CN110614450A - 一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，工作站包括：变位机、搬运机器人、切割机器人、焊接机器人、储料台和智能控制***。智能控制***存有加工工艺参数并下达加工指令，规划切割、搬运、焊接机器人运动路径；切割机器人对母件进行切割，完成开锁口、割圆孔、开坡口工作，搬运机器人负责加劲板上料，焊接机器人负责加劲板焊接，变位机配合三台机器人协同工作。相对于现有技术，该工作站提高了钢结构工件生产效率，具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的优点，降低了人工成本，进而降低综合成本，是钢结构制造企业转型升级、实现自动化、智能化制造、提高市场竞争力的有效手段。

Description

一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站

技术领域

本发明属于钢结构工件生产技术领域，具体地，涉及一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站。

背景技术

近年来，我国钢结构行业得到快速发展，从钢结构的产值来看，2009年至今，中国钢结构行业的总产值总体保持增长趋势，但增速有所下滑。2017年，钢结构行业总产值为5100亿元，同比增长了2.9％；从中国的钢结构产量来看，2010年至今，我国的钢结构产量不断增加，年均增速保持在10％以上，且仍有继续保持快速增长的势头。

建筑钢结构制造存在以下问题：一是满足技能要求的焊工短缺，人工成本高；二是高强度结构钢和大厚度钢材的广泛使用，对切割焊接工艺的要求越来越高，手工焊接或半自动焊接的质量一致性难以保证；三是钢结构制造存在波峰波谷，项目交货期要求难以保证；四是焊接质量、效率难以保证，材料浪费大；五是钢结构制造自动化程度低。建筑钢结构制造焊接工作量大，但由于目前国内建筑钢结构多是非标设计、构件品种多、单件小批量生产、工艺复杂，再加上前道工序下料、组对精度不高等特点，实现机器人焊接存在较大困难。

钢结构工件中焊接H形钢的二次加工，如切割和装焊工艺，主要依靠人工进行工件的切割、装配和焊接。在工件的切割环节，主要采用加工方式是利用行车吊装，人工划线人工标识，最后采用切割和转孔设备完成开锁口、割圆孔、开坡口等工作，存在对于复杂切割难以控制、加工效率低、人工成本居高不下的缺点。在工件装焊环节，主要采用的加工方式是采用行车吊装，人工上板点焊固定或利用辅助支撑固定，最后人工进行焊接。但是，对于由于钢结构工件通常较大，焊件不易搬运，摆放位置难以精确控制，存在较多的不易焊接的焊缝位置，在装焊过程中需要用行车多次翻身调整工件位置，安全隐患多，给操作者带来危险与不便。同时，装焊过程有焊接工人自主进行，对工人的经验依赖程度大，无法保证焊接质量和焊接效率。因此，钢结构工件的切割、搬运和焊接过程采用人工进行，利用行车辅助翻身调整工件位置的加工方式存在不安全、自动化程度低、加工效率低、精度低、质量难以控制等缺点，加工成本高。

针对上述技术问题，故需要进行改进。

发明内容

为了克服上述现有钢结构工件生产的技术问题，本发明提供一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，该工作站旨在解决现有钢结构工件切割、搬运、焊接过程中存在的自动化程度低、加工效率低、精度低以及人工成本高的问题。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案如下：

建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，包括：变位机、搬运机器人、切割机器人、焊接机器人、储料台和智能控制***；其中：搬运机器人固定在搬运机器人底座上，储料台固定在储料台底座上，切割机器人固定在切割机器人底座上，焊接机器人固定在焊接机器人底座上；智能控制***储存有加工工艺参数并向变位机、搬运机器人、切割机器人和焊接机器人下达加工指令，规划切割、搬运、焊接机器人运动路径，实现智能控制；变位机对母件进行固定，并实现360°范围内的翻转；切割机器人对母件进行切割，完成开锁口、割圆孔、开坡口工作，搬运机器人负责加劲板上料，焊接机器人负责加劲板焊接，变位机配合三台机器人协同工作，完成钢结构工件的切割、搬运、焊接加工工序。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站运用智能控制***对工作站中各个设备统筹安排，提高了钢结构工件生产效率；运用变位机固定母件，实现360°范围内的变位，变位机与切割、搬运、焊接机器人相互配合，提高了切割过程中的安全性，提高了搬运与装焊过程的效率性。运用定位检测***和手眼***，实现加劲板焊接的精确定位和精确焊接，保证焊接的精准与稳定；整个钢结构工件的切割、搬运以及焊接加工过程具有装备自动化、工艺数字化、生产柔性化、过程可视化和信息集成化的优点，降低了人工成本，进而降低综合成本，是钢结构制造企业转型升级、实现自动化、智能化制造、提高市场竞争力的有效手段。

