CN105081637B - 起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人 - Google Patents

起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人，属于机器人焊接技术领域。该焊接机器人包括底座、纵向移动机构、焊枪升降机构、焊枪旋转机构、焊接设备及电缆卷筒等，焊接设备包括送丝机、焊机、气瓶座、二氧化碳气瓶，焊枪旋转机构通过升降台安装在焊枪升降机构上，齿轮齿条传动与直线导轨副相配合实现长位移移动的精确定位，通过三台伺服电机联合控制焊枪位姿实现长距离平面曲线连续光滑平角焊缝的自动焊接。本发明所提供的焊接机器人具有结构简单、传动链短、位置准确、工作可靠、焊接质量稳定等技术特点。

Description

起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人
技术领域：
本发明属于机器人焊接技术领域，具体涉及一种起重机箱形主梁三自由度长焊缝的自动焊接装置，用于起重机箱形主梁腹板与盖板之间角焊的连续二氧化碳气体保护焊。
背景技术：
起重机箱形主梁由上下盖板、腹板、大小筋板拼接焊接而成，上、下盖板与腹板组成一条上拱焊缝和一条折线焊缝(平面曲线)。腹板焊缝传统的焊接工艺是人工焊接，而起重机箱形主梁跨距较大，最大可达50米，连续长距离的焊接作业不仅使工人疲惫，而且焊接效率低下，焊接质量不稳定，采用加大焊缝尺寸的方法来保障焊接质量不仅增加了箱形主梁的重量，还增加了制造成本。
发明内容：
为了解决起重机箱形主梁腹板与盖板之间角焊存在的人工焊接质量不稳定、焊接劳动强度大的问题，本发明提供一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人。
本发明所提供的一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人包括底座1、纵向移动机构、焊枪升降机构6、焊枪旋转机构、焊接设备以及电缆卷筒17；所述纵向移动机构包括滚柱滑块3、移动车架4、第二伺服电机13、减速器14、L形板15、齿轮16以及齿条18，所述移动车架4与所述滚柱滑块3通过螺栓刚性连接，所述滚柱滑块3套装在直线导轨2上，所述齿条18固定于所述底座1侧面且所述齿条18的齿面朝下，所述齿条1长度方向与所述直线导轨2长度方向一致，所述齿轮16安装在所述减速器14的输出轴上，所述减速器14通过所述L形板15固定设置在所述移动车架4上，调整所述L形板15的位置使所述齿轮16与所述齿条18相啮合，所述第二伺服电机13安装在所述减速器14的输入端；所述焊枪旋转机构包括焊枪7、焊枪夹具8以及第一伺服电机9，所述焊枪7通过紧固螺钉固定在所述焊枪夹具8的方孔内，所述第一伺服电机9固定在升降台10端部，所述焊枪夹具8固定在所述第一伺服电机9的旋转轴上；所述焊枪升降机构包括丝杠固定架20、圆锥滚子轴承21、滚珠丝杠22、轴承端盖23、联轴器24、第三伺服电机25、电机基座26、卡环27、圆柱导杆28、升降滑块29以及铜螺母30，所述滚珠丝杠22通过所述圆锥滚子轴承21及所述轴承端盖23固定在所述丝杠固定架20上，所述滚珠丝杠22与所述第三伺服电机25通过所述联轴器24轴向连接，所述升降滑块29通过螺钉与所述铜螺母30相连，所述滚珠丝杠22与所述圆柱导杆28平行布置，所述滚珠丝杠22穿过所述铜螺母30，所述圆柱导杆28穿过所述升降滑块29且两者之间采用H7/f6配合，所述升降滑块29内孔表面加工螺旋油槽；所述升降台10通过四组螺栓固定在所述升降滑块29上，所述升降台10设有两个相互平行的腰形孔；所述焊枪旋转机构通过所述升降台10安装在所述焊枪升降机构上；所述焊接设备包括送丝机5、焊机12、气瓶座19以及二氧化碳气瓶11；所述焊枪升降机构6、送丝机5、焊机12、气瓶座19及所述电缆卷筒17通过螺栓固定在所述移动车架4上；所述二氧化碳气瓶11放置在所述气瓶座19内；两条平行对称设置且高度相等的所述直线导轨2沿所述底座1的长度方向设置，所述直线导轨2由螺栓固定在所述底座1上。所述底座1由槽钢、钢板以及工字钢焊接组成，所述底座1的纵向长度大于所要焊接的起重机箱形主梁的最大长度。
本发明采用齿轮齿条传动方案实现长位移移动的精确定位，与轮式相比移动位置更准确，齿面朝下可达到防尘的效果，增长齿轮副使用寿命，采用滚柱直线导轨不仅能承受较大的载荷，同时能保证非常高的导向精度，通过三台伺服电机联合控制焊枪位姿实现长距离平面曲线连续光滑平角焊缝的自动焊接，本发明焊接机器人结构简单、传动链短、位置准确、工作可靠，提高了起重机箱形主梁的焊接效率，降低了工人劳动强度，焊接质量稳定。
