CN105643155B - 锥形钢管肋板焊接机器人 - Google Patents

Abstract

锥形钢管肋板焊接机器人，是由机架、夹持测距机构、落料机构、焊枪运动机构、焊机和控制柜组成的。夹持测距机构上安装有位移传感器，由于肋板与棱体平面的径向距离不等，钢管滚动时有轴向的跳动，所以通过传感器检测变化值，控制焊枪每次运动轨迹路线，提高肋板焊接的位置精度。采用斜坡配重落料方式，靠径向气缸带动实现肋板自动落料，结构巧妙；整个机架采用铝型材结构，加工制作成本较低；焊接平台高度可适当调整，适应不同尺寸类型的锥形钢管，整个装置可提高工作效率，改善焊接工人工作环境。

Description

锥形钢管肋板焊接机器人

技术领域

本发明涉及锥形钢管肋板焊接机器人，具体地说是采用了型材机架、夹持测距机构、落料机构、焊枪运动机构、焊机和控制柜组成的自动焊接机器人，属于属于自动化设备与机器人领域。

背景技术

锥形钢管厂在多边形锥形钢管的肋板焊接方面存在以下缺点：一、钢管棱面数量和肋板数量不相等，造成肋板与棱面的径向距离不等；二、钢管滚动时会有轴向的移动，造成肋板与法兰之间距离变化；三、钢管的尺寸有很多种，造成自动焊接设备不能应用于肋板焊接。现在大部分的锥形钢管厂，多边形锥形钢管的端部肋板焊接，大多采用人工夹持肋板焊接，这种方式肋板焊接位置尺寸精度不高，效率不高，劳动环境也比较恶劣。因此，迫切需要肋板自动焊接设备，但目前市场上没有该类焊接设备。

位移传感器具体叫做弹簧自恢复直线位移传感器，这种传感器精度和行程完全满足锥形钢管在焊接时肋板的轴向和径向距离变化的测量。锥形钢管在焊接时肋板的轴向和径向距离变化的数据采集到控制柜内，控制焊枪每次的运动轨迹路线变化，提高肋板焊接的位置精度。整个机架采用铝型材结构，加工制作成本较低，焊接平台高度可适当调整，适应不同尺寸类型的锥形钢管。

