CN105234534B - 一种用于船舶分段制造的焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于船舶分段制造的焊接机器人，包括轨道、底座、连接件，及设置于底座上的用于焊接的标准机械手、清枪剪丝装置、焊接送丝装置、丝盘安装装置。所述轨道横跨于舱室档格上，所述底座与轨道移动连接，所述连接件连接所述轨道和档格。本发明结构合理，使用方便，成本可控，且能够精确定位焊接机器人在舱室内的位置，并能够实现精确焊接，保证焊接质量，免去了人工焊接的方式，提高了工作效率，提高了生产效率，满足生产的需求。

Description

一种用于船舶分段制造的焊接机器人

技术领域

本发明涉及一种船舶制造技术，特别是一种用于船舶分段制造的焊接机器人。

背景技术

焊接是船舶分段制造中的重要环节，也是决定船体质量的关键因素。根据相关资料，在分段制造中，焊接工作量占据了船分段建造总工程量的30％到40％，焊接成本占据船体建造总成本的30％到50％。目前，我国的船舶分段舱室制造中的焊接基本还是以工人为主的手动焊接方式，还没有实现自动化或机器人焊接工作。

而在一些工业发达国家，如日、韩、欧、美，船舶分段焊接机器人已经得到了一定程度的应用。自上个世纪80年代起，日本就针对船舶自动化焊接技术进行了研发，其船舶分段焊接的自动化平均水平已达70％～80％。目前，针对船舶分段焊接问题，日本大量使用龙门式机器人和手持半自动小车进行焊接工作。欧洲不少国家在船舶分段建造中都不同程度地使用了机器人焊接系统。比较具有代表性的如奥地利IGM机器人公司。IGM机器人焊接系统在船舶分段制造中有较多应用，最多时，一个系统内可以将10个机器人组成阵列进行工作。此外英国、挪威、丹麦、法国、荷兰、俄罗斯等国在船舶制造中都相继不同程度地采用了自动化装备和机器人。

相比于其他领域的机器人焊接工作，船舶分段焊接主要特点是船体尺寸大，船舶分段焊接的目标工件尺寸长和宽一般具有3m×2m，10m×5m等多种规格，最大的工件尺寸可能达到20m×20m，一般的工业机器人的活动半径只有1.5m，这就导致船舶分段焊接无法使用其它机器人焊接工作中将目标“先装夹后焊接”的思路。而目前欧洲、日本广泛使用的龙门式焊接机器人思路克服舱室内部档格对机器人移动的干扰，由于其造价高、重量大、安装复杂，目前很难以在船厂大规模推广使用。目前，在船舶分段制造，尤其是舱室焊接中，还是完全依靠人工完成相应工作。由于人工焊接的不稳定性，容易出现漏焊和误焊的情况，易造成焊接误差，无法达到精确焊接的标准，并且人工方式焊接工作效率极为低下，无法实现批量和连续焊接，生产效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于船舶分段制造的焊接机器人，包括轨道、底座、连接件，及设置于底座上的用于焊接的标准机械手、清枪剪丝装置、焊接送丝装置、丝盘安装装置。所述轨道横跨于舱室档格上，所述底座与轨道移动连接，所述连接件连接所述轨道和档格。

采用上述焊接机器人，所述轨道由多个单节轨道支撑架拼接组成，所述每一单节轨道支撑架包括上水平支撑架中水平支撑架、下水平支撑架和垂直支撑架；所述上水平支撑架上设置单沿带齿V导轨；所述中水平支撑架上设置单沿不带齿V导轨；所述下水平支撑架设置于档格上；所述三支水平支撑架固定于垂直支撑架上。

采用上述焊接机器人，所述连接件包括可调底脚、开关式磁吸附装置、U型固定夹具；所述U型固定夹具包括两条夹臂和连接夹臂的连接部，所述下夹臂上底面抵压于档格壁面上，所述上夹臂上设有带螺纹的底脚通孔；所述开关式磁吸附装置设置于档格上，且位于U型固定夹具的两条夹臂之间；所述可调底脚与底脚通孔螺纹连接，且可调底脚其中一工作位在于抵压于开关式磁吸附装置上；所述轨道设置于开关式磁吸附装置上。

