CN102489839A - 单枪双丝高速全自动气保焊接机器人 - Google Patents

Abstract

一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是包括机器人行走小车车体（1）和磁轮（2），以及设置在机器人行走小车车体（1）上的小车行动系统、小车转向系统、X轴校正装置和Z轴校正装置，所述小车行动系统连接磁轮（2），Z轴校正装置上设置有焊枪（7）。本发明是一种具有小型、自由移动、柔性、焊接速度快、焊接质量高、节能环保、智能的一种新型焊接机器人。主要用于对焊接数量非常多和要求非常高的重工业工厂，例如大型造船厂。

Description

单枪双丝高速全自动气保焊接机器人

技术领域

 本发明涉及焊接机器人技术领域，具体是一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，该机器人是一种具有小型、自由移动、柔性、焊接速度快、焊接质量高、环保、智能的一种新型焊接机器人。主要用于对焊接数量非常多和要求非常高的重工业工厂，例如大型造船厂等。

 

背景技术

 对于像造船厂这样焊接数量非常多和焊接质量要求非常高的场合，现在绝大部分工厂都是采用人工焊接，这样焊接劳动强度大，制造周期长。也有部分是采用焊接设备，这里所说的焊接设备是采用有轨导航焊接小车，即在进行焊接之前先必须要在焊缝轨迹左右两边加上导轨，让焊接小车在导轨上行走。焊接设备当中的焊枪是单枪单导电嘴的焊枪，焊接时的速度慢，焊接质量低，飞溅物多。当中也有单枪双导电嘴的焊枪，但是其焊接速度仍然很低(根据统计大约在0.5m/min)，并且其最大的弱点是不可持续工作，因为在进行焊接时焊枪枪头部分的温度会逐渐上升使得焊枪融化变形，所以工人们在进行焊接时需要工作一段时间，休息一段时间，以此来使得焊枪冷却。这样还是没有使得工作周期得到很好的解决。

发明内容

为了在工厂当中从根本上解决针对于焊接速度慢，工人工作劳动强度大，飞溅物多，工作周期长，导航，焊接质量等相关问题，本发明提供了一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人。

本发明的机器人的主要技术方案如下：

    一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，包括机器人行走小车车体1和磁轮2，以及设置在机器人行走小车车体1上的小车行动系统、小车转向系统、X轴校正装置和Z轴校正装置，所述小车行动系统连接磁轮2，Z轴校正装置上设置有焊枪7。

    所述小车行动系统包括小车驱动电机3、小车驱动轴31、动力约束体32、花键轴33、万向轴34、底板35、旋转架36和电机座37，所述小车驱动电机3连接小车驱动轴31，小车驱动轴31通过锥形齿轮连接花键轴33，花键轴33设置在动力约束体32内，花键轴33的两端分别连接一万向轴34，2个万向轴34分别设置在对应的旋转架36内，旋转架36设置在底板35

和电机座37之间。

    所述小车转向系统包括转向驱动电机40、转向驱动齿轮41、齿条架42、转向齿条43，所述转向驱动电机40连接转向驱动齿轮41，转向驱动齿轮41与设置在齿条架42上的转向齿条43啮合连接，齿条架42两端分别与2个旋转架36连接。

    所述X轴校正装置包括焊枪X轴进给电机5、X轴驱动齿轮51、X轴从动齿条52、枪架底板53和焊枪X轴运动导轨54，所述焊枪X轴进给电机5连接X轴驱动齿轮51，X轴驱动齿轮51连接X轴从动齿条52，X轴从动齿条52设置在枪架底板53上，枪架底板53与焊枪X轴运动导轨54滑动连接，焊枪X轴运动导轨54设置在机器人行走小车车体1上。

    所述Z轴校正装置包括焊枪Z轴进给电机6、Z轴驱动丝杠61、枪架活动板62、枪架竖板63和焊枪Z轴进给导轨64，所述焊枪Z轴进给电机6连接Z轴驱动丝杠61，与Z轴驱动丝杠61螺纹连接的螺母设置在枪架底板53上，焊枪Z轴进给电机6设置在枪架活动板62上，枪架活动板62通过焊枪Z轴进给导轨64与枪架竖板63连接，枪架竖板63设置在枪架底板53上。

