材单元对应的机器人特征坐标点X坐标相同，同时控制立柱组件运行到第二层增材单元的第一行及最后一行上方，使机器人的Y、Z坐标与该行增材单元对应的机器人特征坐标点Y、Z坐标相同，将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中，重复步骤4、步骤5、步骤6，完成第二层所有增材单元的增材；

步骤8：重复以上步骤，完成所有层增材单元的增材，最终完成超大金属构件增材工作。

作为改进，步骤1中，最小增材单元的尺寸大小由选用的机器人型号决定，通过设置最小增材单元，机器人本体在整个增材过程中只需要在这些最小增材单元对应的特征坐标点之间进行来回运动，大大降低了机器人本体在增材过程中的运动频率，提高了效率及精度。

作为改进，步骤2中，填充材料可以选择同种或异种材料，实现异质构件或梯度构件的增材。

作为改进，后续步骤中，在基板的X方向、Y方向分别同时相向进行增材，有效避免了热量在同一个部位集中产生的问题，分散了热输入，在这一种增材条件下，基板的整体应力变形变小，并且基本不存在处于空闲状态的机器人，增材效率高。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：

1、本发明在一个机器人可三维移动的双龙门架平台上进行增材工作，通过平台上横梁组件、立柱组件的运动，使得机器人及其夹持的焊枪在工作区内任意位置可达；2、本发明先对基板上面的金属构件进行最小增材单元划分，再对构件在这些增材单元内的三维实体分别进行分层切片和路径规划得到相对应的增材程序，增材过程中四台机器人本体按照相向运动增材，保证增材效率，实现超大金属构件的多机器人高效协同增材。

附图说明

图1为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台主视图。

图2为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台俯视图。

图3为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台俯视图左侧部分局部放大图。

图4为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台俯视图右侧部分局部放大图。

图5为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台左视图。

图6为本发明的超大金属构件多机器人协同增材平台三维示意图。

1-地轨组件，2-横梁组件，3-立柱组件一，4-立柱组件二，5-立柱组件三，6-平台组件，7-横梁拖链组件。

具体实施方式

以下结合附图给出一个具体实施例，以便更为清晰地解释本发明。需要指出的是，以下所述旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1-6所示，一种超大金属构件多机器人协同增材平台，包括：

地轨组件，用于横梁组件、立柱组件、平台组件、机器人的整体X方向运动；

两套横梁组件，用于立柱组件、机器人的Y方向运动；

四套立柱组件，用于机器人的Z方向运动；

平台组件，用于放置机器人控制柜、焊接电源、保护气瓶设备；

拖链组件，用于控制横梁组件、立柱组件、平台组件、机器人的各方向运动

四台工业机器人，倒装在立柱组件上，用于夹持焊枪实现自动增材；

四套焊接系统，包括焊接电源、保护气、焊枪，用于金属焊丝的熔敷。

作为改进，轨组件总长度31752mm，双轨之间安装距离5752mm，在地轨上的X方向运动行程26764mm。

作为改进，两套横梁组件架设在地轨上，横梁总长度8220mm，横梁上的Y方向运动行程3703mm。

作为改进，四套立柱组件分别装配在两套横梁组件上，每套横梁组件上装配两套立柱组件，立柱组件在Z方向上的运动行程为2285mm。

作为改进，平台可通过添加横梁组件、立柱组件的数量来对机器人数量进行扩展，从而实现六机器人、八机器人及更多机器人的超大金属构件协同增材平台构建，本发明的四机器人只是其中一种优选方式和具体实施例。

一种利用所述平台进行超大金属构件增材的方法，包括以下步骤：

步骤1：机器人在一个固定点时，其夹持的焊枪在空间中能够完成距该点H高度处a*a*z的长方体内任意点的增材，将此长方体作为超大金属构件的最小增材单位对基板之上的金属构件进行分割，得到若干个小的三维实体及与之对应的机器人特征坐标点并对它们进行编号；

步骤2：在电弧增材切片软件中分别对这些小的三维实体进行分层切片，根据所选用的填充材料及工艺参数确定每层增材层高和焊缝宽度，用电弧增材切片软件在Z方向上对若干个小三维实体按照确定层高进行独立分层切片，得到每个小实体每一层的二维轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成每个小三维实体上对应每个点的增材路径；

步骤3：两个横梁组件分别运行到第一层增材单元的第一列及最后一列上方，使机器人的X坐标与该列增材单元对应的机器人特征坐标点X坐标相同，同时控制立柱组件运行到第一层增材单元的第一行及最后一行上方，使机器人的Y、Z坐标与该行增材单元对应的机器人特征坐标点Y、Z坐标相同，将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中；

步骤4：每台机器人完成当前行增材单元当前层的增材后，每个横梁组件上的两个立柱组件相向运动使机器人到达下一行增材单元的特征坐标点并将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中进行下一个增材单元的该层增材工作，直到立柱组件相邻；

步骤5：两个横梁组件相向运动使机器人到达下一列增材单元上方，重复步骤3、步骤4，直到横梁组件相邻，第一层所有增材单元当前层增材完成；

步骤6：重复步骤3、步骤4、步骤5，直至第一层所有增材单元增材完成；

步骤7：两个横梁组件分别运行到第二层增材单元的第一列及最后一列上方，使机器人的X坐标与该列增材单元对应的机器人特征坐标点X坐标相同，同时控制立柱组件运行到第二层增材单元的第一行及最后一行上方，使机器人的Y、Z坐标与该行增材单元对应的机器人特征坐标点Y、Z坐标相同，将与特征坐标点对应的增材程序导入机器人示教器中，重复步骤4、步骤5、步骤6，完成第二层所有增材单元的增材；

步骤8：重复以上步骤，完成所有层增材单元的增材，最终完成超大金属构件增材工作。

作为改进，步骤1中，最小增材单元的尺寸大小由选用的机器人型号决定，通过设置最小增材单元，机器人本体在整个增材过程中只需要在这些最小增材单元对应的特征坐标点之间进行来回运动，大大降低了机器人本体在增材过程中的运动频率，提高了效率及精度。

作为改进，步骤2中，填充材料可以选择同种或异种材料，实现异质构件或梯度构件的增材。

作为改进，后续步骤中，在基板的X方向、Y方向分别同时相向进行增材，有效避免了热量在同一个部位集中产生的问题，分散了热输入，在这一种增材条件下，基板的整体应力变形变小，并且基本不存在处于空闲状态的机器人，增材效率高。