采用上述焊接机器人，所述底座通过一传动装置在轨道上滑动，所述传动装置包括驱动电机、传动齿轮、上偏心滚轮、下偏心滚轮。传动齿轮与驱动电机的转轴连接，上偏心滚轮与底座转动连接，下偏心滚轮一与底座转动连接；所述传动齿轮与单沿带齿V导轨的齿啮合；所述上偏心滚轮沿周向设置一圈与单沿带齿V导轨的沿匹配的凹槽，所述单沿带齿V导轨的沿与该凹槽啮合；所述下偏心滚轮沿周向设置一圈与单沿不带齿V导轨的沿匹配的凹槽，所述单沿不带齿V导轨的沿与该凹槽啮合。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明的焊接机器人，结构合理，使用方便，通过五个部分可以快速组装，同时通过轨道支撑架的形式，扩大了机器人的工作范围，由于轨道支撑架可以无限拼接，本发明的机器人可以适应多种大小不同船型分段；本发明再结合轨道支撑架上的机械手和气保焊焊枪，完成自动焊接功能，从而机器人能够达到船舶舱室内各个部位，实现舱室狭小空间的精确焊接，免去了人工焊接的方式，避免了焊接质量误差，提高了工作效率，提高了生产效率，使用效果好，利于推广。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是机器人系统组成图。

图2是单节轨道支撑架拼接调节部分正面放大图。

图3是单节轨道支撑架拼接调节部分背面放大图。

图4是机械手安装底座与轨道支撑架接触侧视图。

图5是连接件结构示意图。

具体实施方式

本发明涉及的船舶分段焊接机器人，机器人具体由六部分组成：一个末端装置有焊枪的机械手，用于在船舶舱室架设的拼接轨道，用于承载焊接工艺装备(焊丝盘、送丝机、清枪剪丝器)和机械手的底座，用于系统控制的电气控制柜体和电焊机，用于连接轨道和舱室档格的连接件，用于驱动底座在轨道上运动的传动装置。在使用时，机械手、工艺装备安装在底座上，底座装配在轨道支撑架上，轨道作为本发明机器人的底座通过连接件固定在船舶分段舱室的档格上，联通电控系统完成机器人的分段焊接工作。

本发明的轨道由多个单节轨道支撑架拼接而成。拼接轨道由型材水平支撑架和型材垂直支撑架构成一个工作平面，在工作平面内固定两条V导轨，两条V导轨平行于型材水平支撑架，通过在工作平面侧面安装型材斜立支撑架确保该工作平面能垂直于安装底面，通过连接件将整个轨道支撑架固定在舱室的档格上。通过使用支架拼接机构、定位工装板、齿条夹紧机构可以将多个短的轨道支撑架连接成一个长的拼接轨道支撑架，以扩大机器人的工作范围。

本发明的机械手安装底座由一个可以安装机械手的面板，行走驱动电机和偏心滚轮构成。机械手安装底座通过行走驱动电机驱动在底座另一面的齿轮，齿轮与拼接轨道支撑架的单沿带齿V导轨进行啮合，通过该齿轮控制机械手在拼接轨道支撑架上的运动位置；机械手安装底座偏心滚轮(和电机驱动齿轮同面)嵌入拼接轨道支撑架的不带齿V导轨内侧，通过该滚轮确保机械手安装底座能在拼接轨道支撑架上平稳运动，安装好的机械手安装底座平行于拼接轨道支撑架工作平面。

为了便于焊接，焊丝盘、送丝机、清枪剪丝器用螺丝固定于承载焊接工艺装备底座之上。本发明的承载焊接工艺装备底座通过螺丝安装在机械手安装底座的上端，垂直于轨道支撑架工作平面。