附图说明

图1为建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站结构示意图；

图2为建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站俯视图；

图3为变位机结构示意图；

图4为左立柱总成结构示意图；

图5为储料台底座结构示意图；

图6为储料台结构示意图；

图7为切割机器人底座结构示意图；

图8为焊接机器人底座结构示意图；

图中：1、变位机，2、搬运机器人底座，3、储料台底座，4、切割机器人底座，5、焊接机器人底座，6、搬运机器人，7、切割机器人，8、焊接机器人，9、储料台，10、支撑脚，11、定位件，12、母件，13、变位机底座，14、垫板，15、左立柱总成，16、右立柱总成，17、左装夹台，18、右装夹台，19、左垫块，20、右垫块，31、底座平台，32、底座L连接件，33、底座矩形连接件，34、底座下垫板，35、底座上垫板，91、左料板限位块，92、右料板限位块，93、加劲板，151、伺服电机，152、减速机，153、支架，154、回转盘，155、盖板，156、左立柱底板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1、图2所示，建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，包括：变位机1、搬运机器人6、切割机器人7、焊接机器人8、储料台9和智能控制***(图中未示出)；搬运机器人6固定在搬运机器人底座2上，储料台9固定在储料台底座3上，切割机器人7固定在切割机器人底座4上，焊接机器人8固定在焊接机器人底座5上；智能控制***储存有加工工艺参数并向变位机1、搬运机器人6、切割机器人7和焊接机器人8下达加工指令，规划切割、搬运、焊接机器人运动路径，实现智能控制；变位机1对母件12进行固定，并实现360°范围内的翻转；切割机器人7对母件12进行切割，完成开锁口、割圆孔、开坡口工作，搬运机器人6负责加劲板上料，焊接机器人8负责加劲板焊接，变位机1配合三台机器人协同工作，完成钢结构工件的切割、搬运、焊接加工工序。

如图1所示，搬运机器人底座2、储料台底座3、搬运机器人6和储料台9布设于变位机1的一侧，切割机器人底座4、焊接机器人底座5、切割机器人7和焊接机器人8布设于变位机1的另一侧。

如图3所示，变位机1，包括：变位机底座13、垫板14、左立柱总成15、右立柱总成16、左装夹台17、右装夹台18、左垫块19和右垫块20；变位机底座13呈T形，由方钢管焊接成两个矩形框，再将两个矩形框焊接成T形并在表面铺设铁皮而成；变位机底座13底部外侧固设有若干用于定位变位机底座13的定位件11，该定位件11呈L状体，定位件11通过螺栓与地面连接，保证该变位机1使用的安全性和稳定性。变位机底座13的底部设有若干支撑脚10，起到支撑作用，同时各支撑脚10可调节高低从而保证变位机底座13水平。变位机底座13的T形竖向末端设有垫块14，垫块14通过螺栓固定在变位机底座13上，垫块14用于连接搬运机器人底座2。变位机底座13的T形横向左侧末端固定有左立柱总成15，变位机底座13的T形横向右侧末端固定有右立柱总成16。

图4所示为打开左边和上面的盖板155后左立柱总成15的示意图，左立柱底板156通过螺栓固定在变位机底座13的T形横向左侧末端。左立柱总成15为主翻转机构，包括：伺服电机151、减速机152、支架153和回转盘154；支架153为上端为圆弧形的矩形钢支架，支架153通过焊接固定在左立柱底板156上；减速机152安装在支架153上，伺服电机151连接在减速机152的外侧，回转盘154安装在减速机152的内侧。伺服电机151为动力装置，减速机152将伺服电机151输出的动力调整到需要的速度范围，带动回转盘154进行翻转。回转盘154底部设有若干孔位，用于连接左装夹台17。右立柱总成16为左立柱总成15的对称装置，与左立柱总成15相比缺少伺服电机151，右立柱总成16内包括减速机、支架和回转盘，右立柱总成16为副翻转机构，从动于主翻转机构。

如图3所示，左装夹台17呈L状，通过螺栓固定于左立柱总成15的回转盘上，右装夹台18呈L状，通过螺栓固定于右立柱总成16的回转盘上，左装夹台17和右装夹台18保持在同一高度，能够跟随主翻转机构实现同步翻转。左垫块19通过螺栓固定于左装夹台17上，右垫块20通过螺栓固定于右装夹台18上，其作用是对母件12的固定和定位，同时便于对母件12进行切割和焊接作业。母件12通过螺栓固定在左垫块19和右垫块20上，并通过左垫块19和右垫块20实现母件12的定位。