发明内容

针对上述的不足，本发明提供了锥形钢管肋板焊接机器人。

本发明是通过以下技术方案实现的：锥形钢管肋板焊接机器人，是由机架、夹持测距机构、落料机构、焊枪运动机构、焊机和控制柜组成的，其特征在于：夹持测距机构固定在气缸固定型材上，落料机构由落料槽固定型材固定在立柱上，焊枪运动机构固定在立柱上方，焊机和控制柜放置在机器人附近；落料机构上采用斜坡落料槽斜坡落料方式，肋板依靠重力落下，被阻挡轴分离，气缸驱动下，落料齿条与落料齿轮啮合运动，落料齿轮轴、落料连杆、阻挡轴形成曲柄滑块机构，实现斜坡落料槽内单个肋板落料，落料弹簧拉动阻挡轴恢复分离作用。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的机架是由脚轮、底板、立柱、气缸固定型材、落料槽固定型材、焊枪径向型材、焊枪轴向型材组成的，脚轮固定在底板下方，立柱固定在底板上，气缸固定型材固定在立柱上，径向滑块连接板与径向移动滑块固定，焊枪轴向型材在焊枪径向型材上移动。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的夹持测距机构是由轴向推顶块、轴向弹簧、轴向导向块、轴向传感器、轴向光轴、轴向连接板、轴向气缸、径向推顶块、径向弹簧、径向导向块、径向传感器、径向气缸、径向连接板、径向光轴组成的，轴向光轴一端在轴向推顶块内沉孔固定，另一端装在轴向导向块内光轴导套中，轴向弹簧两端分别与轴向推顶块和轴向导向块固定住，轴向光轴与轴向弹簧同轴，轴向导向块和轴向传感器同时固定在轴向连接板上，轴向传感器感应头从轴向导向块中间孔伸出，顶在轴向推顶块上，轴向连接板与轴向气缸法兰板固定，轴向气缸固定在气缸固定型材上，径向光轴一端在径向推顶块内沉孔固定，另一端装在径向导向块内导套中，径向弹簧两端分别与径向推顶块和径向导向块固定住，径向光轴与径向弹簧同轴，径向导向块和径向传感器同时固定在径向连接板上，径向传感器感应头从径向导向块中间孔伸出，顶在径向推顶块上，径向连接板与径向气缸法兰板固定，径向气缸固定在气缸固定型材上。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的落料机构是由斜坡落料槽、轴固定支架、斜坡架、进料板、落料齿条、落料齿轮、落料齿轮轴、落料连杆、阻挡轴、落料弹簧组成的，斜坡落料槽上端固定在斜坡固定型材上，斜坡落料槽下端由斜坡架固定在进料板上，轴固定支架固定在斜坡落料槽上，进料板固定在气缸固定型材上，落料齿条固定在径向连接板上，落料齿轮固定在落料齿轮轴上，落料齿轮轴与落料连杆一端连接，阻挡轴下端与落料连杆连接，落料弹簧下端与阻挡轴固定，落料弹簧上端与斜坡落料槽固定。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的焊枪运动机构是由轴向滑块连接板、轴向移动导轨、轴向移动电机、轴向移动滑块、电机支架、焊枪旋转电机、焊枪固定板、轴向移动齿轮、轴向移动齿条、径向移动滑块、径向移动电机、径向移动齿轮、径向移动齿条、径向滑块连接板、径向移动导轨、焊枪组成的，焊枪安装在焊枪固定板上，焊枪固定板与焊枪旋转电机轴连接，焊枪旋转电机用电机支架安装在轴向滑块连接板上，焊枪轴向移动步进电机固定在轴向滑块连接板上，焊枪轴向移动步进电机轴上的轴向移动齿轮与轴向移动齿条啮合，轴向移动齿条固定在焊枪轴向型材上，轴向移动导轨固定在焊枪轴向型材上，轴向移动导轨上面的轴向移动滑块与轴向滑块连接板固定，焊枪轴向型材和径向移动电机固定在径向滑块连接板上，径向滑块连接板靠径向移动滑块在径向移动导轨上滑动，径向移动导轨固定在焊枪径向型材上，径向移动电机轴上的径向移动齿轮与径向移动齿条啮合，径向移动齿条固定在焊枪径向型材上。

该发明的有益之处是，机架采用质量较轻的铝型材，结构轻巧，生产成本较低；位移传感器安装在U型导向块中间，结构紧凑，精准度高，提高焊枪运动路径的与肋板焊接边楞的贴合度；U型导向块与推顶块之间采用弹簧连接，保证焊接夹持力与位移传感器的测量并且防止肋板焊接焊接变形；采用斜坡配重落料方式，靠径向气缸带动实现肋板自动落料，结构巧妙，降低机构成本；摆脱人工焊接的肋板工序，提高了锥形钢管的肋板焊接精度。

附图说明

附图1为本发明的整体结构示意图，附图2为本发明的机架结构图，图3为本发明的夹持测距机构图，图4为本发明的落料机构图，图5为落料机构图的斜坡落料示意图，图6为本发明的焊枪运动机构图，图7为本发明的焊枪运动机构侧视图，图8为径向推顶块局部剖视图(轴向径向是从钢管法兰盘来定义的)，图9为阻挡轴和落料弹簧结构示意图。

