CN213105241U - 一种变幅门架式焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动化焊接装置技术领域，公开了一种变幅门架式焊接机器人，包括通过带有X轴驱动装置的导向轮可滑动设置在底部轨道上的滑动安装架，所述底部轨道沿X方向设置；所述滑动安装架上通过铰轴可转动的设置有安装立柱，所述铰轴的中轴线与底部轨道方向相互垂直；所述安装立柱顶部通过回转装置连接有安装横梁，所述安装横梁与所述安装立柱之间相互垂直，且所述安装横梁在所述回转装置的驱动下在安装立柱上轴向可转动；所述安装横梁上通过带有驱动单元的十字滑台结构设置有带有焊枪和焊丝供应装置的六轴机械手，所述六轴机械手在所述十字滑台结构上可沿着纵向Z方向和垂直于所述X方向的横向Y方向两向活动。

Description

一种变幅门架式焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及自动化焊接装置技术领域，尤其涉及一种变幅门架式焊接机器人。

背景技术

随着机器人技术日益成熟，焊接机器人正逐渐被广泛应用于工业制造各个领域。

因焊接机器人具有多轴联动与程序智能化控制功能，动作重复精度高、产品质量稳定、生产效率高，适合在流水线上应用，如汽车制造、医疗器械、化工生产、食品生产、包装、物流等具有程序化、标准化特点的行业。

而在水工金属结构件的加工中，如弧门、门槽、启闭机机架等，目前主要采用手弧焊方式进行焊接。手弧焊操作劳动强度大，焊接质量不稳定，生产效率低，因此，将智能化的机器人焊接技术应用于该类产品制造，替代手弧焊可有效解决质量与效率问题。

如现有技术中，公开号为CN108436350A，公开日为2018年08月24日，名称为“一种自动焊接机械手***”的发明专利文献，公开了一种自动焊接机械手***，为了解决现有技术中的焊接机械手结构复杂，生产效率低的问题；本发明的架体左右两侧安装有结构相同的焊接机械手部分，架体中部安装有转移机械手组件，右侧焊接机械手包括并行设置且结构相同的第一焊接组件和第二焊接组件，第一焊接组件包括连接架、升降部、旋转部和抓取部。

但是由于在水工金属结构件的焊接加工存在结构复杂、焊点多、施焊方向变换多、空间狭窄等特点，以及通常是小批量、多种类的生产组织模式，常规焊接机器人推广应用还存在一定障碍，主要有：

1、结构复杂，施焊方向变化大，机器人运行出现奇点概率多；

2、工件尺寸变化范围大常规焊接机器人功能无法满足产品尺寸多变化特点；

3、小批量生产使用功能单一机器人，成本太高；

针对不同产品需要专门编程，对操作工要求太高，难度大。需要研究一种适应范围更广的可柔性调节的多用途机器人，才能满足一机多用的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本实用新型旨在于提供一种将三坐标移动门架式调节机构与常规六轴焊接机器人结合、克服常规机器人焊接复杂构件存在奇点故障、适应性差、使用成本高等问题的变幅门架式焊接机器人。

本实用新型的这种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：包括通过带有X轴驱动装置的导向轮可滑动设置在底部轨道上的滑动安装架，所述底部轨道沿X方向设置，即通过滑动安装架可在轨道上实现沿X方向的活动；所述滑动安装架上通过铰轴可转动的设置有安装立柱，所述铰轴的中轴线与底部轨道方向相互垂直，即安装立柱的倾斜角度可调，对应可带动其上的设备高度角度调整从而达到比较狭小的工作空间，构成一个多自由度的活动结构；所述安装立柱顶部通过回转装置连接有安装横梁，所述安装横梁与所述安装立柱之间相互垂直，且所述安装横梁在所述回转装置的驱动下在安装立柱上轴向可转动，即，为给安装横梁上的设备提供一个相对水平的工作面，回转装置可以实时调整其安装面角度，即可以抵消安装立柱角度调整带了的倾角变化，还能为六轴机械手提供快速、整体的角度调整；所述安装横梁上通过带有驱动单元的十字滑台结构设置有带有焊枪和焊丝供应装置的六轴机械手，所述六轴机械手在所述十字滑台结构上可沿着纵向Z方向和垂直于所述X方向的横向Y方向两向活动，即，这种结构为六轴机械手提供了一个三维空间内拥有两向角度调整的五自由度调节结构，可以宏观、大范围的调整整体角度，而六轴机械手则可以在焊接过程中仅负责精度的调节即可。

优选地，所述底部轨道为并排设置的双轨轨道，对应的所述安装立柱为两根，对应设置在两根轨道上，而所述安装横梁则通过两端的回转装置设置在两根安装立柱之间，双轨的稳定性和承载性更好，能够实现更大功率的加工。