搬运机器人底座2通过螺栓与变位机底座13的T形竖向末端上的垫块14连接，搬运机器人6通过螺栓连接在搬运机器人底座2上。搬运机器人6末端安装有机械手电永磁铁吸盘。搬运机器人6可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和搬运功能；同时搬运机器人6配置有定位检测***，可通过定位检测***进行定位。

如图5所示，储料台底座3中的底座平台31为矩形，底座平台31下面设有若干支撑脚10。底座平台31底部外侧固设有若干用于定位底座平台31的定位件11，还设有底座L连接件32，底座矩形连接件33，通过螺栓与变位机1相连。底座下垫板34通过焊接连接在底座平台31的表面。

如图6所示，储料台9位于储料台底座3的上表面，包括左料板限位块91，右料板限位块92和若干加劲板93；左料板限位块91包括矩形底板和C形槽板，C形槽由三块矩形竖板焊接而成，形成“C”状。矩形底板通过螺栓固定在储料台底座3的上表面，C形槽板通过焊接固定在矩形底板上，用于对加劲板93的限位。右料板限位块92为左料板限位块91的镜像结构。左料板限位块91和右料板限位块92形成的储料限位装置用于加劲板93的存放，以及对加劲板93的限位。为了便于焊接，加劲板93为在切除左右两个倒角的矩形板。

如图7和图8所示，切割机器人底座4、焊接机器人底座5、切割机器人7和焊接机器人8布设于变位机1的另一侧。切割机器人底座4和焊接机器人底座5的结构功能与储料台底座3一致。

切割机器人7末端安装有等离子切割装置，切割机器人7可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和切割功能。焊接机器人8末端安装有焊枪，焊接机器人8可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和焊接功能；焊接机器人8上配置有手眼***，手眼***可以自动寻找焊缝位置，在线视觉定位。

上述的一体化工作站的加工过程如下：

母件12通过起重设备吊装至变位机1上，通过螺栓固定在左垫块19和右垫块20上，并通过左垫块19和右垫块20实现对母件12的定位。

智能控制***(图中未示出)内储存有加工工艺参数，并向一体化工作站中的变位机1、搬运机器人6、切割机器人7和焊接机器人8下达加工指令，通过机器人离线编程程序规划切割、搬运、焊接机器人运动路径，实现智能控制。

切割机器人7根据加工指令对母件12进行加工，进行开锁口、割圆孔、开坡口等工作，实现机器人智能切割。

搬运机器人6上配置有定位检测***，定位检测***再次确认母件12的摆放位置和母件尺寸，并对摆放位置和尺寸信息与模型图纸进行对比，纠偏，对母件进行精确定位，并判断母件尺寸(待放加劲板位置)是否满足后续加劲板搬运要求。待母件12位置精确定位完成后，搬运机器人6将放置在储料台9上的加劲板吸取，搬运至母件12上的指定位置，并通过定位检测***进行定位，实现机器人智能定位与搬运。

焊接机器人8上配置有手眼***，手眼***自动寻找焊缝位置，在线视觉定位，确定加劲板实物尺寸参数后，焊接机器人自动调取智能控制***数据库中的焊接工艺参数，并通过手眼***对焊接位置进行在线矫正和补偿，自动调整焊枪位置和焊接参数，保证焊接的精准与稳定，然后将加劲板焊接在母件12上，实现机器人智能焊接，有效提高焊接效率和焊接质量。待一侧加劲板焊接完成后，变位机1根据智能控制***的翻转信号，自动翻转母件12，调整至下一加工位置，母件12可实现360°范围内的翻转变位。

母件12通过变位机1调整位置后，通过定位检测***对母件12摆放位置和母件尺寸进行检测定位，并对摆放位置和尺寸信息与模型图纸进行对比，纠偏，对母件12进行精确定位，并判断母件尺寸(待放加劲板位置)是否满足后续加劲板搬运要求。完成定位后，搬运机器人6将下一个加劲板搬运至母件上，并由焊接机器人8进行另一侧加劲板焊接，待所有加劲板焊接完成后，变位机1获取信号打开工件，至此，母件12的切割、搬运、焊接加工工序完成，形成钢结构工件并运送至下一工序。

Claims (10)

1.一种建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，包括：变位机、搬运机器人、切割机器人、焊接机器人、储料台和智能控制***；其中：搬运机器人固定在搬运机器人底座上，储料台固定在储料台底座上，切割机器人固定在切割机器人底座上，焊接机器人固定在焊接机器人底座上；智能控制***储存有加工工艺参数并向变位机、搬运机器人、切割机器人和焊接机器人下达加工指令，规划切割、搬运、焊接机器人运动路径，实现智能控制；变位机对母件进行固定，并实现360°范围内的翻转；切割机器人对母件进行切割，完成开锁口、割圆孔、开坡口工作，搬运机器人负责加劲板上料，焊接机器人负责加劲板焊接，变位机配合三台机器人协同工作，完成钢结构工件的切割、搬运、焊接加工工序。

