一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人

摘要

本发明涉及一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人，包括轨道，所述轨道的左侧设有安装机构，所述轨道上滑动连接有滑块，所述滑块下部设有伺服电机，所述滑块上部设有控制盒，所述控制盒内设有数字化控制系统，所述控制盒的左侧设有执行机构，所述执行机构上设有CCD装置和激光发生器，所述执行机构的左端设有焊枪夹具，所述焊枪夹具上设有焊枪。本发明的有益效果为：实现对称焊接，减小焊接应力。又适应不同位置焊接时焊枪角度对焊接过程稳定性的影响，保证了焊缝熔深和成形质量。保证焊接工艺参数稳定，进而确保焊接质量。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人。

背景技术

箱型钢结构具有重量轻、塑性和韧性好、各向同性、制造简便、施工安装周期短、密封性和耐热性好等诸多优点，在海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等领域的应用越来越广泛。随着制造工业的不断发展，越来越多的焊接机器人系统投入使用，焊接自动化的发展水平也获得了极大地提高，尤其是以汽车生产、工程机械等领域为代表，但是对箱型钢结构安装现场的焊接，还主要是以传统的手工焊接为主，因此焊接质量的稳定性难以满足制造要求，并且在涉及到海洋石油工程装备、钢结构住宅、钢结构桥梁等领域的钢结构安装现场的焊接时，常常需要高空作业，焊接工况恶劣，甚至威胁到焊接工人的生命安全。同时，手工焊接所产生的焊接缺陷，严重影响一些钢结构建筑的使用寿命，为一些事故的发生埋下了隐患。

传统的手工焊接的主要缺点是：需要两名焊工实施对称焊，两名焊工在焊接时的焊接电压和电流、焊接速度和焊接层数应保持一致，对焊接工人的协调性要求很高；而且现场焊接工况恶劣，影响焊接质量的因素较多，因而手工焊接很难保证焊接质量。

因此，现有的箱型钢结构焊接方式亟需改革，本发明针对这一问题，发明了一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人，包括轨道，所述轨道的左侧设有安装机构，所述轨道上滑动连接有滑块，所述滑块下部设有伺服电机，所述滑块上部设有控制盒，所述控制盒内设有数字化控制系统，所述控制盒的左侧设有执行机构，所述执行机构上设有CCD（电荷耦合元件）装置和激光发生器，所述执行机构的左端设有焊枪夹具，所述焊枪夹具上设有焊枪。

进一步的，所述轨道的右侧设有齿条，所述轨道为立式轨道或卧式轨道，立式轨道和卧式轨道均包括弧度为90度的圆弧轨道，所述圆弧轨道两端均依次连接有若干个直线轨道；所述直线轨道与圆弧轨道通过定位销和定位槽连接。

进一步的，所述安装机构包括与轨道螺钉连接的轨道支架，所述轨道支架的左端通过螺钉连接有若干个永磁吸盘，所述永磁吸盘上设有控制旋钮。

进一步的，所述滑块分别通过轨道两侧的两个轴承与轨道滚动连接；所述两个轴承之间均设有锁紧轴承模块，所述锁紧轴承模块包括模块外壳，所述模块外壳上位于轨道一侧设有锁紧轴承，所述锁紧轴承远离轨道一侧设有压力弹簧，所述模块外壳通过轴承支架转动连接锁紧轴承，所述模块外壳上设有安装孔。

进一步的，所述执行机构包括横向直线运动滑块和高度直线运动滑块，所述横向直线运动滑块上转动连接有大机械臂，所述大机械臂左端连接有小机械臂，所述横向直线运动滑块、高度直线运动滑块、大机械臂以及小机械臂上均设有驱动电机。所述执行机构通过固定板与滑块通过螺钉连接。

本发明的有益效果为：两套焊接机器人运动机构在箱型钢结构截面相对的位置沿相同的转动方向焊接，实现对称焊接，减小焊接应力。通过执行机构四个自由度方向的移动既满足了Ｖ型和Ｙ型坡口内不同位置焊接的工艺要求，以保证熔深和成形质量，又适应了不同位置焊接时焊枪角度对焊接过程稳定性的影响，保证了焊缝熔深和成形质量。采用主动光源法，通过CCD实时监控焊接状态，并反馈给控制系统，控制系统通过控制焊接运动机构和焊接执行机构的电机转速来及时调整焊接偏差，保证焊接工艺参数稳定，进而确保焊接质量。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人的使用状态图；