在船舶分段进行焊接工作时，连接件将一段拼接轨道支撑架固定在船舶分段的横梁上；重复多次可以将多段轨道支撑架固定在船舶分段的档格上；通过安装齿条夹紧机构和定位工装板可以将多段轨道支撑架连接在一起，并确保轨道支撑架连接的导轨处于直线状态；然后将机械手底座和工艺装备承载底座安装在轨道支撑架上，并确保机械手底座的驱动电机与轨道支撑架上的带齿V导轨啮合好，机械手底座偏心滚轮嵌入不带齿V导轨内侧。机械手通过上螺丝固定在底座相应区域，机械手末端装载有焊枪。在机械手安装底座上侧安装工艺装备承载底座，在相应固定位置通过螺丝固定焊丝盘、送丝机、清枪剪丝装置。完成以上一些列安装过程，解上电源，机器人即可开始工作。工作时，机械手承载底座带动其上的机械手和工艺装备承载底座沿着轨道支撑架移动，以跨越舱室档格障碍，达到船舶分段舱室内各个位置并开始手臂焊接工作。

下面结合图1至图5对本发明做具体描述。

所述底座包括一个机械手安装底座2和一个工艺装备承载底座7。机械手安装底座2上固定有用于焊接的标准机械手1，机械手1的末端上装载有用于气保焊的焊枪3，机械手安装底座2的另一侧固定了工艺装备承载底座7，在工艺装备承载底座7上安装了清枪剪丝装置4，焊接送丝装置5，丝盘安装装置6。

所述导轨由多个单节轨道支撑架9拼接而成，每个单节轨道支撑架由型材上水平支撑架10，型材斜立支撑架12，型材L形水平支撑架13，型材垂直支撑架14，型材中水平支撑架15和型材下水平支撑架17组成一个稳固的工作面，在型材上水平支撑架10上安装有单沿带齿V导轨11，型材中水平支撑架11安装有单沿不带齿V导轨16。单沿带齿V导轨11和单沿不带齿V导轨16是常见的运动导轨机构，目前为市场上成熟产品。

为了实现多个单节轨道支撑架9的拼接，所述连接件包括可调底脚19，开关式磁吸附装置20，U型固定夹具21，支架拼接机构24。其中可调底脚19通过螺纹与U型固定夹具21连接，通过旋转，可调底脚19能够在U型固定夹具21的任何范围内伸缩固定；开关式磁吸附装置20是一种可以通过开关进行磁吸附的装置，打开开关，开关式磁吸附装置20具有磁性，能够吸附在铁上此时无法移动，关上开关，磁性消失，可以随意移动；支架拼接机构24是为了方便拼接定位而设计机构，采用在有限螺口上安装螺丝螺母机构进行固定。在两个单节轨道支撑架9进行拼接时，通过调节可调底脚19的螺纹来调整可调底脚19所连接的开关式磁吸附装置20，确保开关式磁吸附装置20与船舱内档格能够有合适的接触面，使得U型固定夹具21能够应对两个单节轨道支撑架9连接点的高度，从而适应不同船舶分段内档格的高度差异情况；打开磁吸附装置20的磁性开关，确保开关式磁吸附装置20吸附在船舶分段档格上，然后通过螺丝螺母将支架拼接机构24固定，从而完成对两个单节轨道支撑架9的固定。

所述传动装置包括驱动电机8、传动齿轮25、上偏心滚轮221、下偏心滚轮222。传动齿轮25与驱动电机8的转轴连接，上偏心滚轮221与机械手安装底座2转动连接，下偏心滚轮222一与机械手安装底座2转动连接；所述传动齿轮25与单沿带齿V导轨11的齿啮合；所述上偏心滚轮221沿周向设置一圈与单沿带齿V导轨11的沿匹配的凹槽，所述单沿带齿V导轨11的沿与该凹槽啮合；所述下偏心滚轮222沿周向设置一圈与单沿不带齿V导轨16的沿匹配的凹槽，所述单沿不带齿V导轨16的沿与该凹槽啮合。通过机器人驱动电机8带动的传动齿轮25与单沿带齿V导轨11的啮合，系统能够对机械手安装底座2的移动进行定位。而偏心滚轮22与单沿不带齿V导轨16的啮合，确保了机械手安装底座2能够平稳的在由型材上水平支撑架10，型材斜立支撑架12，型材L形水平支撑架13，型材垂直支撑架14，型材中水平支撑架15和型材下水平支撑架17组成工作面上的稳定运动。