    所述焊枪7包括风罩71、冷却装置72、冷却铜管73、导电嘴74、焊枪铜管75、绝缘体76、不锈钢管77、焊丝孔78和保护气体出口79，所述风罩71位于焊枪7端部，风罩71内设有导电嘴74，导电嘴74通过焊枪铜管75连接不锈钢管77，导电嘴74上设有焊丝孔78，导电嘴74和风罩71之间设有保护气体出口79，不锈钢管77和焊枪铜管75之间设有绝缘体76，风罩71与冷却装置72连接，冷却装置72连接冷却铜管73。

    所述焊枪7旁设有工业摄像头8。

本发明的有益效果是：

    本发明的单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的焊枪是采用一种特殊的材料，经过申请人自己的研发工艺过程使得焊枪的熔点和导电率大幅度的提高，又因为焊枪是单枪双导电嘴，从而使得焊接的速度大幅度提高据实验数据最低可达2.0m/min，持续焊接时间增长，飞溅物减少，从而使得工作环境得到改善。

    本发明的单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的小车具有可根据焊缝的轨迹自由寻迹移动，自主导航行走，可实现无轨运行，自动纠正焊接位置，具有柔性，质量轻，行走准确，速度恒定，可在倾斜面上吸附行走的优点。

    本发明的单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的焊枪在行走机器人上进行焊接，其焊枪的焊接导电率高，焊接稳定可靠，持续工作时间长，焊接效率高、质量好，二氧化碳气体及焊丝利用度高从而使其设备具有节能的优点。

本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人是一种具有小型、自由移动、柔性、焊接速度快、焊接质量高、节能环保、智能的一种新型焊接机器人。主要用于对焊接数量非常多和要求非常高的重工业工厂，例如大型造船厂。

本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人可在工作环境非常恶劣的情况下进行工作，焊接机器人可自由的根据钢板当中焊缝轨迹的形状来进行寻迹焊接，不需要架导轨。

本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人主要分为两大部分即焊枪部分和可行走小车两部分，其中焊枪主要是在焊接工作当中进行焊接工作，行走机器人主要是架着焊枪进行焊接寻迹。

根据大量的实验研究表明，本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人从根本上解决了生产周期长，工人劳动强度大及节能环保等相关问题。在焊接领域当中具有重要的意义和地位。

 

附图说明：

图1是本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的行走小车结构示意图。

图2是本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的小车底盘拆解结构示意图。

图3是本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的小车整体动力及导航拆解结构示意图。

图4是小车底盘主视图；

图5是本发明的小车底盘左视图。

图6是本发明的小车底盘右视图。

图7是本发明的小车底盘俯视图。

图8是本发明的小车外形主视图。

图9是本发明的小车外形俯视图。

图10是本发明的小车外形左视图。

图11是本发明的小车外形右视图。

图12是本发明的小车外形仰视图。

图13是本发明的焊枪结构说明图。

图14是本发明的工业摄像头安装位置示意图。

图15是本发明的焊枪外形主视图。

图16是本发明的焊枪外形俯视图。

图17是本发明的焊枪外形左视图。

图18是本发明系单枪双丝高速全自动气保焊接机器人的电气控制框图。

   图中：1为机器人行走小车车体、2为磁轮、3为小车驱动电机、31为小车驱动轴、32为动力约束体、33为花键轴、34为万向轴、35为底板、36为旋转架、37为电机座、4为转向驱动电机、41为转向驱动齿轮、42为齿条架、43为转向齿条、5为焊枪X轴进给电机、51为X轴驱动齿轮、52为X轴从动齿条、53为枪架底板、54为焊枪X轴运动导轨、6为焊枪Z轴进给电机、61为Z轴驱动丝杠、62为枪架活动板、63为枪架竖板、64为焊枪Z轴进给导轨、7为焊枪、71为风罩、72为冷却装置、73为冷却铜管、74为导电嘴、75为焊枪铜管、76为绝缘体、77为不锈钢管、78为焊丝孔、79为保护气体出口、8为工业摄像头。

 

具体实施方案

下面结合附图对本发明作进一步描述：

    一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，包括机器人行走小车车体1和磁轮2，以及设置在机器人行走小车车体1上的小车行动系统、小车转向系统、X轴校正装置和Z轴校正装置，所述小车行动系统连接磁轮2，Z轴校正装置上设置有焊枪7。