优选地，所述安装横梁沿其轴向方向的两侧分别设置有一条横向Y方向的横向滑轨，而两条横向滑轨上、沿着纵向Z方向分别可滑动设置有一根纵向滑轨，所述纵向滑轨上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手，即横向滑轨与纵向滑轨构成所述十字滑台结构，即双机械手设计，且轨道独立可同时同角度双面加工。

或者，所述安装横梁沿其轴向方向设置有一条横向Y方向的横向滑轨，横向滑轨上、在安装横梁的两侧或者同侧、沿着纵向Z方向并排可滑动设置有两根纵向滑轨，所述纵向滑轨上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手，即横向滑轨与纵向滑轨构成所述十字滑台结构，同样为双机械手设计，共轨设计可单次调节并线同时加工。

进一步的，所述纵向滑轨和横向滑轨均为滑动齿条，所述纵向滑轨通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机设置在横向滑轨的滑动齿条上，对应的，所述六轴机械手也通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机设置在纵向滑轨的滑动齿条上，齿轮齿条传动迅速且力矩较大，并且还具有一定的卡止能力。

优选地，所述滑动安装架上设置有铰接台，所述安装立柱底部通过铰轴可转动的设置在滑动安装架上，所述安装立柱和滑动安装架通过铰接连接有一个伸缩杆单元，即在伸缩杆单元的伸缩活动带动下，所述安装立柱和滑动安装架之间的相对位置夹角可调，对应的也带动安装立柱顶部的横梁高度和倾角变化。

所述回转装置包括通过轴承座安装在安装立柱顶部外侧的回转驱动单元，以及安装在所述安装立柱顶部、用于转动设置所述安装横梁的回转轴承，和固定套设在所述安装横梁端头、与所述回转驱动单元的转动齿轮啮合的随转齿轮，即所述回转驱动单元通过转动齿轮带动随转齿轮驱动安装横梁通过两端的回转轴承在安装立柱上沿其轴向转动调整，即可以对应调整其上的六轴机械手角度。

优选地，所述焊枪的电焊机主机设置在所述滑动安装架上，通过排线沿安装立柱、安装横梁连接至焊枪。

进一步的，所述导向轮为在轨道两侧对称设置的夹合式导向轮。

还包括设置在六轴机械手上的视觉传感器、压力传感器、光照射仪，以及配电柜和中央工控机，配电柜供电线路和中央工控机控制线路均通过排线线缆与机器人的各动力单元以及视觉传感器、压力传感器、光照射仪连接。

与现有技术相比，本实用新型这种技术方案，将三坐标移动门架式调节机构与常规六轴焊接机器人结合，门架安装立柱为可倾转变幅，安装横梁旋转，扩展机器人焊接活动轨迹和焊倿角度可调范围，该机器人具有防碰撞和视觉识别***，满足多种类、复杂构件多角度施焊的需要，智能化焊接，解放劳动力、质量好、效率高。相对手工焊、机器人焊接焊缝成形更好，质量更稳定，可不间断作业、效率更高；而三轴移动门架式结构，满足超大超长件焊接，或多件同时焊接。X轴可根据需要任意延长，Y轴、Z轴均可在较大范围内任意移动，扩展六轴机器人工作范围，采用可变辐门架和可转位安装横梁，提升机器人焊接工位适应能力，当六轴机器人焊接过于复杂构件时，机械手运动轨迹容易进入奇点位置，产生故障，门架变辐和安装横梁转位功能有利编程时，提前动作规避轨迹上的奇点产生，同时，进一步提升机器人对工件形状、尺寸的适应能力，通过外设机械视觉设备还能自动避障功能，提升机器人自我保护能力，视觉识别自动搜索焊缝与三维激光检测功能，提升机器人智能化水平，通过人工放置引导板，机器人 通过视沉识别***自动搜索焊缝并实施焊接，减轻在线编程难度和工作量，通过三维激光检测技术在线检测焊缝质量，减轻人工检测工作量和强度，提高检测精度和效率。

附图说明

本实用新型的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：

图1为本实用新型的整体结构侧面示意图；

图2为本实用新型的整体安装结构正面示意图；

图3为本实用新型的安装立柱夹角调整结构侧面示意图；

图4为本实用新型适用的回转装置结构示意图；

图5为本实用新型适用的导向轮结构示意图；

附图中：

1、底部轨道 ；2、导向轮；3、滑动安装架；4、铰轴；5、安装立柱；6、安装横梁；7、焊枪；8、焊丝供应装置；9、六轴机械手；10、X轴驱动装置；11、横向滑轨；12、纵向滑轨；13、直联伺服电机；14、伸缩杆单元；15、轴承座；16、回转驱动单元；17、转动齿轮；18、随转齿轮；19、电焊机主机；20、配电柜；21、中央工控机。