附图说明：
图1是本发明起重机箱形主梁移动焊接机器人轴测结构示意图；
图2是本发明的起重机箱形主梁移动焊接机器人主视结构示意图；
图3是本发明的起重机箱形主梁移动焊接机器人的侧视结构示意图；
图4是图3的A-A剖视结构示意图。
图中：1：底座；2：直线导轨；3：滚柱滑块；4：移动车架；5：送丝机；6：焊枪升降机构；7：焊枪；8：焊枪夹具；9：第一伺服电机；10：升降台；11：二氧化碳气瓶；12：焊机；13：第二伺服电机；14：减速器；15：L形板；16：齿轮；17：电缆卷筒；18：齿条；19：气瓶座；20：丝杠固定架；21：圆锥滚子轴承；22：滚珠丝杠；23：轴承端盖；24：联轴器；25：第三伺服电机；26：电机基座；27：卡环；28：圆柱导杆；29：升降滑块；30：铜螺母。
具体实施方式：
见图1、2，一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人，包括底座1、纵向移动机构、焊枪升降机构6、焊枪旋转机构、焊接设备及电缆卷筒17。所述底座1由槽钢、钢板和工字钢焊接组成，其纵向(图1中Y向)长度大于所要焊接的起重机箱形主梁的最大长度，直线导轨2沿底座长度方向由螺栓固定在底座1上，两条直线导轨2平行且高度相等，以满足长焊缝焊接的要求。
所述纵向移动机构包括滚柱滑块3、移动车架4、第二伺服电机13、减速器14、L形板15、齿轮16、齿条18，移动车架4与滚柱滑块3通过螺栓刚性连接，滚柱滑块3套装在直线导轨2上，齿条18固定于底座1侧面且齿面朝下，齿条1长度方向与直线导轨2长度方向一致。齿轮16安装在减速器14输出轴上，用L形板15连接固定减速器14于移动车架4，调整L形板15位置使齿轮16与齿条18相啮合。第二伺服电机13安装在减速器14输入端，第二伺服电机13驱动齿轮16与齿条18啮合使移动车架4沿着直线导轨2移动，实现焊接设备长距离准确移动。
所述焊枪旋转机构包括焊枪7、焊枪夹具8以及第一伺服电机9，所述焊枪7通过紧固螺钉固定于焊枪夹具8方孔内，通过松紧所述紧固螺钉调节焊枪7相对于焊枪夹具8的初始角度，第一伺服电机9固定在升降台10端部，焊枪夹具8固定在第一伺服电机9的旋转轴上，驱动第一伺服电机9能使焊枪夹具8并带动焊枪7相对于X轴实现旋转，以满足焊枪7与焊缝之间所需要的焊接角度。
见图3、4，所述焊枪升降机构6包括丝杠固定架20、圆锥滚子轴承21、滚珠丝杠22、轴承端盖23、联轴器24、第三伺服电机25、电机基座26、卡环27、圆柱导杆28、升降滑块29以及铜螺母30。滚珠丝杠22由圆锥滚子轴承21及轴承端盖23固定于丝杠固定架20上，滚珠丝杠22与第三伺服电机25通过联轴器24轴向连接。升降滑块29通过螺钉与铜螺母30相连，滚珠丝杠22与圆柱导杆28平行布置，滚珠丝杠22穿过铜螺母30，圆柱导杆28穿过升降滑块29且两者之间采用H7/f6配合，升降滑块29的H7内孔表面加工螺旋油槽用以储油。见图4所示，所述升降台10通过四组螺栓固定于升降滑块29上，所述升降台10开有两个相互平行的腰形孔，方便调节焊枪7伸出距离(附图1中的X方向)。第三伺服电机25驱动滚珠丝杠22转动实现了焊枪7的升降。
见图1、2，所述焊枪旋转机构通过升降台10安装在焊枪升降机构6上；所述焊接设备包括送丝机5、焊机12、气瓶座19、二氧化碳气瓶11；所述焊枪升降机构6、送丝机5、焊机12、气瓶座19及电缆卷筒17都由螺栓固定在移动车架4上；二氧化碳气瓶11安放在气瓶座19内。
见图1，将被焊起重机箱形主梁放置在本发明焊接机器人旁并固定，要求反复检测使得箱形主梁腹板与直线导轨2平行，且两者之间的距离要合适，使得腹板与盖板之间的焊缝曲线在本焊接机器人所能焊接的范围内。连续自动焊接之前，在起重机主梁腹板与盖板之间先点焊几处，以固定腹板与盖板相互之间的位置。在焊接起点处，点动第二伺服电机13使焊接机器人纵向(Y向)移动，使焊枪7到达焊接位置，反复调整升降台10相对于升降滑块29的横向(X方向)位置、调整焊枪7相对于焊枪夹具8的初始角度为40～45°、点动第三伺服电机25调整焊枪7高度位置(Z方向)、点动第一伺服电机9调整焊枪7与焊接曲线的切线方向的角度70～80°，以满足焊接工艺要求，调整好焊枪初始位姿后，将焊接曲线方程输入机器人控制器界面，连接送丝机5与焊枪7，将二氧化碳气体气管也接到焊枪7附近，然后通过三台伺服电机联合控制焊枪7的位姿实现长距离平面曲线的自动焊接。