    小车行动系统包括小车驱动电机3、小车驱动轴31、动力约束体32、花键轴33、万向轴34、底板35、旋转架36和电机座37，所述小车驱动电机3连接小车驱动轴31，小车驱动轴31通过锥形齿轮连接花键轴33，花键轴33设置在动力约束体32内，花键轴33的两端分别连接一万向轴34，2个万向轴34分别设置在对应的旋转架36内，旋转架36设置在底板35

和电机座37之间。

    小车转向系统包括转向驱动电机40、转向驱动齿轮41、齿条架42、转向齿条43，所述转向驱动电机40连接转向驱动齿轮41，转向驱动齿轮41与设置在齿条架42上的转向齿条43啮合连接，齿条架42两端分别与2个旋转架36连接。

    X轴校正装置包括焊枪X轴进给电机5、X轴驱动齿轮51、X轴从动齿条52、枪架底板53和焊枪X轴运动导轨54，所述焊枪X轴进给电机5连接X轴驱动齿轮51，X轴驱动齿轮51连接X轴从动齿条52，X轴从动齿条52设置在枪架底板53上，枪架底板53与焊枪X轴运动导轨54滑动连接，焊枪X轴运动导轨54设置在机器人行走小车车体1上。

    Z轴校正装置包括焊枪Z轴进给电机6、Z轴驱动丝杠61、枪架活动板62、枪架竖板63和焊枪Z轴进给导轨64，所述焊枪Z轴进给电机6连接Z轴驱动丝杠61，与Z轴驱动丝杠61螺纹连接的螺母设置在枪架底板53上，焊枪Z轴进给电机6设置在枪架活动板62上，枪架活动板62通过焊枪Z轴进给导轨64与枪架竖板63连接，枪架竖板63设置在枪架底板53上。

    焊枪7包括风罩71、冷却装置72、冷却铜管73、导电嘴74、焊枪铜管75、绝缘体76、不锈钢管77、焊丝孔78和保护气体出口79，所述风罩71位于焊枪7端部，风罩71内设有导电嘴74，导电嘴74通过焊枪铜管75连接不锈钢管77，导电嘴74上设有焊丝孔78，导电嘴74和风罩71之间设有保护气体出口79，不锈钢管77和焊枪铜管75之间设有绝缘体76，风罩71与冷却装置72连接，冷却装置72连接冷却铜管73。

    焊枪7旁设有工业摄像头8。

如图1、8、14所示单枪双丝高速全自动焊接机器人包括：X方向校正装置，Z方向校正装置，行走机器人动力装置，导航装置。其中；所述的X方向校正装置包括有电机，齿轮，齿条，枪架，枪架，枪架，电机，导轨，丝杠及焊枪。电机连接齿轮带动齿条，齿条由螺钉固定在枪架上，枪架作为一个整体根据工业摄像头所产生的反馈信号给工控机，工控机发出脉冲带动焊枪在导轨上进行X方向纠正焊接位置。

如图1、8所示，以上所述的Z方向校正装置包括有电机，丝杠，枪架，枪架，枪架，导轨及枪架。电机连接丝杠固定在枪架上，电机根据工控机发出的脉冲使得丝杠发生旋转带动枪架和焊枪在导轨上进行Z方向的纠正。

如图3所示，行走机器人动力装置包括有电机，电机座，圆锥齿轮变速器，动力约束体，花键轴，万向轴，磁轮。电机连接圆锥齿轮变速器根据工控机所发出的脉冲旋转带动花键轴，花键轴在万向轴当中带动万向轴旋转从而使得磁轮产生动力使得小车前进或后退。

如图3、4所示，导航装置包括有电机，齿轮，齿条，齿条架，旋转架，旋转架，磁轮。电机连接齿轮根据工控机发出的信号旋转带动齿条在齿条架上运动，齿条架连接旋转架，旋转架连接旋转架带动磁轮进行左右旋转运动。

本发明的工作原理和工作过程如下：

    1将机器人小车设备放置在需要进行焊接的钢板上，焊枪要对准焊缝中间位置相当于加工中心当中的对刀，这时打开设备电源，机器开始工作，机器人下面的工业摄像头开始自动寻迹，将信号发送给工控机，动力电机接收工控机信号开始工作使得小车沿着焊缝轨迹行走。