所述轨道通过斜立支撑架12，L形水平支撑架13；所述L形水平支撑架13第一直角边与轨道固定连接，第二直角边通过连接件固定档格25上；所述斜立支撑架12的两端固定于L形水平支撑架13的两条直角边。所述L形水平支撑架13的第二直角边连接件设置于连接件的开关式磁吸附装置20上。

通过定位工装板18完成两个单节轨道支撑架9连接处的单沿不带齿V导轨16间的拼接，通过齿条夹紧机构23完成对两个单节轨道支撑架9连接处的单沿带齿V导轨11的齿条拼接，确保机器人在导轨上连续运动时不会因为拼接问题而产生较大震动和运动误差。

Claims (4)

1.一种用于船舶分段制造的焊接机器人，其特征在于，包括轨道、底座、连接件；

所述轨道横跨于舱室档格(26)上，

所述底座与轨道移动连接，

所述连接件连接所述轨道和档格(26)；

该焊接机器人还包括设置于底座上的用于焊接的标准机械手(1)、清枪剪丝装置(4)、焊接送丝装置(5)、丝盘安装装置(6)；

所述轨道由多个单节轨道支撑架(9)拼接组成，所述每一单节轨道支撑架(9)包括上水平支撑架(10)、中水平支撑架(15)、下水平支撑架(17)和垂直支撑架(14)；

所述上水平支撑架(10)上设置单沿带齿V导轨(11)；

所述中水平支撑架(15)上设置单沿不带齿V导轨(16)；

所述下水平支撑架(17)设置于档格(26)上；

所述上水平支撑架、中水平支撑架、下水平支撑架固定于垂直支撑架(14)上；

所述连接件包括可调底脚(19)、开关式磁吸附装置(20)、U型固定夹具(21)；

所述U型固定夹具(21)包括上夹臂和下夹臂两条夹臂(211)，以及连接夹臂(211)的连接部(212)，所述下夹臂上底面抵压于档格(26)壁面上，所述上夹臂上设有带螺纹的底脚通孔(213)；

所述开关式磁吸附装置(20)设置于档格(26)上，且位于U型固定夹具(21)的两条夹臂(211)之间；

所述可调底脚(19)与底脚通孔(213)螺纹连接，且可调底脚(19)其中一工作位在于抵压于开关式磁吸附装置(20)上；

所述轨道设置于开关式磁吸附装置(20)上。

2.根据权利要求1所述的焊接机器人，其特征在于，所述底座通过一传动装置在轨道上滑动，所述传动装置包括：

一驱动电机(8)，

与驱动电机(8)的转轴连接的传动齿轮(25)，

一与底座转动连接的上偏心滚轮(221)，

一与底座转动连接的下偏心滚轮(222)；

所述传动齿轮(25)与单沿带齿V导轨(11)的齿啮合；

所述上偏心滚轮(221)沿周向设置一圈与单沿带齿V导轨(11)的沿匹配的凹槽，所述单沿带齿V导轨(11)的沿与该凹槽啮合；

所述下偏心滚轮(222)沿周向设置一圈与单沿不带齿V导轨(16)的沿匹配的凹槽，所述单沿不带齿V导轨(16)的沿与该凹槽啮合。

3.根据权利要求1所述的焊接机器人，其特征在于，所述轨道通过斜立支撑架(12)，L形水平支撑架(13)；

所述L形水平支撑架(13)第一直角边与轨道固定连接，第二直角边通过连接件固定档格(26)上；

所述斜立支撑架(12)的两端固定于L形水平支撑架(13)的两条直角边。

4.根据权利要求3所述的焊接机器人，其特征在于，所述L形水平支撑架(13)的第二直角边连接件设置于连接件的开关式磁吸附装置(20)上。