图中，1、机架，101、脚轮，102、底板，103、立柱，104、气缸固定型材，105、斜坡固定型材，106、焊枪径向型材，107、焊枪轴向型材，2、夹持测距机构，201、轴向推顶块，202、轴向弹簧，203、轴向导向块，204、轴向传感器，205、轴向光轴，206、轴向连接板，207、轴向气缸，208、径向推顶块，209、径向弹簧，210、径向导向块，211、径向传感器，212、径向气缸，213、径向连接板，214、径向光轴，3、落料机构，301、斜坡落料槽，302、轴固定支架，303、斜坡架，304、进料板，305、落料齿条，306、落料齿轮，307、落料齿轮轴，308、落料连杆，309、阻挡轴，310、落料弹簧，4、焊枪运动机构，401、轴向滑块连接板，402、轴向移动导轨，403、轴向移动电机，404、轴向移动滑块，405、电机支架，406、焊枪旋转电机，407、焊枪固定板，408、轴向移动齿轮，409、轴向移动齿条，410、径向移动滑块，411、径向移动电机，412、径向移动齿轮，413、径向移动齿条，414、径向滑块连接板，415、径向移动导轨，416、焊枪，5、焊机，6、控制柜。

具体实施方式

锥形钢管肋板焊接机器人，是由机架1、夹持测距机构2、落料机构3、焊枪运动机构4、焊机5和控制柜6组成的，其特征在于：夹持测距机构2固定在气缸固定型材104上，落料机构3由落料槽固定型材105固定在立柱103上，焊枪运动机构4固定在立柱103上方，焊机5和控制柜6放置在机器人附近；落料机构3上采用斜坡落料槽301斜坡落料方式，肋板依靠重力落下，被阻挡轴309分离，气缸驱动下，落料齿条305与落料齿轮306啮合运动，落料齿轮轴307、落料连杆308、阻挡轴309形成曲柄滑块机构，实现斜坡落料槽301内单个肋板落料，落料弹簧310拉动阻挡轴309恢复分离作用。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的机架1是由脚轮101、底板102、立柱103、气缸固定型材104、落料槽固定型材105、焊枪径向型材106、焊枪轴向型材107组成的，脚轮101固定在底板102下方，立柱103固定在底板102上，气缸固定型材105固定在立柱103上，径向滑块连接板414与径向移动滑块410固定，焊枪轴向型材107在焊枪径向型材106上移动。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的夹持测距机构2是由轴向推顶块201、轴向弹簧202、轴向导向块203、轴向传感器204、轴向光轴205、轴向连接板206、轴向气缸207、径向推顶块208、径向弹簧209、径向导向块210、径向传感器211、径向气缸212、径向连接板213、径向光轴214组成的，轴向光轴205一端在轴向推顶块201内沉孔固定，另一端装在轴向导向块203内光轴导套中，轴向弹簧202两端分别与轴向推顶块201和轴向导向块203固定住，轴向光轴205与轴向弹簧202同轴，轴向导向块203和轴向传感器204同时固定在轴向连接板206上，轴向传感器204感应头从轴向导向块203中间孔伸出，顶在轴向推顶块201上，轴向连接板206与轴向气缸207法兰板固定，轴向气缸207固定在气缸固定型材104上，径向光轴214一端在径向推顶块208内沉孔固定，另一端装在径向导向块210内导套中，径向弹簧209两端分别与径向推顶块208和径向导向块210固定住，径向光轴214与径向弹簧209同轴，径向导向块210和径向传感器211同时固定在径向连接板213上，径向传感器211感应头从径向导向块210中间孔伸出，顶在径向推顶块208上，径向连接板213与径向气缸212法兰板固定，径向气缸212固定在气缸固定型材104上。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的落料机构3是由斜坡落料槽301、轴固定支架302、斜坡架303、进料板304、落料齿条305、落料齿轮306、落料齿轮轴307、落料连杆308、阻挡轴309、落料弹簧310组成的，斜坡落料槽301上端固定在斜坡固定型材105上，斜坡落料槽301下端由斜坡架303固定在进料板304上，轴固定支架302固定在斜坡落料槽301上，进料板304固定在气缸固定型材104上，落料齿条305固定在径向连接板213上，落料齿轮306固定在落料齿轮轴307上，落料齿轮轴307与落料连杆308一端连接，阻挡轴309下端与落料连杆308连接，落料弹簧310下端与阻挡轴309固定，落料弹簧310上端与斜坡落料槽301固定。

