CN103801888A - 升降式手动托盘车自动化焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种升降式手动托盘车自动化焊接装置，包括底座，位于托盘车底座一侧的变位机底座，以及位于托盘车底座另一侧的焊接机器人，托盘车底座用于粗定为该手动托盘车，变位机底座包括一将手动托盘车精定位夹紧的托盘车工装架，该托盘车工装架为一在该托盘车工装架前侧沿y方向水平延伸的架体，并且该托盘车工装架可带动该手动托盘车沿变位机底座上下移动以及旋转。本发明极大地减少了手动托盘车焊接加工工序，有效节省加工场地面积；提高了手动托盘车焊接加工的生产效率和加工质量；增加了手动托盘车焊接加工的规格；减少了用工人数和劳动强度，并从机电一体化设计思想出发，弥补或减少其局限性，为手动托盘车自动化柔性焊接加工提供了一方案。

Description

升降式手动托盘车自动化焊接装置

技术领域

本发明涉及一种自动化焊接装置，特别是涉及一种升降式手动托盘车自动化焊接装置。

背景技术

近年来，工业发达国家的焊接装备的发展速度迅速，生产的自动化焊接装备已向柔性制造系统方向发展，采用了先进的自动控制系统、智能化控制系统和网络控制系统等，已广泛采用焊接机器人作为操作单元，组成焊接中心、焊接生产线、柔性制造系统和集成制造系统。当前，机器人焊接生产线的关键技术主要被日本、德国、美国的公司所垄断。进入80年代以后，我国的焊接装备的成套性、自动化程度、精度、制造质量方面都有不同程度的提高，但普遍存在成套性较差，自动化程度较低。焊接操作机与配套设备基本上不能联动控制，用户必须自行改造。从整体水平来说，与先进国家相比，尚有较大的差距。

手动托盘车是简便、有效的物流搬运设备，广泛应用于车间、仓库、车站、港口、机场等国民经济各部门，是装卸、短距离运输的高效设备。随着经济、物流的快速发展，手动托盘车已出现持续的供不应求的局面。

由于应用场合的不同，手动托盘车有多个规格，各种规格的高度基本一致，但长度和宽度各不相同，重量一般为几十公斤。同时，手动托盘车由16个零部件构成，绝大部分零部件为异型钣金件，手动托盘车的爆炸视图如图1所示，包括平行的两个货叉1’，位于两个货叉1’的一端之间的与货车1’相垂直向上的三角2’，以及位于货叉1’一端之间的中档3’和分别位于货叉1’一端的后盖板4’，该三角2’的顶部还设有顶盖5’，三角2’的两侧分别具有长轴套孔插有长轴套6’。

各零部件的焊接加工有严格的焊接次序。因此，目前手动托盘车的焊接加工主要根据其零部件构成的内在逻辑关系，按照先后次序分多工序组织生产，如先进行货叉与中档焊接，然后进行三角与货叉焊接、三角与顶盖焊接，再进行长轴套焊接、货叉盖板焊接等等。同时，手动托盘车的绝大部分零部件为异型钣金件，三角内部空间狭小，焊接加工时存在死区，因此，最后一般还需要几道人工补焊工序，才能完成手动托盘车所有的焊接加工。

