CN108655625B - 一种高效焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效焊接机器人，包括：机器手主支架；卡盘支架，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨，其设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴，其设置于卡盘支架内；卡盘转轴，其与卡盘驱动轴套相互连接；活塞，其设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套，其设置于卡盘转轴外；卡盘转盘，其通过连接支架与卡盘支架套相连；卡盘驱动体，其设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机带动围绕卡盘转盘转动；卡盘，其与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪，其设置于卡盘上。本发明的高效焊接机器人自由度高，运动稳定，精度高。

Description

一种高效焊接机器人

技术领域

本发明涉及焊接领域，特别涉及一种高效焊接机器人。

背景技术

大型构件在工程机械中占有很大的比例并极为重要，是工程机械的主承力构件，如大型门式起重机中的端梁、架桥机的机臂和立柱等，这些大型构件基本上都是产品的关键件，在现代生产中，其零部件连接方式以焊接为主。焊机因而被誉为工业界的缝纫机。此类产品的主要特点是大尺寸、大吨位，如某大型起重机的大型构件、端梁等大型主承力构件尺寸最大长达 108 米。在生产管理中普遍存在着生产效率偏低、质量难以保证、实时控制能力弱、在制品积压偏高、停工待料时间过长等问题。焊接生产作为很多制造过程的重要工序，其效率的提高对于整个制造过程生产率的提升具有重大意义。另一方面，全球范围内工业生产能耗在人类活动总能耗中占比超过一半，而焊接是工业领域主要耗能生产环节之一，焊机在我国被列入12类高能耗产品。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效焊接机器人，从而克服现有技术的焊接机器人的活动自由度较差，卡爪不能“抓牢”结构件的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效焊接机器人，包括：机器手主支架；卡盘支架，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨，卡盘支架滑轨设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴，卡盘驱动轴设置于卡盘支架内；卡盘转轴，卡盘转轴与卡盘驱动轴套相互连接；活塞，活塞设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套，卡盘支架套设置于卡盘转轴外；卡盘转盘，卡盘转盘通过连接支架与卡盘支架套相连；卡盘驱动体，卡盘驱动体设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机带动围绕卡盘转盘转动；卡盘，卡盘与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪，卡爪设置于卡盘上。

优选地，上述技术方案中，高效焊接机器人还包括：滚珠丝杠支架，滚珠丝杠支架设置于卡盘支架的一端；以及滚珠丝杠，滚珠丝杠的一端通过轴承支撑在滚珠丝杠支架上，滚珠丝杠的另一端与连接块接触；其中，连接块由滚珠丝杠带动而移动。

优选地，上述技术方案中，其中，在滚珠丝杠支架与滚珠丝杠之间还设置有润滑油入口与润滑油出口。

优选地，上述技术方案中，其中，在卡盘驱动体上设置有注油腔以及排油口；并且其中，在卡盘转盘上述设置有弹性活塞；在弹性活塞与卡盘支架套之间设置有柔性材料。

优选地，上述技术方案中，高效焊接机器人还包括：复位弹簧，复位弹簧设置于活塞与卡盘驱动轴之间，当不对活塞施加液压力时，复位弹簧推动活塞脱离工作位置，当活塞脱离工作位置时，卡盘转轴不随卡盘驱动轴转动。

优选地，上述技术方案中，高效焊接机器人还包括：卡盘支架伺服电机，卡盘支架伺服电机设置于机器手主支架下方，卡盘支架伺服电机位于卡盘伺服电机腔室内，卡盘支架伺服电机带动连接块沿着主支架上下移动；连接板以及连接块，连接板以及连接块设置于卡盘伺服电机腔室之间。

优选地，上述技术方案中，高效焊接机器人还包括：支撑板，支撑板与连接块连接，卡盘支架位于支撑板上方；水平移动伺服电机，水平移动伺服电机设置于卡盘支架一端；以及止动块，止动块设置于水平移动伺服电机的一侧。