具体实施方式

下面通过几个具体的实施例来进一步说明实现本实用新型目的技术方案，需要说明的是，本实用新型要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。

实施例1

作为本实用新型一种最基本的实施方案，如图1，公开了一种变幅门架式焊接机器人，包括通过带有X轴驱动装置10的导向轮2可滑动设置在底部轨道上的滑动安装架3，所述底部轨道沿X方向设置，即通过滑动安装架3可在轨道上实现沿X方向的活动；所述滑动安装架3上通过铰轴4可转动的设置有安装立柱5，所述铰轴4的中轴线与底部轨道方向相互垂直，即安装立柱5的倾斜角度可调，对应可带动其上的设备高度角度调整从而达到比较狭小的工作空间，构成一个多自由度的活动结构；所述安装立柱5顶部通过回转装置连接有安装横梁6，所述安装横梁6与所述安装立柱5之间相互垂直，且所述安装横梁6在所述回转装置的驱动下在安装立柱5上轴向可转动，即，为给安装横梁6上的设备提供一个相对水平的工作面，回转装置可以实时调整其安装面角度，即可以抵消安装立柱5角度调整带了的倾角变化，还能为六轴机械手9提供快速、整体的角度调整；所述安装横梁6上通过带有驱动单元的十字滑台结构设置有带有焊枪7和焊丝供应装置8的六轴机械手9，所述六轴机械手9在所述十字滑台结构上可沿着纵向Z方向和垂直于所述X方向的横向Y方向两向活动，即，这种结构为六轴机械手9提供了一个三维空间内拥有两向角度调整的五自由度调节结构，可以宏观、大范围的调整整体角度，而六轴机械手9则可以在焊接过程中仅负责精度的调节即可。

实施例2

作为本实用新型一种优选地实施方案，在上述实施例1技术方案的基础上，优选地，如图2，所述底部轨道为并排设置的双轨轨道，对应的所述安装立柱5为两根，对应设置在两根轨道上，而所述安装横梁6则通过两端的回转装置设置在两根安装立柱5之间，双轨的稳定性和承载性更好，能够实现更大功率的加工。

优选地，所述安装横梁6沿其轴向方向的两侧分别设置有一条横向Y方向的横向滑轨11，而两条横向滑轨11上、沿着纵向Z方向分别可滑动设置有一根纵向滑轨12，所述纵向滑轨12上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手9，即横向滑轨11与纵向滑轨12构成所述十字滑台结构，即双机械手设计，且轨道独立可同时同角度双面加工。

或者，如图2，所述安装横梁6沿其轴向方向设置有一条横向Y方向的横向滑轨11，横向滑轨11上、在安装横梁6的两侧或者同侧、沿着纵向Z方向并排可滑动设置有两根纵向滑轨12，所述纵向滑轨12上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手9，即横向滑轨11与纵向滑轨12构成所述十字滑台结构，同样为双机械手设计，共轨设计可单次调节并线同时加工。

进一步的，所述纵向滑轨12和横向滑轨11均为滑动齿条，所述纵向滑轨12通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机13设置在横向滑轨11的滑动齿条上，对应的，所述六轴机械手9也通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机13设置在纵向滑轨12的滑动齿条上，齿轮齿条传动迅速且力矩较大，并且还具有一定的卡止能力。

优选地，如图2和3，所述滑动安装架3上设置有铰接台，所述安装立柱5底部通过铰轴4可转动的设置在滑动安装架3上，所述安装立柱5和滑动安装架3通过铰接连接有一个伸缩杆单元14，即在伸缩杆单元14的伸缩活动带动下，所述安装立柱5和滑动安装架3之间的相对位置夹角可调，对应的也带动安装立柱5顶部的横梁高度和倾角变化。

如图4，所述回转装置包括通过轴承座15安装在安装立柱5顶部外侧的回转驱动单元16，以及安装在所述安装立柱5顶部、用于转动设置所述安装横梁6的回转轴承，和固定套设在所述安装横梁6端头、与所述回转驱动单元16的转动齿轮17啮合的随转齿轮18，即所述回转驱动单元16通过转动齿轮17带动随转齿轮18驱动安装横梁6通过两端的回转轴承在安装立柱5上沿其轴向转动调整，即可以对应调整其上的六轴机械手9角度。