从目前多工序焊接加工手动托盘车的组织生产方式分析，存在着以下的局限性：（1）定位基准不统一，影响加工精度和加工质量。手动托盘车焊接加工需多道工序完成，每道工序的定位基准难以与设计基准完全统一，且各道工序间存在一定的定位误差。（2）生产效率低。多工序焊接加工手动托盘车时，每道工序均需上下料、定位与装夹、焊接加工等，辅助时间多，生产效率低。（3）劳动力密集，劳动强度大，工作环境差。多工序完成手动托盘车焊接加工的生产方式，需较多的操作工人参与，操作人员每天需不断搬运、翻转成千上百个手动托盘车，劳动强度十分巨大，同时，焊接加工产生的有害气体对操作人员的身体健康构成一定的危害。（4）焊接加工装备的柔性不够，用场地面积大。多工序手动托盘车焊接加工需要较多的生产环节，生产链长，所需使用场地面积大。同时，现有的生产装备往往只能完成单个规格的手动托盘车的焊接加工，对使用场地面积的需求更加巨大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现手动托盘车空间精密变位，以满足手动托盘车的补焊空间位置需要进行自动焊接的升降式手动托盘车自动化焊接装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种升降式手动托盘车自动化焊接装置，包括底座，位于托盘车底座一侧的变位机底座，以及位于托盘车底座另一侧的焊接机器人，该焊接机器人和变位机底座均竖直设置，该焊接机器人与变位机底座的延伸方向为z方向，托盘车底座从变位机底座至焊接机机器人的方向为y方向，底座的水平面上与该y、z方向垂直的方向为x方向，其特征在于：所述托盘车底座用于粗定为该手动托盘车，所述变位机底座包括一将手动托盘车精定位夹紧的托盘车工装架，该托盘车工装架为一在该托盘车工装架前侧沿y方向水平延伸的架体，并且该托盘车工装架可带动该手动托盘车沿变位机底座上下移动以及旋转。

优选地，为了使托盘车工装架以及定位在其上的手动托盘车能够转动并且上下移动，所述变位机底座包括四个角落竖直设有的直线导轨副，该直线导轨副包括直线导轨和滑块，回转机构支架通过与该四个直线导轨副的滑块连接进而连接在变位机底座上，并且该回转机构支架可沿该直线导轨上下运动，回转伺服电机机架安装在回转机构支架上，并且回转伺服电机安装在回转伺服电机机架上，该回转伺服电机连接至该回转机构支架y方向前侧位于xz平面上的转盘并驱动该转盘转动，所述转盘的另一端连接安装所述托盘车工装架。

优选地，所述变位机底座的中间设有精密滚珠丝杠副，包括精密滚珠丝杠和滚珠螺母，精密滚珠丝杆两端通过滚动轴承在底座中间并且竖直设置，精密滚珠丝杆的底部连接有升降伺服电机，滚珠螺母安装在回转机构支架上，回转机构支架通过升降私服电机以及丝杆螺母副的驱动沿所述直线导轨上下运动。

优选地，为了将手动托盘车与托盘车工装架之间进行粗定位，x方向粗定位气缸安装在托盘车底座上，与手动托盘车的质心在x方向保持在同一直线附近，2个y方向粗定位气缸安装在变位机底座的两侧，分别对应手动托盘车两个货叉的x方向中间位置附近，x、y方向粗定位挡块分别安装在托盘车底座的相应位置上，x方向、y方向粗定位气缸将手动托盘车推至相应的挡块位置实现手动托盘车的粗定位。

为了将手动托盘车与托盘车工装架之间进行y方向精定位，两个长轴套定位气缸安装在托盘车工装架上y方向前端两侧，其活塞端沿x方向设置，长轴套定位压杆固定在长轴套定位气缸的活塞端并且沿y方向设置，锥形销固定在长轴套定位压杆的y方向前端，并且沿x方向相对设置。

为了将手动托盘车与托盘车工装架之间进行x方向精定位，该托盘车工装架为一沿y方向水平延伸的架体，具有两片沿y方向延伸沿x方向相互平行并且与手动托盘车的两个货叉分别匹配的架臂，x方向精定位气缸安装在托盘车工装架一侧的架臂的下方，沿y方向间隔设置有两个，其活塞杆沿x方向延伸，x方向精定位挡块安装在托盘车工装架另一侧的架臂的右下方，在x方向上分别与该x方向精定位气缸保持一直线，在y方向上与x方向精定位气缸对应设置有两个，并且该x方向精定位挡块的部分延伸位于另一侧的臂架相对于一侧的臂架的侧面上。