图2是本发明实施例所述立式轨道部分的结构示意图；

图3是本发明实施例所述卧式轨道部分的结构示意图；

图4是本发明实施例所述滑块的仰视图；

图5是本发明实施例所述锁紧轴承模块的侧视图；

图6是本发明实施例所述执行机构的结构示意图。

图中：

1、箱型钢结构工件；2、CCD装置；3、横向直线运动滑块；4、高度直线运动滑块；5、控制盒；6、滑块；7、伺服电机；8、圆弧轨道；9、直线轨道；10、轨道支架；11、永磁吸盘；12、焊缝；13、焊枪；14、焊枪夹具；15、小机械臂；16、大机械臂；17、轴承；18、锁紧轴承模块；19、锁紧轴承；20、轴承支架；21、模块外壳；22、安装孔；23、压力弹簧；24、转动轴；25、驱动电机；26、固定板。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明实施例所述的一种箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人，包括轨道，所述轨道的左侧设有安装机构，所述轨道上滑动连接有滑块6，所述滑块6下部设有伺服电机7，所述滑块6上部设有控制盒5，所述控制盒5内设有数字化控制系统，所述控制盒5的左侧设有执行机构，所述执行机构上设有CCD装置2，所述执行机构的左端设有焊枪夹具14，所述焊枪夹具14上设有焊枪13。所述的轨道的右侧设有齿条，所述轨道为立式轨道或卧式轨道，立式轨道和卧式轨道均包括弧度为90度的圆弧轨道8，所述圆弧轨道8两端均依次连接有若干个直线轨道9。所述直线轨道9与圆弧轨道8通过定位销和定位槽连接。所述安装机构包括与轨道螺钉连接的轨道支架10，所述轨道支架10的左端通过螺钉连接有若干个永磁吸盘11，所述永磁吸盘11上设有控制旋钮。所述滑块6分别通过轨道两侧的两个轴承17与轨道滚动连接。所述滑块6上左、右两侧两个轴承17之间均设有锁紧轴承模块18，所述锁紧轴承模块18包括模块外壳21，所述模块外壳21上位于轨道一侧设有锁紧轴承19，所述锁紧轴承19远离轨道一侧设有压力弹簧23，所述模块外壳21通过轴承支架20和转动轴24转动连接锁紧轴承19，所述模块外壳21上设有安装孔22。所述执行机构包括横向直线运动滑块3和高度直线运动滑块4，所述横向直线运动滑块3上转动连接有大机械臂16，所述大机械臂16左端连接有小机械臂15，所述横向直线运动滑块3、高度直线运动滑块4、大机械臂16以及小机械臂15上均设有驱动电机25。所述执行机构通过固定板26与滑块6螺钉连接。所述CCD装置2上设有激光发生器。

本发明提供的箱型钢结构轨道式全位置焊接机器人，包括固定在箱型钢结构工件1上的永磁吸盘11，永磁吸盘11侧面有控制旋钮可以控制吸附或者不吸附，以方便拆卸轨道，轨道支架10通过螺钉与永磁吸盘11连接。轨道支架10通过螺钉与轨道连接。圆弧轨道8的两端各包含一段较短的直线轨道9，以利于轨道支架10与轨道连接，并且在直线轨道9端部开有定位槽用来和其它直线轨道连接，这样可以通过圆弧轨道8与不同长度的直线轨道9组合来满足不同尺寸的箱型钢结构工件1的自动化焊接需求。通过轨道靠近滑块6一侧表面与工件的位置关系可以将轨道分为卧式轨道部分（如图3）和立式轨道部分（如图2）两种。轨道在安装后具有良好的平顺性，能满足焊接机器人行走机构平稳运行要求，并且轨道的载重能力足以为焊接机器人行走机构提供全方位的支撑，以适应箱型柱、梁不同焊接位置的全位置焊接。

如图1和图4所示，滑块6与轨道通过4个轴承17装配在轨道上，为了满足滑块6在直线轨道9和圆弧轨道8的自由过渡，4个轴承17在滑块6上的安放位置需要通过圆弧轨道8的直径计算来确定。为了使滑块6在轨道上平稳地运动，即便在由直线轨道9过渡到圆弧轨道8时也尽量减少抖动，在滑块6上添加了一对锁紧轴承模块18。锁紧轴承模块18的侧视图如图5所示，它主要由模块外壳21、锁紧轴承19、压力弹簧23等组成，当滑块6与轨道的配合松动时，可以由压力弹簧23产生锁紧力以保证滑块6与轨道紧密配合。进而保证伺服电机7驱动的齿轮与轨道下端的齿轮或者齿条良好啮合，使滑块6在轨道上平稳运行。

如图6所示，本发明的焊接执行机构主要由横向直线运动滑块3、高度直线运动滑块4、大机械臂16、小机械臂15以及它们各自的驱动电机以及焊枪夹具14和焊枪13组成，其中固定底座29把整个焊接执行机构固定在滑块6上。其中调整横行运动滑块3的焊枪横向调整机构主要是为了适应轨道距离焊缝12的位置偏差，以及厚板焊接时坡口宽度的变化；调整高度直线运动滑块4能够满足空间不同位置（特别是在箱型钢结构的回转焊接时）和坡口根部、填充和盖面焊接时的高度调整要求；大机械臂16的转动可以实现焊枪横向角度摆动，主要是为了适应Ｖ型和Ｙ型坡口内不同位置焊接的工艺要求，以保证熔深和成形质量；小机械臂15的转动可以实现焊枪前后角度摆动，主要是为了适应不同位置焊接时焊枪角度对焊接过程稳定性的影响，保证焊缝12熔深和成形质量。

CCD装置2和激光主动光源组成了焊缝12跟踪系统，通过实时检测，及时把焊缝的位置信息反馈给控制系统，为数字化控制系统调整行走机构的伺服电机7来改变焊接速度、调整焊接执行机构的驱动电机25来及时改变焊枪13端部的空间姿态提供依据，进而保证焊接质量。

安放在控制盒5中的数字化控制系统应包括：焊接机器人行走机构运动控制和驱动系统，包括电机及其驱动、传动机构和速度（位置）检测及反馈控制系统；焊接执行机构运动控制和驱动系统，包括电机及驱动、传动机构，以及根据焊接位置（坡口）传感信息和焊接工艺参数进行速度（位置）反馈控制；数字化综合控制系统能根据传感和检测信息对行走和执行机构进行综合控制；能够接受无线操控盒发出的指令，并发送所需信息至无线操控盒。此外本机械人还包括焊接电源系统以及送丝、送气系统，它们的稳定性也是决定本机器人系统焊接质量的重要因素，这些系统为现有工厂内固定式焊接机器人的现有技术，在此不赘述。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。