优选地，所述焊枪7的电焊机主机19设置在所述滑动安装架3上，通过排线沿安装立柱5、安装横梁6连接至焊枪7。

进一步的，如图5，所述导向轮2为在轨道两侧对称设置的夹合式导向轮2

本方案采用六轴联动焊接机械手技术方案，利用机械手多轴联动运行来替代人工手持焊把，利用机器人控制***+图像识别***，采用人工放置引导板，三维视觉自动识别结构件焊缝位置的方式，自动找寻焊接位置；针对超大件焊接，将焊接机器人安装在一套可实现三维坐标调节的门架上，利用门架的移动，扩展机器人在三维空间活动范围；针对机器人焊接复杂零件，焊接头动力轨迹过于复杂，易出现奇点故障问题，将门架设计为可绕支铰轴4倾转结构形式，调安装横梁6高度，进一步增加机器人活动范围，同时将安装横梁6设计为可绕支撑轴旋转的结构，使机器人增加一个自由度，以适应复杂区域焊缝焊接，减少机器人为满足复杂区域焊缝焊接面出现运动奇点的机率。

Claims (10)

1.一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：包括通过带有X轴驱动装置（10）的导向轮（2）可滑动设置在底部轨道上的滑动安装架（3），所述底部轨道沿X方向设置；所述滑动安装架（3）上通过铰轴（4）可转动的设置有安装立柱（5），所述铰轴（4）的中轴线与底部轨道方向相互垂直；所述安装立柱（5）顶部通过回转装置连接有安装横梁（6），所述安装横梁（6）与所述安装立柱（5）之间相互垂直，且所述安装横梁（6）在所述回转装置的驱动下在安装立柱（5）上轴向可转动；所述安装横梁（6）上通过带有驱动单元的十字滑台结构设置有带有焊枪（7）和焊丝供应装置（8）的六轴机械手（9），所述六轴机械手（9）在所述十字滑台结构上可沿着纵向Z方向和垂直于所述X方向的横向Y方向两向活动。

2.如权利要求1所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述底部轨道为并排设置的双轨轨道，对应的所述安装立柱（5）为两根，对应设置在两根轨道上，而所述安装横梁（6）则通过两端的回转装置设置在两根安装立柱（5）之间。

3.如权利要求1所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述安装横梁（6）沿其轴向方向的两侧分别设置有一条横向Y方向的横向滑轨（11），而两条横向滑轨（11）上、沿着纵向Z方向分别可滑动设置有一根纵向滑轨（12），所述纵向滑轨（12）上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手（9），即横向滑轨（11）与纵向滑轨（12）构成所述十字滑台结构。

4.如权利要求1所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述安装横梁（6）沿其轴向方向设置有一条横向Y方向的横向滑轨（11），横向滑轨（11）上、在安装横梁（6）的两侧或者同侧、沿着纵向Z方向并排可滑动设置有两根纵向滑轨（12），所述纵向滑轨（12）上分别均可滑动设置有一个所述六轴机械手（9），即横向滑轨（11）与纵向滑轨（12）构成所述十字滑台结构。

5.如权利要求3或4所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述纵向滑轨（12）和横向滑轨（11）均为滑动齿条，所述纵向滑轨（12）通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机（13）设置在横向滑轨（11）的滑动齿条上，对应的，所述六轴机械手（9）也通过带有与所述滑动齿条啮合的驱动齿轮的直联伺服电机（13）设置在纵向滑轨（12）的滑动齿条上。

6.如权利要求1或2所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述滑动安装架（3）上设置有铰接台，所述安装立柱（5）底部通过铰轴（4）可转动的设置在滑动安装架（3）上，所述安装立柱（5）和滑动安装架（3）通过铰接连接有一个伸缩杆单元（14）。

7.如权利要求1或2所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述回转装置包括通过轴承座（15）安装在安装立柱（5）顶部外侧的回转驱动单元（16），以及安装在所述安装立柱（5）顶部、用于转动设置所述安装横梁（6）的回转轴承，和固定套设在所述安装横梁（6）端头、与所述回转驱动单元（16）的转动齿轮（17）啮合的随转齿轮（18）。

8.如权利要求1或2所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述焊枪（7）的电焊机主机（19）设置在所述滑动安装架（3）上，通过排线沿安装立柱（5）、安装横梁（6）连接至焊枪（7）。

9.如权利要求1或2所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：所述导向轮（2）为在轨道两侧对称设置的夹合式导向轮（2）。

10.如权利要求1或2所述的一种变幅门架式焊接机器人，其特征在于：还包括设置在六轴机械手（9）上的视觉传感器、压力传感器、光照射仪，以及配电柜（20）和中央工控机（21），配电柜（20）供电线路和中央工控机（21）控制线路均通过排线线缆与机器人的各动力单元以及视觉传感器、压力传感器、光照射仪连接。

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