CN105014271B - 桁架支管焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架支管焊接机器人，它包括箱体、圆周调节机构、轴向调节机构、径向调节机构和焊枪机构，圆周调节机构包括第一电机和旋转轴，旋转轴安装在第一电机上，轴向调节机构包括第二电机和第一螺杆，第二电机可转动地安装在旋转轴上，第一螺杆安装在第二电机上，并且第一螺杆与旋转轴平行，第一螺杆通过螺纹连接有滑块，径向调节机构包括第三电机和第二螺杆，第三电机固定在滑块上，第二螺杆安装在第三电机上，并且第二螺杆与第一螺杆垂直，第二螺杆通过螺纹连接有滑杆，焊枪机构包括第四电机和安装在第四电机上的焊枪，焊枪与滑杆的底端相铰接。本发明自动化程度高，操作简单，节省了大量劳动力。

Description

桁架支管焊接机器人

技术领域

本发明涉及一种桁架支管焊接机器人，属于焊接技术领域，主要用于桁架支管的焊接。

背景技术

目前，随着世界制造业的迅速发展，焊接技术的应用也越来越广泛，企业对焊接质量、焊接效率的要求也不断提高。针对特定焊接件使用焊接专机是解决此问题的有效途径之一，因此焊接专机也成为焊接设备的重要发展方向之一。铝合金桁架的主管和支管存在大量的相贯线焊缝。在手工交流钨极氩弧焊焊接铝合金桁架时，为了节省桁架翻转消耗时间及焊接操作的方便，操作流程是同一主管与所有支管的相贯线，先完成外侧相贯线的一半的焊接，然后翻转桁架将外侧的半相贯线全部焊完，再采用同样的方法进行里侧的相贯线焊接。这样的方法存在操作繁琐，工作效率低的缺点。

直支管、斜支管和铝合金管材相贯线是空间曲线，一般焊接采用手工交流钨极氩弧焊焊接。采用手工交流钨极氩弧焊焊接铝合金桁架，焊接周期长，大批量生产时消耗大量的劳动力和时间。由于特殊的结构设计和焊接流程使得焊缝不连续，焊接质量不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种桁架支管焊接机器人，它自动化程度高，操作简单，节省了大量劳动力。

为了觖决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种桁架支管焊接机器人，它包括箱体、圆周调节机构、轴向调节机构、径向调节机构和焊枪机构，箱体的中部设有用于插入桁架支管的支管孔，圆周调节机构可滑动地安装在箱体内，圆周调节机构包括第一电机和旋转轴，旋转轴安装在第一电机上，所述的轴向调节机构包括第二电机和第一螺杆，第二电机可转动地安装在旋转轴上，以便将轴向调节机构的转动与旋转轴的自转分开，第一螺杆安装在第二电机上，并且第一螺杆与旋转轴平行，第一螺杆通过带有螺纹的滑块与旋转轴连接，所述的径向调节机构包括第三电机和第二螺杆，第三电机固定在滑块上，第二螺杆安装在第三电机上，并且第二螺杆与第一螺杆垂直，第二螺杆通过螺纹连接有滑杆，所述的焊枪机构包括第四电机和安装在第四电机上的焊枪，焊枪与滑杆的底端相铰接。

进一步为了实现焊接过程中的定位功能，所述的圆周调节机构还包括锚固装置，所述锚固装置由两半圆结构组成，使用时将两半圆结构安装于支管上，所述的旋转轴上设有第一齿轮，锚固装置上与第一齿轮的对应位置处设有第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮相啮合，并且第一齿轮在第一电机的驱动下绕第二齿轮作圆周运动。

进一步为了有效地带动第一齿轮转动，所述的旋转轴上与第一齿轮的接触处安装有固定套，固定套上具有凸块，第一齿轮中部设有与固定套相配合的固定槽，第一齿轮通过固定槽套在固定套上。

进一步延长旋转轴使用寿命、平衡旋转轴受力，所述的旋转轴上设有转动滑块，箱体内设有与转动滑块相配合的滑块滑动轨道，转动滑块在滑块滑动轨道内围绕桁架支管圆周转动。

进一步提供了一种电机与箱体的连接结构，所述的第一电机下端面上固定有滑动块，所述的箱体上设有与滑动块相配合的电机滑动轨道，电机滑动轨道的底部设有开口，旋转轴穿过该开口，与滑动块一起在电机滑动轨道内转动。

进一步提供了一种第二电机与旋转轴的连接结构，所述的旋转轴的下部为横截面为正方形的齿轮轴，所述的第二电机下端固定有固定块，固定块上开有上通孔，该上通孔的直径小于齿轮轴的面对角线，旋转轴穿过该上通孔并将固定块可转动地支撑在齿轮轴上端。