优选地，上述技术方案中，高效焊接机器人还包括：手爪，手爪通过连接杆与机器手主支架连接。

优选地，上述技术方案中，在卡盘支架下侧设置有摄像头，摄像头用于对焊缝进行图像采集以确定焊缝位置、焊缝宽度、焊缝深度以及焊缝形状；高效焊接机器人还包括：微处理器，微处理器与摄像头通信连接，微处理器用于对所采集的焊缝图像进行图像处理，并基于图像处理之后的焊缝图像生成控制指令；控制器，控制器与微处理器通信连接，控制器用于基于控制指令来控制高效焊接机器人。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：很多现有技术都涉及焊接机器人的结构，但是现有技术中的焊接机器人普遍存在如下缺陷：1、现有的焊接机器人的活动自由度较差。一般而言，带有卡盘和焊接支架的焊接机器人，卡盘卡爪只能朝下，卡爪只能沿着水平轴运动，不能绕水平轴转动，如果是加工一些简单的结构组件，现有技术中的焊接机器人的自由度是足够的。但是如果需要加工一些比较复杂的结构时，目前的焊接机器人的活动自由度则过低，不能完全满足中国智造长期规划的要求。2、对于一些本身质量较大的结构件而言，将结构件的所有质量全部施加于卡爪上，将很可能导致卡爪不能“抓牢”结构件，造成结构件坠落，这将导致结构件损坏，甚至造成人员伤亡。为了解决上述问题，本申请提出了一种多自由度的高效焊接机器人。本申请在水平轴上增加了卡盘驱动轴，卡盘转轴，活塞以及卡盘支架套的结构，当需要卡盘围绕水平轴转动时，可以指令液压装置（图中未示出）向活塞提供液压，液压力推动活塞向图中右方运动，此时活塞将例如基于摩擦力与卡盘驱动轴锁定在一起，并随着卡盘驱动轴转动，此时，活塞带动卡盘转轴以及卡盘支架套转动，从而实现了卡盘结构整体围绕水平轴的转动。由于本申请提出了一种新的卡爪移动方式，本申请的卡盘运动自由度增加，所以本申请的焊接机器人能够完成更为精密的加工工作。目前现有技术中已经存在通过滚珠丝杠来驱动机械手水平移动的现有技术，但是众所周知的是，虽然滚珠丝杠结构具有运动稳定、精度高的优点，但是如何保证滚珠丝杠结构的有效润滑一直是本领域的技术难题。本发明在滚珠丝杠的一端、滚珠丝杠与滚珠丝杠支架之间的相对密闭的空间内加装了润滑油进油口和出油口，很好的解决了滚珠丝杠润滑的问题，一方面，由于滚珠丝杠的转动，可以将一部分润滑油带动到丝杠远端，同时另一方面，当将排油口封闭时，由于注油时，密闭空腔内部气压增大，所以注油压力将推动润滑油流出密闭空腔，增大丝杠润滑。如前所述，一些带焊接的结构质量较大，在将上述结构吊装到卡爪上时，将造成对卡爪的巨大瞬时冲击，这种冲击将传递到卡盘支架套等承力部件上，当承力部件反复受到大的冲击载荷的作用时，将导致结构寿命降低，如何降低冲击载荷是设计人员需要面对的问题。经过大量的研究设计，本申请将缓冲组件设置于弹性活塞（弹性活塞本身也是缓冲组件）与卡盘支架套之间，有效降低了冲击载荷，提高了结构寿命。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是根据本发明的实施例的高效焊接机器人的主视结构示意图；

图2是根据本发明的实施例的高效焊接机器人的测试结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要指出的是，本申请的附图均是结构示意图，并非机械装配图，本发明提供附图的唯一目的在于清楚的介绍发明的工作原理，所以在主视图中所示出的各个结构可能并没有全部展示于侧视图中。

实施例1

图1是根据本发明的实施例的高效焊接机器人的主视结构示意图；图2是根据本发明的实施例的高效焊接机器人的测试结构示意图。如图所示，本发明的高效焊接机器人包括：机器手主支架101；卡盘支架102，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨103，卡盘支架滑轨设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴104，卡盘驱动轴设置于卡盘支架内；卡盘转轴105，卡盘转轴105与卡盘驱动轴套122相互连接；活塞106，活塞设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套107，卡盘支架套设置于卡盘转轴外；卡盘转盘108，卡盘转盘通过连接支架118与卡盘支架套相连；卡盘驱动体109，卡盘驱动体设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机122带动围绕卡盘转盘转动（伺服电机通过减速器123带动卡盘驱动体运动）；卡盘110，卡盘110与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪111，卡爪设置于卡盘上。

很多现有技术都涉及焊接机器人的结构，但是现有技术中的焊接机器人普遍存在如下缺陷：1、现有的焊接机器人的活动自由度较差。一般而言，带有卡盘和焊接支架的焊接机器人，卡盘卡爪只能朝下，卡爪只能沿着水平轴运动，不能绕水平轴转动，如果是加工一些简单的结构组件，现有技术中的焊接机器人的自由度是足够的。但是如果需要加工一些比较复杂的结构时，目前的焊接机器人的活动自由度则过低，不能完全满足中国智造长期规划的要求。2、对于一些本身质量较大的结构件而言，将结构件的所有质量全部施加于卡爪上，将很可能导致卡转不能“抓牢”结构件，造成结构件坠落，这将导致结构件损坏，甚至造成人员伤亡。为了解决上述问题，本申请提出了一种多自由度的高效焊接机器人。本申请在水平轴上增加了卡盘驱动轴，卡盘转轴，活塞以及卡盘支架套的结构，当需要卡盘围绕水平轴转动时，可以指令液压装置（图中未示出）向活塞提供液压，液压力推动活塞向图中右方运动，此时活塞将例如基于摩擦力与卡盘驱动轴锁定在一起，并随着卡盘驱动轴转动，此时，活塞带动卡盘转轴以及卡盘支架套转动，从而实现了卡盘结构整体围绕水平轴的转动。由于本申请提出了一种新的卡爪移动方式，本申请的卡盘运动自由度增加，所以本申请的焊接机器人能够完成更为精密的加工工作。

