CN103495798A - 一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直角坐标系焊接机器人的枪管装置，属于自动化控制技术领域。它解决了现有机器人的枪管装置工作空间大、加工纵深不足、存在焊接死角等问题。本枪管装置的焊枪头安装于芯轴底端，焊枪头尾部与送丝管连接，芯轴处设有控制焊枪头活动的摆动机构和回转机构。本焊接机器人的枪管装置通过摆动机构和回转机构组合操作，枪管装置结构紧凑，焊枪头活动更加灵活，适合结构复杂的工装环境；摆动和回转半径均比较小，能深入工装内部进行作业。经测试，本发明所需工作空间仅需Φ100毫米，加工纵深范围能达到1000毫米。

Description

一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种直角坐标系焊接机器人的枪管装置。

背景技术

焊接机器人主要用于代替人工进行焊接工作。目前焊接机器人有直角坐标系机器人和关节式机器人。关节式焊接机器人的焊枪软管沿关节臂悬挂至端部关节，使焊枪软管头部的焊枪头安装在关节臂的端部关节的下方，端部关节在驱动电机的驱动下能绕其上一关节来回转动，从而带动其上的焊枪头一起来回转动和摆动。上述机构存在缺点如下：为了避免焊枪软管与关节臂相互干涉，焊枪头的回转角度只能小于180°，从而导致焊接死角很大，通常都大于180°。由于关节与焊枪头的距离较远，摆动和回转的半径较大，无法伸入到空间较小且复杂工装的内部。关节式焊接机器人由于结构复杂、造价成本高，很难在量大面广的中小企业中推广。

目前市场上推出了价廉的直角坐标系焊接机器人，如：中国专利文献CN103111777A中公布了直角坐标系焊接机器人装置，其焊枪头可回转180°角度，但不能上下摆动。该专利存在以下缺点：1、回转电机通过连接板与焊枪头连接，回转半径较大，无法伸入到空间较小且复杂工装的内部，工作空间大，加工纵深不足；2、存在45°的回转死角，对工装的某个角度无法进行焊接；3、焊枪头不能摆动，焊枪头的运动受到一定的限制，无法实现复杂工装的焊接。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作空间较小、加工纵深较大且适合复杂环境作业的焊接机器人的枪管装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：焊枪头安装于芯轴底端，焊枪头尾部与送丝管连接，芯轴处设有控制焊枪头活动的摆动机构和回转机构。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，摆动机构由摆杆、两销轴、丝杆及由伺服电机控制的连接机构构成，送丝管底部装于摆杆一端，摆杆另一端分别与芯轴底部、丝杆的螺杆底部铰链，丝杆顶端设有连接机构。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，芯轴底部制有凹槽，凹槽两边的叉部各制有铰链轴孔，摆杆上部制有凹槽，两边叉部分别设轴孔和轴孔，丝杆的螺杆底部制有轴孔，销轴装于芯轴的铰链轴孔和摆杆的轴孔内，另一销轴装于摆杆的轴孔和丝杆的轴孔内。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，销轴套有两个轴套，分别位于芯轴的两铰链轴孔内侧、摆杆的两轴孔外侧；摆杆底部制有抱夹结构，送丝管底部套有绝缘套，装于摆杆的抱夹结构内。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，连接机构由法兰、两推力球轴承、电机座、螺母座、轴承座和伺服电机构成，电机座通过法兰固装于芯轴顶端；两推力球轴承、螺母座和轴承座装于电机座内腔，螺母座与电机座间隙配合，丝杆的螺母装于螺母座内，螺杆穿过推力球轴承、法兰，伺服电机安装于电机座顶端，输出轴穿过轴承座、另一推力球轴承与螺母座固连。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，推力球轴承与螺母座之间设有调整垫，套于丝杆的螺杆上；芯轴设有两个内腔，送丝管穿入芯轴的内腔，丝杆的螺杆穿入芯轴的内腔。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，回转机构由轴承、轴承座、伺服电机和传动机构构成，其中两轴承套于芯轴中部，轴承座固装于Y轴的滑块上，伺服电机通过电机安装板安装于轴承座侧面，伺服电机与芯轴之间为传动机构。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，传动机构由两同步带轮和同步带组成，一同步带轮固套于芯轴上部，另一同步带轮装于伺服电机输出轴上，两者通过同步带连接，外侧套有防护罩。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，芯轴上部设有三处变径段，中段直径小于下段且大于上段，上述两轴承套于芯轴中段，螺母套于芯轴上中段交界处，同步带轮位于螺母上侧。