Claims (2)

1.一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人，其特征在于所述焊接机器人包括底座(1)、纵向移动机构、焊枪升降机构(6)、焊枪旋转机构、焊接设备以及电缆卷筒(17)；所述纵向移动机构包括滚柱滑块(3)、移动车架(4)、第二伺服电机(13)、减速器(14)、L形板(15)、齿轮(16)以及齿条(18)，所述移动车架(4)与所述滚柱滑块(3)通过螺栓刚性连接，所述滚柱滑块(3)套装在直线导轨(2)上，所述齿条(18)固定于所述底座(1)侧面且所述齿条(18)的齿面朝下，所述齿条(18)长度方向与所述直线导轨(2)长度方向一致，所述齿轮(16)安装在所述减速器(14)的输出轴上，所述减速器(14)通过所述L形板(15)固定设置在所述移动车架(4)上，调整所述L形板(15)的位置使所述齿轮(16)与所述齿条(18)相啮合，所述第二伺服电机(13)安装在所述减速器(14)的输入端；所述焊枪旋转机构包括焊枪(7)、焊枪夹具(8)以及第一伺服电机(9)，所述焊枪(7)通过紧固螺钉固定在所述焊枪夹具(8)的方孔内，所述第一伺服电机(9)固定在升降台(10)端部，所述焊枪夹具(8)固定在所述第一伺服电机(9)的旋转轴上；所述焊枪升降机构包括丝杠固定架(20)、圆锥滚子轴承(21)、滚珠丝杠(22)、轴承端盖(23)、联轴器(24)、第三伺服电机(25)、电机基座(26)、卡环(27)、圆柱导杆(28)、升降滑块(29)以及铜螺母(30)，所述滚珠丝杠(22)通过所述圆锥滚子轴承(21)及所述轴承端盖(23)固定在所述丝杠固定架(20)上，所述滚珠丝杠(22)与所述第三伺服电机(25)通过所述联轴器(24)轴向连接，所述升降滑块(29)通过螺钉与所述铜螺母(30)相连，所述滚珠丝杠(22)与所述圆柱导杆(28)平行布置，所述滚珠丝杠(22)穿过所述铜螺母(30)，所述圆柱导杆(28)穿过所述升降滑块(29)且两者之间采用H7/f6配合，所述升降滑块(29)内孔表面加工螺旋油槽；所述升降台(10)通过四组螺栓固定在所述升降滑块(29)上，所述升降台(10)设有两个相互平行的腰形孔；所述焊枪旋转机构通过所述升降台(10)安装在所述焊枪升降机构上；所述焊接设备包括送丝机(5)、焊机(12)、气瓶座(19)以及二氧化碳气瓶(11)；所述焊枪升降机构(6)、送丝机(5)、焊机(12)、气瓶座(19)及所述电缆卷筒(17)通过螺栓固定在所述移动车架(4)上；所述二氧化碳气瓶(11)放置在所述气瓶座(19)内；两条平行对称设置且高度相等的所述直线导轨(2)沿所述底座(1)的长度方向设置，所述直线导轨(2)由螺栓固定在所述底座(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种起重机箱形主梁三自由度移动焊接机器人，其特征是在于所述底座(1)由槽钢、钢板以及工字钢焊接组成，所述底座(1)的纵向长度大于所要焊接的起重机箱形主梁的最大长度。
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