2.根据权利要求1所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：搬运机器人底座、储料台底座、搬运机器人和储料台布设于变位机的一侧，切割机器人底座、焊接机器人底座、切割机器人和焊接机器人布设于变位机的另一侧。

3.根据权利要求1-2所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：变位机，包括：变位机底座、垫板、左立柱总成、右立柱总成、左装夹台、右装夹台、左垫块和右垫块；变位机底座呈T形，由方钢管焊接成两个矩形框，再将两个矩形框焊接成T形并在表面铺设铁皮而成；变位机底座底部外侧固设有若干用于定位变位机底座的定位件，该定位件呈L状体，定位件通过螺栓与地面连接，保证该变位机使用的安全性和稳定性；变位机底座的底部设有若干支撑脚，起到支撑作用，同时各支撑脚可调节高低从而保证变位机底座水平；变位机底座的T形竖向末端设有垫块，垫块通过螺栓固定在变位机底座上，垫块用于连接搬运机器人底座；变位机底座的T形横向左侧末端固定有左立柱总成，变位机底座的T形横向右侧末端固定有右立柱总成。

4.根据权利要求1-3所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：左立柱底板通过螺栓固定在变位机底座的T形横向左侧末端；左立柱总成为主翻转机构，包括：伺服电机、减速机、支架和回转盘；支架为上端为圆弧形的矩形钢支架，支架通过焊接固定在左立柱底板上；减速机安装在支架上，伺服电机连接在减速机的外侧，回转盘安装在减速机的内侧；伺服电机为动力装置，减速机将伺服电机输出的动力调整到需要的速度范围，带动回转盘进行翻转；回转盘底部设有若干孔位，用于连接左装夹台；右立柱总成为左立柱总成的对称装置，与左立柱总成相比缺少伺服电机，右立柱总成内包括减速机、支架和回转盘，右立柱总成为副翻转机构，从动于主翻转机构。

5.根据权利要求1-4所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：左装夹台呈L状，通过螺栓固定于左立柱总成的回转盘上，右装夹台呈L状，通过螺栓固定于右立柱总成的回转盘上，左装夹台和右装夹台保持在同一高度，能够跟随主翻转机构实现同步翻转；左垫块通过螺栓固定于左装夹台上，右垫块通过螺栓固定于右装夹台上，其作用是对母件的固定和定位，同时便于对母件进行切割和焊接作业；母件通过螺栓固定在左垫块和右垫块上，并通过左垫块和右垫块实现母件的定位。

6.根据权利要求1-5所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：搬运机器人底座通过螺栓与变位机底座的T形竖向末端上的垫块连接，搬运机器人通过螺栓连接在搬运机器人底座上；搬运机器人末端安装有机械手电永磁铁吸盘；搬运机器人可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和搬运功能；同时搬运机器人配置有定位检测***，可通过定位检测***进行定位。

7.根据权利要求1-6所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：储料台底座中的底座平台为矩形，底座平台下面设有若干支撑脚；底座平台底部外侧固设有若干用于定位底座平台的定位件，还设有底座L连接件，底座矩形连接件，通过螺栓与变位机相连；底座下垫板通过焊接连接在底座平台的表面。

8.根据权利要求1-7所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：储料台位于储料台底座的上表面，包括左料板限位块，右料板限位块和若干加劲板；左料板限位块91包括矩形底板和C形槽板，C形槽由三块矩形竖板焊接而成，形成“C”状；矩形底板通过螺栓固定在储料台底座的上表面，C形槽板通过焊接固定在矩形底板上，用于对加劲板的限位；右料板限位块为左料板限位块的镜像结构；左料板限位块和右料板限位块形成的储料限位装置用于加劲板的存放，以及对加劲板的限位，加劲板为在切除左右两个倒角的矩形板。

9.根据权利要求1-8所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：切割机器人底座、焊接机器人底座、切割机器人和焊接机器人布设于变位机的另一侧；切割机器人底座和焊接机器人底座的结构功能与储料台底座一致。

10.根据权利要求1-9所述的建筑钢结构机器人切割、搬运、焊接一体化工作站，其特征在于：切割机器人末端安装有等离子切割装置，切割机器人可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和切割功能；焊接机器人末端安装有焊枪，焊接机器人可以接收智能控制***的指令，实现机器人运动和焊接功能；焊接机器人上配置有手眼***，手眼***可以自动寻找焊缝位置，在线视觉定位。