为了将手动托盘车与托盘车工装架之间进行z方向精定位，z方向定位夹紧气缸通过一支架安装在托盘车工装架前端的中间位置上方，z方向定位夹紧机构安装在托盘车工装架下方沿x方向延伸设置，并且在托盘车工装架的两个架臂下方各有一个，并且z方向夹紧气缸的活塞端连接至该z方向定位夹紧机构，齿轮齿条副安装在z方向定位夹紧气缸的下方的支架上，y方向推拉气缸沿托盘车工装架的y方向延伸设置并且其活塞端连接至齿轮齿条副，该y向推拉气缸和z方向定位夹紧气缸使该z方向夹紧机构沿x和z方向运动。

优选地，配重块位于变位机底座的后侧，链轮及链轮支架安装在变位机底座顶部，配重链条一端与配重块相连接，另一端通过链轮及链轮支架后与转盘相连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于本发明采用焊接机器人、伺服转动机构、伺服升降机构、结构优化设计、空间拓扑优化等方法构建升降式手动托盘车自动化焊接柔性变位机，极大地减少了手动托盘车焊接加工工序，有效节省加工场地面积；极大地提高了手动托盘车焊接加工的生产效率和加工质量；有效地增加了手动托盘车焊接加工的规格；极大的减少了用工人数和劳动强度，并从机电一体化设计思想出发，弥补或减少其局限性，为解决手动托盘车自动化柔性焊接加工提供了一方案。

附图说明

图1为现有技术中手动托盘车的部件分解图。

图2为本发明升降式手动托盘车自动化焊接装置的立体示意图。

图3为本发明升降式手动托盘车自动化焊接装置的侧视图。

图4为本发明升降式手动托盘车自动化焊接装置的托盘车工装架的部分结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明的升降式手动托盘车自动化焊接装置，如图2-4所示，包括焊接机器人13、托盘车14、托盘车工装架11、托盘车底座1、变位机底座2、x方向粗定位气缸15、x方向粗定位挡块4、y方向粗定位挡块5、y方向粗定位气缸6、x方向精定位气缸、x方向精定位挡块25、长轴套定位气缸30、长轴套定位压杆21、锥形销22、z方向定位夹紧气缸12、y方向推拉气缸26、z方向夹紧机构23、齿轮齿条副24、升降伺服电机3、精密滚珠丝杠副16、直线导轨副8、回转伺服电机19、回转伺服电机机架17、回转机构支架18、转盘10、配重块7、配重链条9、链轮及链轮支架10及相关附件等。

该升降式手动托盘车自动化焊接装置包括底座1，位于托盘车底座1一侧的变位机底座2，以及位于托盘车底座1另一侧的焊接机器人13，该焊接机器人13和变位机底座2均竖直设置，如图2所示，该焊接机器人13与变位机底座2的延伸方向为z方向，托盘车底座1从变位机底座2至焊接机机器人13的方向为y方向，底座1的水平面上与该y、z方向垂直的方向为x方向。

该变位机底座2包括四个角落竖直设有的直线导轨副8，该直线导轨副8包括直线导轨和滑块，回转机构支架18通过与该四个直线导轨副8的滑块连接进而连接在变为即底座2上，并且该回转机构支架18可沿该直线导轨上下运动。该变位机底座2的中间设有精密滚珠丝杠副16，包括精密滚珠丝杠和滚珠螺母，精密滚珠丝杆两端通过滚动轴承在底座2中间并且竖直设置，精密滚珠丝杆的底部连接有升降伺服电机3，滚珠螺母安装在回转机构支架18上，回转机构支架18通过升降私服电机3以及丝杆螺母副16的驱动沿该直线导轨上下运动。回转伺服电机机架17安装在回转机构支架18上，并且回转伺服电机19安装在回转伺服电机机架17上，该回转伺服电机19连接至该回转机构支架18y方向前侧安装的转盘20并驱动该转盘20转动，该转盘20安装在变位机底座2的y方向前侧并且位于xz平面上。转盘20的另一端连接安装有托盘车工装架11，该托盘车工装架11上用于精定位以及夹紧手动托盘车14，因此，该转盘20可带动该手动托盘车14转动。如图4所示，该托盘车工装架11为一沿y方向水平延伸的架体，具有两片沿y方向延伸沿x方向相互平行并且与手动托盘车14的两个货叉分别匹配的架臂111。手动托盘车14精定位与夹紧后升至一定高度，由回转伺服电机19将手动托盘车精密转动至各个最佳焊接空间位置，实现多工位的精密焊接。