进一步，所述的上通孔与旋转轴之间安装有轴承。

进一步为了便于齿轮轴末端的插入，同时将旋转轴的自转运动与滑块的滑动分开，所述的滑块的顶部设有下通孔，下通孔中安装有与齿轮轴相配合的套筒，齿轮轴的末端插入套筒中。

进一步提供了一种滑杆的具体结构，所述的滑杆由夹持头和两个支持杆组成，支持杆相互平行地固定在夹持头上，两个支持杆之间的距离大于或等于旋转轴的直径，滑块上开有凹槽，凹槽位于下通孔的下方，所述的两个支持杆可滑动地插接在凹槽中。

进一步为了保证滑块与滑杆的相对运动，又限制其他方向的运动，所述的支持杆与滑块之间设置有导轨结构，支持杆的顶端设置有半圆形导轨凸起，滑块上设有与该导轨凸起相配合的导槽，导轨凸起插入导槽并在导槽内滑动。

采用了上述技术方案后，本发明的第一齿轮安装在旋转轴上并与第二齿轮外啮合，第一电机驱动旋转轴一边自转一边绕桁架支管完成圆周运动，滑块在第二电机的驱动下沿桁架支管轴向进给，滑杆在第三电机的驱动下沿桁架支管径向进给，焊枪在第四电机驱动下作摆动动作，通过以上4个自由度的协调动作完成对焊枪姿态的控制，最终完成相贯线焊缝的焊接动作；本发明的自动化程度高，焊接质量高，操作简单，节省了大量劳动力；实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构的一体化设计；另外，本发明避免了铝合金桁架在焊接过程中产生的干涉问题，实现了相贯线焊缝的自动化焊接。

附图说明

图1为本发明桁架支管焊接机器人的立体结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的箱体部分的立体结构示意图；

图4为本发明的箱体部分的剖视图；

图5为本发明的圆周调节机构、轴向调节机构、径向调节机构和焊枪机构的立体结构示意图；

图6为图5的左视图；

图7为本发明的旋转轴的立体结构示意图；

图8为本发明的第一齿轮的立体结构示意图；

图9为本发明的滑动块的立体结构示意图；

图10为本发明的固定块的立体结构示意图；

图11为本发明的滑块的立体结构示意图；

图12为本发明的滑杆的立体结构示意图；

图13为本发明的第三电机的固定环的立体结构示意图；

图14为本发明的第四电机的固定件的立体结构示意图；

图15为本发明的焊枪的立体结构示意图；

图中，1、箱体，1-1、支管孔，1-2、滑块滑动轨道，1-3、电机滑动轨道，2-1、第一电机，2-2、旋转轴，2-2-1、齿轮轴，2-3、锚固装置，2-4、第一齿轮，2-4-1、固定槽，2-5、第二齿轮，2-6、固定套，2-6-1、凸块，2-7、转动滑块，2-8、滑动块，3-1、第二电机，3-2、第一螺杆，3-3、滑块，3-3-1、套筒，3-4、固定块，3-4-1上通孔，4-1、第三电机，4-2、第二螺杆，4-3、滑杆，4-3-1、夹持头，4-3-2、支持杆，5-1、第四电机，5-2、焊枪，6、固定环，7、固定件。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明

如图1～15所示，一种桁架支管焊接机器人，它包括箱体1、圆周调节机构、轴向调节机构、径向调节机构和焊枪机构，箱体1的中部设有用于插入桁架支管的支管孔1-1，圆周调节机构可滑动地安装在箱体1内，圆周调节机构包括第一电机2-1和旋转轴2-2，旋转轴2-2安装在第一电机2-1上，轴向调节机构包括第二电机3-1和第一螺杆3-2，第二电机3-1可转动地安装在旋转轴2-2上，以便将轴向调节机构的转动与旋转轴2-2的自转分开，第一螺杆3-2安装在第二电机3-1上，并且第一螺杆3-2与旋转轴2-2平行，第一螺杆3-2通过带有螺纹的滑块3-3与旋转轴2-2连接，径向调节机构包括第三电机4-1和第二螺杆4-2，第三电机4-1通过固定环6固定在滑块3-3上，第二螺杆4-2安装在第三电机4-1上，并且第二螺杆4-2与第一螺杆3-2垂直，第二螺杆4-2通过螺纹连接有滑杆4-3，焊枪机构包括第四电机5-1和安装在第四电机5-1上的焊枪5-2，焊枪5-2与滑杆4-3的底端相铰接，第四电机5-1通过固定件7安装在滑杆4-3上。