在上述的应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置中，上述电机安装板设有长圆孔和圆孔，长圆孔套于螺母外侧，通过螺钉安装于轴承座上端，伺服电机固装于电机安装板圆孔处，伺服电机输出轴穿出电机安装板圆孔与同步带轮连接。

与现有技术相比，本一种焊接机器人的枪管装置具有以下的优点：

1、焊枪头回转和摆动半径小，回转、摆动时不会与工件、送丝管干涉，能自由伸入到工装内部焊接。

2、焊枪头可实现360°以上的回转及上下各45°摆动，焊枪头自由度较大，可消除焊接死角，使用性能提高。

3、枪管装置结构紧凑，所需工作空间仅需Φ100毫米，加工纵深范围能达到1000毫米。

附图说明

图1是直角坐标系焊接机器人结构示意图。

图2是本焊接机器人的枪管装置立体结构示意图。

图3是本焊接机器人的枪管装置的剖视图。

图4是本焊接机器人的枪管装置的爆炸图。

图中，焊枪头1、送丝管2、绝缘套3、摆杆4、摆杆轴孔4.1、摆杆轴孔4.2、销轴5、销轴6、轴套7、丝杆8、法兰9、推力球轴承10、调整垫11、轴承12、电机座13、螺母座14、推力球轴承15、轴承座16、伺服电机17、防护罩18、同步带19、同步带轮20、同步带轮21、螺母22、电机安装板23、伺服电机24、轴承座25、轴承26、芯轴27、芯轴内腔27.1、芯轴内腔27.2、滑块28、Y轴29、Z轴30、X轴31。

具体实施方式：

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1焊接机器人的直角坐标由X轴31、Y轴29和Z轴30构成，Y轴29设有滑块28，枪管装置固定于该滑块28。

如图2、图3和图4所示，枪管装置包括焊枪头1、送丝管2、芯轴27，送丝管2与焊枪头1的尾部连接，芯轴27处设有控制焊枪头1活动的摆动机构和回转机构。

摆动机构由摆杆4、销轴5、销轴6、丝杆8及由伺服电机17控制的连接机构构成，其结构如下：芯轴27设有两个内腔27.1、27.2，其中内腔27.1较大，供送丝管2穿入，内腔27.2较小，供丝杆8的螺杆穿入，螺杆底部制有轴孔。芯轴27底部制有凹槽，凹槽可放置摆杆4的上部，凹槽两边的叉部各制有铰链轴孔。摆杆4上部设有供丝杆8的螺杆底部放置的凹槽，两边叉部各设有轴孔，分别为轴孔4.1、轴孔4.2，销轴5分别穿过芯轴27一边的铰链轴孔、轴套7、摆杆轴孔4.1、另一轴套7、芯轴27另一边的铰链轴孔，将摆杆4与芯轴27铰链。销轴6穿过摆杆轴孔4.2和丝杆8的螺杆底部轴孔，将摆杆4与丝杆8铰链。轴套7一般由尼龙制成，可减少摆杆4与芯轴27相对活动时的摩擦力，两者之间不容易磨损。摆杆4底部设有抱夹结构，送丝管2从芯轴27上部侧面穿入内腔27.1，从芯轴27底部凹槽处穿出，送丝管2底部套有绝缘套3再安装于摆杆4的抱夹结构内，送丝管2穿出摆杆4部位与焊枪头1的尾部连接。绝缘套3的作用是阻止电焊机的低压、大电流传到机器人上，从而保护机器人运动副的部件、零件和所有电器、系统。