x方向粗定位气缸15、2个y方向粗定位气缸6、相应的x、y方向粗定位挡块4、5等构成手动托盘车的粗定位系统，x方向粗定位气缸15安装在托盘车底座1上，与手动托盘车14的质心在x方向大致保持在同一直线附近，2个y方向粗定位气缸6安装在变位机底座2的两侧，分别对应手动托盘车两个货叉的x方向中间位置附近，x、y方向粗定位挡块4、5安装在托盘车底座1的相应位置上，分别在x和y方向的外侧方向上与手动托盘车相抵。当手动托盘车14传送或放置至托盘车底座1上时，x方向、y方向粗定位气缸将手动托盘车14推至相应的挡块位置，实现手动托盘车的粗定位，便于后续手动托盘车的精密定位。

精定位系统由x方向、y方向和z方向三个精定位夹紧单元组成：两个长轴套定位气缸29、长轴套定位压杆21、锥形销22等构成y方向精定位夹紧单元，两个长轴套定位气缸29安装在托盘车工装架11上y方向前端两侧各一个，其活塞端沿x方向设置，长轴套定位压杆21固定在长轴套定位气缸29的活塞端并且沿y方向设置，锥形销22固定在长轴套定位压杆21的y方向前端，并且沿x方向相对设置。

手动托盘车14粗定位后，x方向、y方向粗定位气缸15、6松开，升降伺服电机3带动托盘车工装架11下降，使其底平面与两个货叉的上表面微接触，然后启动两个长轴套定位气缸29，带动长轴套定位压杆21沿x方向运动，并将锥形销22插入手动托盘车14上的两个长轴套内，实现手动托盘车14y方向的精定位。

x方向精定位气缸28、x方向精定位挡块25等构成的x方向精定位夹紧单元。如图2所示，x方向精定位气缸28安装在托盘车工装架11的x方向一侧的架臂111的下方，沿y方向间隔设置有两个，其活塞杆281沿x方向延伸，x方向精定位挡块25安装在托盘车工装架11的x方向另一侧的架臂111的右下方，并且，沿x方向分别与该x方向精定位气缸28保持一直线，也在y方向上与x方向精定位气缸28对应设置有两个，并且该x方向精定位挡块25的部分延伸位于另一侧的臂架111相对于一侧的臂架111的侧面上。手动托盘车14在y方向精定位后，启动x方向精定位气缸28，x方向精定位气缸28的输出轴x方向设置驱动手动托盘车14的一侧货叉表面，使手动托盘车14沿一个x方向运动，进而将手动托盘车14另一侧货叉的一侧表面与x方向精定位挡块25夹紧，实现x方向的精定位与夹紧。

z方向定位夹紧气缸12、y方向推拉气缸26、齿轮齿条副24及z方向夹紧机构23等构成z方向精定位夹紧单元。z方向定位夹紧气缸12通过一支架安装在托盘车工装架11前端的中间位置上方，z方向定位夹紧机构23安装在托盘车工装架11下方沿x方向延伸设置，并且在托盘车工装架11的两个架臂111下方各有一个，并且z方向夹紧气缸12的活塞端连接至该z方向定位夹紧机构。齿轮齿条副24安装在z方向定位夹紧气缸12的下方的支架上，y方向推拉气缸26沿托盘车工装架11y方向延伸设置并且其活塞端连接至齿轮齿条副24，该y向推拉气缸26和z方向定位夹紧气缸12可以使该z方向夹紧机构23沿x和z方向运动。x、y方向精定位后，由z方向定位夹紧气缸12带动z方向定位夹紧机构23下降至一定高度，然后y方向推拉气缸26推动齿轮齿条副24，使z方向夹紧机构23位于两个货叉x方向中间位置正下方，最后拉紧z方向夹紧气缸12，使z方向夹紧机构23向上与两个货叉下表面紧密接触，从而实现z方向的精定位与夹紧。