所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的焊枪运动机构4是由轴向滑块连接板401、轴向移动导轨402、轴向移动电机403、轴向移动滑块404、电机支架405、焊枪旋转电机406、焊枪固定板407、轴向移动齿轮408、轴向移动齿条409、径向移动滑块410、径向移动电机411、径向移动齿轮412、径向移动齿条413、径向滑块连接板414、径向移动导轨415、焊枪416组成的，焊枪416安装在焊枪固定板407上，焊枪固定板与焊枪旋转电机406轴连接，焊枪旋转电机406用电机支架405安装在轴向滑块连接板401上，焊枪轴向移动步进电机403固定在轴向滑块连接板401上，焊枪轴向移动步进电机403轴上的轴向移动齿轮408与轴向移动齿条409啮合，轴向移动齿条409固定在焊枪轴向型材107上，轴向移动导轨402固定在焊枪轴向型材107上，轴向移动导轨402上面的轴向移动滑块404与轴向滑块连接板401固定，焊枪轴向型材107和径向移动电机410固定在径向滑块连接板414上，径向滑块连接板414靠径向移动滑块410在径向移动导轨415上滑动，径向移动导轨415固定在焊枪径向型材106上，径向移动电机411轴上的径向移动齿轮412与径向移动齿条413啮合，径向移动齿条413固定在焊枪径向型材106上。

该装置工作时，三轴机器人移动到锥形钢管法兰内侧，焊接肋板在夹持测距机构3夹持范围之内，落料机构3上端面与锥形钢管旋转中心平齐，并通过滚轮架调节好锥形钢管焊接的初始角度，脚轮101刹车锁死。

启动控制柜6与焊机5电源后，设置触摸屏工作模式，三轴机器人开始工作。首先，控制柜6控制径向气缸212伸出，到达最大量程后缩回，径向连接板缩回时，落料齿条305与落料齿轮306啮合运动，带动落料连杆308向气缸缩回方向摆动，阻挡轴309向下移动一定距离，落料弹簧310处于拉伸状态，阻挡轴309上端低于斜坡落料槽301承接肋板平面，斜坡落料槽301内肋板在重力作用下下滑，径向气缸212缩回一定距离时，落料齿条305与落料齿轮306不再啮合，阻挡轴309会在落料弹簧310的拉伸作用下恢复阻挡斜坡落料槽301内剩余肋板，径向气缸212缩回时间较短，只有一块肋板落入进料板304上，夹持测距机构2中径向气缸212开始伸出，径向推顶块208推顶进料板304上肋板达到锥形钢管棱体焊接表面，轴向气缸207开始伸出，轴向推顶块201推顶肋板到达锥形钢管法兰焊接表面，轴向弹簧202和径向弹簧209处于压缩状态，轴向传感器204测量轴向弹簧202压缩距离，径向传感器211测量径向弹簧209压缩距离，并采集到控制柜6，控制柜6计算轴向气缸207行程、轴向传感器204数据同时依据初始肋板夹持时的轴向传感器204数据和轴向气缸207法兰板、轴向导向块203、轴向连接板206、轴向推顶块201轴向尺寸，控制轴向移动电机403运动，使得焊枪416焊接肋板与锥形钢管法兰焊接表面的路径随每次焊接时的轴向跳动而变化，控制柜计算径向气缸207行程、径向传感器211数据同时依据初始肋板夹持时的径向传感器211数据和径向气缸212法兰板、径向导向块210、径向连接板213、径向推顶块208径向尺寸，控制径向移动电机411运动，使得焊枪416焊接肋板与锥形钢管棱体焊接表面的路径随每次焊接时的径向跳动而变化。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.锥形钢管肋板焊接机器人，是由机架、夹持测距机构、落料机构、焊枪运动机构、焊机和控制柜组成的，其特征在于：夹持测距机构固定在气缸固定型材上，落料机构由落料槽固定型材固定在立柱上，焊枪运动机构固定在立柱上方，焊机和控制柜放置在机器人附近；落料机构上采用斜坡落料槽斜坡落料方式，肋板依靠重力落下，被阻挡轴分离，气缸驱动下，落料齿条与落料齿轮啮合运动，落料齿轮轴、落料连杆、阻挡轴形成曲柄滑块机构，实现斜坡落料槽内单个肋板落料，落料弹簧拉动阻挡轴恢复分离作用。