在不同的焊接工艺和条件下，可以根据不同的支管管径调整支管孔1-1以及箱体1的尺寸，焊接过程中，箱体1通过旋转轴2-2与锚固装置2-3固定连接，保持静止。

如图3所示，为了安装和拆卸方便，满足生产要求，箱体1沿轴线方向一分为二，用螺母将箱体1固定在桁架的支管上进行焊接。

如图1～4所示，圆周调节机构还包括锚固装置2-3，锚固装置2-3由两半圆结构组成，使用时将两半圆结构安装于支管上，旋转轴2-2上设有第一齿轮2-4，锚固装置2-3上与第一齿轮2-4的对应位置处设有第二齿轮2-5，第一齿轮2-4与第二齿轮2-5相啮合，并且第一齿轮2-4在第一电机2-1的驱动下绕第二齿轮2-5作圆周运动。

如图7、8所示，旋转轴2-2上与第一齿轮2-4的接触处安装有固定套2-6，固定套2-6上具有凸块2-6-1，第一齿轮2-4中部设有与固定套2-6相配合的固定槽2-4-1，第一齿轮2-4通过固定槽2-4-1套在固定套2-6上。

如图4～7所示，旋转轴2-2上设有转动滑块2-7，箱体1内设有与转动滑块2-7相配合的滑块滑动轨道1-2，转动滑块2-7在滑块滑动轨道1-2内围绕桁架支管圆周转动。

如图4、9所示，第一电机2-1下端面上固定有滑动块2-8，所述的箱体1上设有与滑动块2-8相配合的电机滑动轨道1-3，电机滑动轨道1-3的底部设有开口，旋转轴2-2穿过该开口，与滑动块2-8一起在电机滑动轨道1-3内转动。

如图7、10所示，旋转轴2-2的下部为横截面为正方形的齿轮轴2-2-1，第二电机3-1下端固定有固定块3-4，固定块3-4上开有上通孔3-4-1，该上通孔3-4-1的直径小于齿轮轴2-2-1的面对角线，旋转轴2-2穿过该上通孔3-4-1并将固定块3-4可转动地支撑在齿轮轴2-2-1的上端。

如图10所示，上通孔3-4-1与旋转轴2-2之间安装有轴承。

如图11所示，滑块3-3的顶部设有下通孔，下通孔中安装有与齿轮轴2-2-1相配合的套筒3-3-1，齿轮轴2-2-1的末端插入套筒3-3-1中，以实现滑块3-3的上下位移，又能将旋转轴2-2的自转运动与滑块3-3的滑动分开。

如图12所示，滑杆4-3由夹持头4-3-1和两个支持杆4-3-2组成，支持杆4-3-2呈T型，且相互平行地固定在夹持头4-3-1上，两个支持杆4-3-2之间的距离大于或等于齿轮轴2-2-1的面对角线，使得齿轮轴2-2-1的末端能够穿过滑杆4-3继续运动，滑块3-3上开有凹槽，凹槽位于下通孔的下方，两个支持杆4-3-2可滑动地插接在凹槽中。

如图11、12所示，支持杆4-3-2与滑块3-3之间设置有导轨结构，支持杆4-3-2的顶端设置有半圆形导轨凸起，滑块3-3上设有与该导轨凸起相配合的导槽，导轨凸起插入导槽并在导槽内滑动，使得滑块3-3与滑杆4-3可以相对滑块，又可以限制其他方向的运动。

焊枪5-2铰接在滑杆上，在第四电机5-1驱动下实现微小的摆动运动，使得焊枪5-2最终沿着相贯线运行，由于铝合金桁架的支管间的干涉，所以焊枪5-2的尺寸应保证焊接功能的条件下选择足够小的尺寸。