配重块7、配重链条9、链轮及链轮支架10等构成配重模块，配重块7位于变位机底座2的后侧，链轮及链轮支架10安装在变位机底座2顶部，配重链条9一端与配重块7相连接，另一端通过链轮及链轮支架10后与转盘20相连接。配重模块保障变位机底座2承受主要负载，优化了变位机的动态性能，保障变位机的稳定性、可靠性和使用寿命。

综上所述，本发明采用手动托盘车精密夹装模块、精密升降机构、精密回转机构等，实现手动托盘车在空间内的精密变位，以满足手动托盘车的补焊空间位置需要。该变位机既可采用焊接机器人进行自动化焊接，也可采用人工焊接，具有很强的实用性。

该升降式手动托盘车的自动化焊接装置设计了手动托盘车的精密夹装模块，确保焊接机器人焊接时与各焊缝有正确的相对空间位置。手动托盘车的零部件均为异型钣金件，各零部件塑性加工时不可避免地存在回弹现象等引起的加工误差；同时前面的焊接加工工序必然存在热变形引起的加工误差。为消除回弹、焊接变形等带来的定位困难，选取左右两个货叉中间位置各2点，共4点作为定位水平面，同时利用两个锥形销与手动托盘车两端的长轴套孔精密配合定位，保障了手动托盘车的定位与夹紧的精密性、稳定性和可靠性。

为了消除手动托盘车的焊接死区以及保障最优的焊接位置，必须将手动托盘车提升至一定高度并转动一定的角度后进行焊接加工。本发明采用伺服电机加精密滚珠丝杠的传动方法解决高度方向的精密定位问题，为了改善的受力状况和减少反向间隙误差，对精密滚珠丝杠前后两侧进行优化配重，并采用机电一体化技术优化升降过程，保障升降过程的高效、平稳。

为了消除手动托盘车的焊接死区以及保障最优的焊接位置，必须将手动托盘车提升至一定高度并转动一定的角度后进行焊接，其中精密回转技术是保障焊缝质量的关键之一。本发明采用伺服电机、先进控制策略、制动系统解决精密回转问题。设计了对模型摄动具有稳定性及抗扰动的鲁棒控制策略，可现实不同规格的手动托盘车的精密回转定位控制。同时采用轻量化设计和空间拓扑结构优化技术，优化的质心空间位置、转动惯量以及回转系统的动态响应性能。

针对手动托盘车多规格特点，本发明采用综合柔性设计技术解决多规格手动托盘车的焊接加工：采用可调位定位块，伺服气缸实现多规格手动托盘车柔性精密定位与装夹；采用伺服电机＋数控技术解决高度方向的柔性精密定位问题；采用伺服电机、先进控制策略、制动系统解决多角度精密回转定位问题等。用户可根据实际生产需要，调整相关定位块的物理位置、切换相应的控制软件，便可方便、快速地实现多种手动托盘车的焊接加工，因此，本发明使用方便，应用场合广。

最后，为了提高安全性，升降式手动托盘车自动化焊接柔性变位机的运动部件均设置行程开关和机械挡块，各种伺服气缸、运动部件等有防护罩等，确保工作人员及财产安全。

Claims (8)

1.一种升降式手动托盘车自动化焊接装置，包括底座（1），位于托盘车底座（1）一侧的变位机底座（2），以及位于托盘车底座（1）另一侧的焊接机器人（13），该焊接机器人（13）和变位机底座（2）均竖直设置，该焊接机器人（13）与变位机底座（2）的延伸方向为z方向，托盘车底座（1）从变位机底座（2）至焊接机机器人（13）的方向为y方向，底座（1）的水平面上与该y、z方向垂直的方向为x方向，其特征在于：所述托盘车底座（1）用于粗定为该手动托盘车（14），所述变位机底座（2）包括一将手动托盘车（14）精定位夹紧的托盘车工装架(11)，该托盘车工装架（11）为一在该托盘车工装架（11）前侧沿y方向水平延伸的架体，并且该托盘车工装架（11）可带动该手动托盘车（14）沿变位机底座（2）上下移动以及旋转。