2.如权利要求1所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的机架是由脚轮、底板、立柱、气缸固定型材、落料槽固定型材、焊枪径向型材、焊枪轴向型材组成的，脚轮固定在底板下方，立柱固定在底板上，气缸固定型材固定在立柱上，径向滑块连接板与径向移动滑块固定，焊枪轴向型材在焊枪径向型材上移动。

3.如权利要求1所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的夹持测距机构是由轴向推顶块、轴向弹簧、轴向导向块、轴向传感器、轴向光轴、轴向连接板、轴向气缸、径向推顶块、径向弹簧、径向导向块、径向传感器、径向气缸、径向连接板、径向光轴组成的，轴向光轴一端在轴向推顶块内沉孔固定，另一端装在轴向导向块内光轴导套中，轴向弹簧两端分别与轴向推顶块和轴向导向块固定住，轴向光轴与轴向弹簧同轴，轴向导向块和轴向传感器同时固定在轴向连接板上，轴向传感器感应头从轴向导向块中间孔伸出，顶在轴向推顶块上，轴向连接板与轴向气缸法兰板固定，轴向气缸固定在气缸固定型材上，径向光轴一端在径向推顶块内沉孔固定，另一端装在径向导向块内导套中，径向弹簧两端分别与径向推顶块和径向导向块固定住，径向光轴与径向弹簧同轴，径向导向块和径向传感器同时固定在径向连接板上，径向传感器感应头从径向导向块中间孔伸出，顶在径向推顶块上，径向连接板与径向气缸法兰板固定，径向气缸固定在气缸固定型材上。

4.如权利要求1所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的落料机构是由斜坡落料槽、轴固定支架、斜坡架、进料板、落料齿条、落料齿轮、落料齿轮轴、落料连杆、阻挡轴、落料弹簧组成的，斜坡落料槽上端固定在斜坡固定型材上，斜坡落料槽下端由斜坡架固定在进料板上，轴固定支架固定在斜坡落料槽上，进料板固定在气缸固定型材上，落料齿条固定在径向连接板上，落料齿轮固定在落料齿轮轴上，落料齿轮轴与落料连杆一端连接，阻挡轴下端与落料连杆连接，落料弹簧下端与阻挡轴固定，落料弹簧上端与斜坡落料槽固定。

5.如权利要求1所述的锥形钢管肋板焊接机器人，其特征在于：所述的焊枪运动机构是由轴向滑块连接板、轴向移动导轨、轴向移动电机、轴向移动滑块、电机支架、焊枪旋转电机、焊枪固定板、轴向移动齿轮、轴向移动齿条、径向移动滑块、径向移动电机、径向移动齿轮、径向移动齿条、径向滑块连接板、径向移动导轨、焊枪组成的，焊枪安装在焊枪固定板上，焊枪固定板与焊枪旋转电机轴连接，焊枪旋转电机用电机支架安装在轴向滑块连接板上，焊枪轴向移动步进电机固定在轴向滑块连接板上，焊枪轴向移动步进电机轴上的轴向移动齿轮与轴向移动齿条啮合，轴向移动齿条固定在焊枪轴向型材上，轴向移动导轨固定在焊枪轴向型材上，轴向移动导轨上面的轴向移动滑块与轴向滑块连接板固定，焊枪轴向型材和径向移动电机固定在径向滑块连接板上，径向滑块连接板靠径向移动滑块在径向移动导轨上滑动，径向移动导轨固定在焊枪径向型材上，径向移动电机轴上的径向移动齿轮与径向移动齿条啮合，径向移动齿条固定在焊枪径向型材上。