由伺服电机17控制的连接机构设于丝杆8顶端，其结构为：法兰9通过螺钉固定在芯轴27顶端，电机座13通过螺钉固定在法兰9另一侧，伺服电机17固定在电机座13的顶端。电机座13内腔从下到上依次装有推力球轴承10、调整垫11、螺母座14、推力球轴承15、轴承座16，法兰9和伺服电机17将上述几个部件封装于电机座13内腔，螺母座14与电机座13内腔间隙配合，可在电机座13内腔转动。丝杆8的螺母装配于螺母座14内，螺杆分别穿过调整垫11、推力球轴承10、法兰9后再穿入芯轴内腔27.2。伺服电机17的输出轴穿过轴承座16、推力球轴承15与螺母座14固定连接。调整垫11可以由多个垫块组成，也可以是厚度合适的一整块，其作用是消除丝杆8螺母与法兰9之间的间隙，控制丝杆8的伸缩长度，提高焊枪头1摆动精度。丝杆8的螺杆由于较长，其螺纹段只在上部较短的一段，在实际生产中，可将螺杆分段处理后再焊接成一整体。

回转机构由轴承12、轴承26、轴承座25、伺服电机24和传动机构构成，其结构如下：芯轴27上部设有三处变径段，形成上、中、下三段，下段为芯轴27上部，直径没有变化，中段直径小于下段直径但大于上段直径。下段与中段交界处形成阶梯环，中段与上段之间设有与螺母22配合的螺纹，阶梯环与螺母22之间固装有两个轴承26、12，外侧套有轴承座25，轴承座25内侧通过螺钉与Y轴29上的滑块28固连。螺母22的作用是将两个轴承26、12封装于轴承座25内。

电机安装板23设有长圆孔和圆孔，其中长圆孔套于螺母22外侧并通过螺钉安装于轴承座25上端，长圆孔与螺母22间隙配合，伺服电机24安装于电机安装板23圆孔处，伺服电机24和轴承座25位于电机安装板23同一侧。伺服电机24的输出端穿过电机安装板23圆孔固套同步带轮20，同步带轮21固套在芯轴27上且位于螺母22上端，同步带轮20和同步带轮21通过同步带19连接，外侧套有防护罩18，上述结构构成传动机构。长圆孔的作用是调整伺服电机24与芯轴27的中心距。传动机构也可由两个齿轮啮合构成，一个齿轮固套于芯轴27上，另一齿轮与伺服电机24的输出轴连接，该方案未提供示意图。

摆动工作原理：伺服电机17正反转动，输出轴带动螺母座14转动，由于螺母座14与电机座13间隙配合，与丝杆8的螺母紧配合，电机座14与芯轴27固定，在两个推力球轴承10、15支承下，螺母座14带动丝杆8的螺母并驱动丝杆8在芯轴内腔27.2作伸缩运动，带动摆杆4底部绕销轴5摆动，焊枪头1实现上下各45°摆动，大大提高了焊枪头1的灵活性。另外,焊枪头1是绕销轴5摆动，芯轴27保持不动，摆动半径较小。

回转工作原理：伺服电机24正反转动时，同步带轮20带动同步带轮21转动。由于轴承座25固定在Y轴29上，而电机安装板23与轴承座25固定，在两轴承26、12支承下，同步带轮21带动芯轴27绕芯轴27的中心轴转动，而轴承座25、伺服电机24保持不动。上述送丝管2装于芯轴内腔27.1内，芯轴27的转动不受送丝管2干扰，芯轴27正反均可达到180°以上，从而焊枪头1可实现360°旋转，不存在焊接死角。另外，芯轴27绕中心轴转动即可实现焊枪头1转动，回转半径较小。

本发明在枪管装置上设有摆动机构和回转机构，枪管装置结构紧凑，通过摆动机构和回转机构组合操作，焊枪头1活动更加灵活，适合结构复杂的工装环境；摆动和回转半径均比较小，能深入工装内部进行作业。经测试，本发明所需工作空间仅需Φ100毫米，加工纵深范围能达到1000毫米，与市场上同类产品加工空间需Φ150毫米、加工纵深最大仅375毫米相比，具有较大的优势。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了焊枪头1、送丝管2、绝缘套3、摆杆4、摆杆轴孔4.1、摆杆轴孔4.2、销轴5、销轴6、轴套7、丝杆8、法兰9、推力球轴承10、调整垫11、轴承12、电机座13、螺母座14、推力球轴承15、轴承座16、伺服电机17、防护罩18、同步带19、同步带轮20、同步带轮21、螺母22、电机安装板23、伺服电机24、轴承座25、轴承26、芯轴27、芯轴内腔27.1、芯轴内腔27.2、滑块28、Y轴29、Z轴30、X轴31等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置,焊枪头（1）安装于芯轴（27）底端，焊枪头（1）尾部与送丝管（2）与连接，其特征在于芯轴（27）处设有控制焊枪头（1）活动的摆动机构和回转机构。