2.如权利要求1所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：所述变位机底座（2）包括四个角落竖直设有的直线导轨副（8），该直线导轨副（8）包括直线导轨和滑块，回转机构支架（18）通过与该四个直线导轨副(8)的滑块连接进而连接在变位机底座（2）上，并且该回转机构支架（18）可沿该直线导轨上下运动，回转伺服电机机架（17）安装在回转机构支架（18）上，并且回转伺服电机（19）安装在回转伺服电机机架（17）上，该回转伺服电机（19）连接至该回转机构支架（18）y方向前侧位于xz平面上的转盘（20）并驱动该转盘（20）转动，所述转盘（20）的另一端连接安装所述托盘车工装架（11）。

3.如权利要求2所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：所述变位机底座（2）的中间设有精密滚珠丝杠副（16），包括精密滚珠丝杠和滚珠螺母，精密滚珠丝杆两端通过滚动轴承在底座（2）中间并且竖直设置，精密滚珠丝杆的底部连接有升降伺服电机（3），滚珠螺母安装在回转机构支架（18）上，回转机构支架（18）通过升降私服电机（3）以及丝杆螺母副（16）的驱动沿所述直线导轨上下运动。

4.如权利要求2所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：x方向粗定位气缸（15）安装在托盘车底座（1）上，与手动托盘车（14）的质心在x方向保持在同一直线附近，2个y方向粗定位气缸（6）安装在变位机底座（2）的两侧，分别对应手动托盘车两个货叉的x方向中间位置附近，x、y方向粗定位挡块（4、5）分别安装在托盘车底座（1）的相应位置上，x方向、y方向粗定位气缸将手动托盘车（14）推至相应的挡块位置实现手动托盘车（14）的粗定位。

5.如权利要求4所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：两个长轴套定位气缸（29）安装在托盘车工装架（11）上y方向前端两侧，其活塞端沿x方向设置，长轴套定位压杆（21）固定在长轴套定位气缸（29）的活塞端并且沿y方向设置，锥形销（22）固定在长轴套定位压杆（21）的y方向前端，并且沿x方向相对设置。

6.如权利要求5所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：该托盘车工装架（11）为一沿y方向水平延伸的架体，具有两片沿y方向延伸沿x方向相互平行并且与手动托盘车（14）的两个货叉分别匹配的架臂（111），x方向精定位气缸（28）安装在托盘车工装架（11）一侧的架臂（111）的下方，沿y方向间隔设置有两个，其活塞杆（281）沿x方向延伸，x方向精定位挡块(25)安装在托盘车工装架（11）另一侧的架臂(111)的右下方，在x方向上分别与该x方向精定位气缸（28）保持一直线，在y方向上与x方向精定位气缸（28）对应设置有两个，并且该x方向精定位挡块（25）的部分延伸位于另一侧的臂架（111）相对于一侧的臂架（111）的侧面上。

7.如权利要求6所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：z方向定位夹紧气缸（12）通过一支架安装在托盘车工装架（11）前端的中间位置上方，z方向定位夹紧机构（23）安装在托盘车工装架（11）下方沿x方向延伸设置，并且在托盘车工装架（11）的两个架臂（111）下方各有一个，并且z方向夹紧气缸（12）的活塞端连接至该z方向定位夹紧机构（23），齿轮齿条副（24）安装在z方向定位夹紧气缸（12）的下方的支架上，y方向推拉气缸（26）沿托盘车工装架（11）的y方向延伸设置并且其活塞端连接至齿轮齿条副（24），该y向推拉气缸（26）和z方向定位夹紧气缸（12）使该z方向夹紧机构(23)沿x和z方向运动。

8.如权利要求2所述的升降式手动托盘车自动化焊接装置，其特征在于：配重块（7）位于变位机底座（2）的后侧，链轮及链轮支架（10）安装在变位机底座（2）顶部，配重链条(9)一端与配重块(7)相连接，另一端通过链轮及链轮支架(10)后与转盘(20)相连接。

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