    （2）工控机在小车开始行走以后，发出信号给焊枪，焊枪进行工作。

    （3）在进行焊接时焊缝的轨迹会有左右转弯的，工控机接收工业摄像头寻迹信号，然后发出信号给导航电机进行左右转弯，此时工业摄像头又发出信号纠正焊枪相对于焊缝的位置，使得焊枪始终在焊缝中进行焊接。本发明的工业摄像头具有耐高温、耐强光、抗磁干扰等特性。

    （4）当焊接一次完以后，焊枪会根据人工设定的焊接速度以及送丝机送丝速度由工控机计算，使得焊枪上升一定高度（Z方向纠正）后进行返回焊接运动（第二次焊接），如此反复直到焊缝焊满为止。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是包括机器人行走小车车体(1)和磁轮(2)，以及设置在机器人行走小车车体(1)上的小车行动系统、小车转向系统、X轴校正装置和Z轴校正装置，所述小车行动系统连接磁轮(2)，Z轴校正装置上设置有焊枪(7)。

2.根据权利要求1所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述小车行动系统包括小车驱动电机(3)、小车驱动轴(31)、动力约束体(32)、花键轴(33)、万向轴(34)、底板(35)、旋转架(36)和电机座(37)，所述小车驱动电机(3)连接小车驱动轴(31)，小车驱动轴(31)通过锥形齿轮连接花键轴(33)，花键轴(33)设置在动力约束体(32)内，花键轴(33)的两端分别连接一万向轴(34)，2个万向轴(34)分别设置在对应的旋转架(36)内，旋转架(36)设置在底板(35)和电机座(37)之间。

3.根据权利要求2所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述小车转向系统包括转向驱动电机(40)、转向驱动齿轮(41)、齿条架(42)、转向齿条(43)，所述转向驱动电机(40)连接转向驱动齿轮(41)，转向驱动齿轮(41)与设置在齿条架(42)上的转向齿条(43)啮合连接，齿条架(42)两端分别与2个旋转架(36)连接。

4.根据权利要求1所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述X轴校正装置包括焊枪X轴进给电机(5)、X轴驱动齿轮(51)、X轴从动齿条(52)、枪架底板(53)和焊枪X轴运动导轨(54)，所述焊枪X轴进给电机(5)连接X轴驱动齿轮(51)，X轴驱动齿轮(51)连接X轴从动齿条(52)，X轴从动齿条(52)设置在枪架底板(53)上，枪架底板(53)与焊枪X轴运动导轨(54)滑动连接，焊枪X轴运动导轨(54)设置在机器人行走小车车体(1)上。

5.根据权利要求4所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述Z轴校正装置包括焊枪Z轴进给电机(6)、Z轴驱动丝杠(61)、枪架活动板(62)、枪架竖板(63)和焊枪Z轴进给导轨(64)，所述焊枪Z轴进给电机(6)连接Z轴驱动丝杠(61)，与Z轴驱动丝杠(61)螺纹连接的螺母设置在枪架底板(53)上，焊枪Z轴进给电机(6)设置在枪架活动板(62)上，枪架活动板(62)通过焊枪Z轴进给导轨(64)与枪架竖板(63)连接，枪架竖板(63)设置在枪架底板(53)上。

6.根据权利要求1所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述焊枪(7)包括风罩(71)、冷却装置(72)、冷却铜管(73)、导电嘴(74)、焊枪铜管(75)、绝缘体(76)、不锈钢管(77)、焊丝孔(78)和保护气体出口(79)，所述风罩(71)位于焊枪(7)端部，风罩(71)内设有导电嘴(74)，导电嘴(74)通过焊枪铜管(75)连接不锈钢管(77)，导电嘴(74)上设有焊丝孔(78)，导电嘴(74)和风罩(71)之间设有保护气体出口(79)，不锈钢管(77)和焊枪铜管(75)之间设有绝缘体(76)，风罩(71)与冷却装置(72)连接，冷却装置(72)连接冷却铜管(73)。

7.根据权利要求1至6之一所述的一种单枪双丝高速全自动气保焊接机器人，其特征是所述焊枪(7)旁设有工业摄像头(8)。

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