2.根据权利要求1所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于摆动机构由摆杆（4）、销轴（5）、销轴（6）、丝杆（8）及由伺服电机（17）控制的连接机构构成，送丝管（2）底部装于摆杆（4）一端，摆杆（4）另一端分别与芯轴（27）底部、丝杆（8）的螺杆底部铰链，丝杆（8）顶端设有连接机构。

3.根据权利要求2所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于芯轴（27）底部制有凹槽，凹槽两边的叉部各制有铰链轴孔，摆杆（4）上部制有凹槽，两边叉部分别设轴孔（4.1）和轴孔（4.2），丝杆（8）的螺杆底部制有轴孔，销轴（5）装于芯轴（27）的铰链轴孔和摆杆（4）的轴孔（4.1）内，销轴（6）装于摆杆轴孔（4.2）和丝杆（8）的轴孔内。

4.根据权利要求3所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于销轴（5）套有两个轴套（7），分别位于芯轴（27）的两铰链轴孔内侧、摆杆轴孔（4.1）外侧；摆杆（4）底部制有抱夹结构，送丝管（2）底部套有绝缘套（3），装于摆杆（4）的抱夹结构内。

5.根据权利要求4所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于连接机构由法兰（9）、推力球轴承（10）、电机座（13）、螺母座（14）、推力球轴承（15）、轴承座（16）和伺服电机（17）构成，电机座（13）通过法兰（9）固装于芯轴（27）顶端；推力球轴承（10）、螺母座（14）、推力球轴承（15）和轴承座（16）装于电机座（13）内腔，螺母座（14）与电机座（13）间隙配合，丝杆（8）的螺母装于螺母座（14）内，螺杆穿过推力球轴承（10）、法兰（9），伺服电机（17）安装于电机座（13）顶端，输出轴穿过轴承座（16）、推力球轴承（15）与螺母座（14）固连。

6.根据权利要求5所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于推力球轴承（10）与螺母座（14）之间设有调整垫（11），套于丝杆（8）的螺杆上；芯轴（27）设有两个内腔，送丝管（2）穿入芯轴（27）的内腔（27.1），丝杆（8）的螺杆穿入芯轴（27）的内腔（27.2）。

7.根据权利要求1或6一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于回转机构由轴承（12、26）、轴承座（25）、伺服电机（24）和传动机构构成，其中两轴承（12、26）套于芯轴（27）中部，轴承座（25）固装于Y轴（29）的滑块（28）上，伺服电机（24）通过电机安装板（23）安装于轴承座（25）侧面，伺服电机（24）与芯轴（27）之间为传动机构。

8.根据权利要求7所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于传动机构由同步带轮（21）、同步带（19）和同步带轮（20）组成，同步带轮（21）固套于芯轴（27）上部，同步带轮（20）装于伺服电机（24）输出轴上，两者通过同步带（19）连接，外侧套有防护罩（18）。

9.根据权利要求8所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于芯轴（27）上部设有三处变径段，中段直径小于下段且大于上段，上述两轴承（12、26）套于芯轴（27）中段，螺母（22）套于芯轴（27）上中段交界处，同步带轮（21）位于螺母（22）上侧。

10.根据权利要求9所述一种应用于直角坐标系焊接机器人的枪管装置，其特征在于上述电机安装板（23）设有长圆孔和圆孔，长圆孔套于螺母（22）外侧，通过螺钉安装于轴承座（25）上端，伺服电机（24）固装于电机安装板（23）圆孔处，伺服电机（24）输出轴穿出电机安装板（23）圆孔与同步带轮（20）连接。

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