本发明的第一齿轮2-4安装在旋转轴2-2上并与第二齿轮2-5外啮合，第一电机2-1驱动旋转轴2-2一边自转一边绕桁架支管完成圆周运动，第一电机2-1与滑动块2-8固定，在电机滑动轨道1-3上圆周转动，滑块3-3在第二电机3-1的驱动下沿桁架支管轴向进给，滑杆4-3在第三电机4-1的驱动下沿桁架支管径向进给，焊枪5-2在第四电机5-1驱动下作摆动动作，通过以上4个自由度的协调动作完成对焊枪5-2姿态的控制，最终完成相贯线焊缝的焊接动作；本发明的自动化程度高，焊接质量高，操作简单，节省了大量劳动力；实现了机器人锚固、运动机构、焊枪姿态调节机构的一体化设计；另外，本发明避免了铝合金桁架在焊接过程中产生的干涉问题，实现了相贯线焊缝的自动化焊接。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种桁架支管焊接机器人，其特征在于：它包括箱体(1)、圆周调节机构、轴向调节机构、径向调节机构和焊枪机构，箱体(1)的中部设有用于插入桁架支管的支管孔(1-1)，圆周调节机构可滑动地安装在箱体(1)内，圆周调节机构包括第一电机(2-1)和旋转轴(2-2)，旋转轴(2-2)安装在第一电机(2-1)上，所述的轴向调节机构包括第二电机(3-1)和第一螺杆(3-2)，第二电机(3-1)可转动地安装在旋转轴(2-2)上，以便将轴向调节机构的转动与旋转轴(2-2)的自转分开，第一螺杆(3-2)安装在第二电机(3-1)上，并且第一螺杆(3-2)与旋转轴(2-2)平行，第一螺杆(3-2)通过带有螺纹的滑块(3-3)与旋转轴(2-2)连接，所述的径向调节机构包括第三电机(4-1)和第二螺杆(4-2)，第三电机(4-1)固定在滑块(3-3)上，第二螺杆(4-2)安装在第三电机(4-1)上，并且第二螺杆(4-2)与第一螺杆(3-2)垂直，第二螺杆(4-2)通过螺纹连接有滑杆(4-3)，所述的焊枪机构包括第四电机(5-1)和安装在第四电机(5-1)上的焊枪(5-2)，焊枪(5-2)与滑杆(4-3)的底端相铰接。

2.根据权利要求1所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的圆周调节机构还包括锚固装置(2-3)，所述锚固装置(2-3)由两半圆结构组成，使用时将两半圆结构安装于支管上，所述的旋转轴(2-2)上设有第一齿轮(2-4)，锚固装置(2-3)上与第一齿轮(2-4)的对应位置处设有第二齿轮(2-5)，第一齿轮(2-4)与第二齿轮(2-5)相啮合，并且第一齿轮(2-4)在第一电机(2-1)的驱动下绕第二齿轮(2-5)作圆周运动。

3.根据权利要求2所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的旋转轴(2-2)上与第一齿轮(2-4)的接触处安装有固定套(2-6)，固定套(2-6)上具有凸块(2-6-1)，第一齿轮(2-4)中部设有与固定套(2-6)相配合的固定槽(2-4-1)，第一齿轮(2-4)通过固定槽(2-4-1)套在固定套(2-6)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的旋转轴(2-2)上设有转动滑块(2-7)，箱体(1)内设有与转动滑块(2-7)相配合的滑块滑动轨道(1-2)，转动滑块(2-7)在滑块滑动轨道(1-2)内围绕桁架支管圆周转动。

5.根据权利要求1或2或3所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的第一电机(2-1)下端面上固定有滑动块(2-8)，所述的箱体(1)上设有与滑动块(2-8)相配合的电机滑动轨道(1-3)，电机滑动轨道(1-3)的底部设有开口，旋转轴(2-2)穿过该开口，与滑动块(2-8)一起在电机滑动轨道(1-3)内转动。

6.根据权利要求1所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的旋转轴(2-2)的下部为横截面为正方形的齿轮轴(2-2-1)，所述的第二电机(3-1)下端固定有固定块(3-4)，固定块(3-4)上开有上通孔(3-4-1)，该上通孔(3-4-1)的直径小于齿轮轴(2-2-1)的面对角线，旋转轴(2-2)穿过该上通孔(3-4-1)并将固定块(3-4)可转动地支撑在齿轮轴(2-2-1)的上端。

7.根据权利要求6所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的上通孔(3-4-1)与旋转轴(2-2)之间安装有轴承。

8.根据权利要求6所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的滑块(3-3)的顶部设有下通孔，下通孔中安装有与齿轮轴(2-2-1)相配合的套筒(3-3-1)，齿轮轴(2-2-1)的末端插入套筒(3-3-1)中。

9.根据权利要求8所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于：所述的滑杆(4-3)由夹持头(4-3-1)和两个支持杆(4-3-2)组成，支持杆(4-3-2)呈T型，且相互平行地固定在夹持头(4-3-1)上，两个支持杆(4-3-2)之间的距离大于或等于齿轮轴(2-2-1)的面对角线，滑块(3-3)上开有凹槽，凹槽位于下通孔的下方，所述的两个支持杆(4-3-2)可滑动地插接在凹槽中。

10.根据权利要求9所述的桁架支管焊接机器人，其特征在于:所述的支持杆(4-3-2)与滑块(3-3)之间设置有导轨结构，支持杆(4-3-2)的顶端设置有半圆形导轨凸起，滑块(3-3)上设有与该导轨凸起相配合的导槽，导轨凸起插入导槽并在导槽内滑动。