实施例2

在优选的实施例中，本发明的高效焊接机器人包括：机器手主支架101；卡盘支架102，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨103，卡盘支架滑轨设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴104，卡盘驱动轴设置于卡盘支架内；卡盘转轴105，卡盘转轴105与卡盘驱动轴套122相互连接；活塞106，活塞设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套107，卡盘支架套设置于卡盘转轴外；卡盘转盘108，卡盘转盘通过连接支架118与卡盘支架套相连；卡盘驱动体109，卡盘驱动体设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机122带动围绕卡盘转盘转动（伺服电机通过减速器123带动卡盘驱动体运动）；卡盘110，卡盘110与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪111，卡爪设置于卡盘上。高效焊接机器人还包括：滚珠丝杠支架112，滚珠丝杠支架设置于卡盘支架的一端；滚珠丝杠113，滚珠丝杠的一端通过轴承支撑在滚珠丝杠支架上，滚珠丝杠的另一端与连接块接触；其中，连接块由滚珠丝杠带动而移动。其中，在滚珠丝杠支架与滚珠丝杠之间还设置有润滑油入口115与润滑油出口114。

目前现有技术中已经存在通过滚珠丝杠来驱动机械手水平移动的现有技术，但是众所周知的是，虽然滚珠丝杠结构具有运动稳定、精度高的优点，但是如何保证滚珠丝杠结构的有效润滑一直是本领域的技术难题。本发明在滚珠丝杠的一端、滚珠丝杠与滚珠丝杠支架之间的相对密闭的空间内加装了润滑油进油口和出油口，很好的解决了滚珠丝杠润滑的问题，一方面，由于滚珠丝杠的转动，可以将一部分润滑油带动到丝杠远端，同时另一方面，当将排油口封闭时，由于注油时，密闭空腔内部气压增大，所以注油压力将推动润滑油流出密闭空腔，增大丝杠润滑。

实施例3

在优选的实施例中，本发明的高效焊接机器人包括：机器手主支架101；卡盘支架102，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨103，卡盘支架滑轨设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴104，卡盘驱动轴设置于卡盘支架内；卡盘转轴105，卡盘转轴105与卡盘驱动轴套122相互连接；活塞106，活塞设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套107，卡盘支架套设置于卡盘转轴外；卡盘转盘108，卡盘转盘通过连接支架118与卡盘支架套相连；卡盘驱动体109，卡盘驱动体设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机122带动围绕卡盘转盘转动（伺服电机通过减速器123带动卡盘驱动体运动）；卡盘110，卡盘110与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪111，卡爪设置于卡盘上。其中，在卡盘驱动体上设置有注油腔117以及排油口116；并且其中，在卡盘转盘上述设置有弹性活塞119；在弹性活塞与卡盘支架套之间设置有柔性材料120。高效焊接机器人还包括：复位弹簧121，复位弹簧设置于活塞与卡盘驱动轴之间，当不对活塞施加液压力时，复位弹簧推动活塞脱离工作位置，当活塞脱离工作位置时，卡盘转轴不随卡盘驱动轴转动。

如前所述，一些带焊接的结构质量较大，在将上述结构吊装到卡爪上时，将造成对卡爪的巨大瞬时冲击，这种冲击将传递到卡盘支架套等承力部件上，当承力部件反复受到大的冲击载荷的作用时，将导致结构寿命降低，如何降低冲击载荷是设计人员需要面对的问题。经过大量的研究设计，本申请将缓冲组件设置于弹性活塞（弹性活塞本身也是缓冲组件）与卡盘支架套之间，有效降低了冲击载荷，提高了结构寿命。

实施例4

在优选的实施例中，本发明的高效焊接机器人包括：机器手主支架101；卡盘支架102，机器手主支架通过连接块与卡盘支架相互连接；卡盘支架滑轨103，卡盘支架滑轨设置在卡盘支架上，连接块能够在卡盘支架上沿着卡盘支架滑轨水平移动；卡盘驱动轴104，卡盘驱动轴设置于卡盘支架内；卡盘转轴105，卡盘转轴105与卡盘驱动轴套122相互连接；活塞106，活塞设置于卡盘转轴内部，当活塞由液压推动移动至工作位置时，卡盘转轴由卡盘驱动轴带动转动；卡盘支架套107，卡盘支架套设置于卡盘转轴外；卡盘转盘108，卡盘转盘通过连接支架118与卡盘支架套相连；卡盘驱动体109，卡盘驱动体设置于卡盘转盘上，卡盘驱动体由伺服电机122带动围绕卡盘转盘转动（伺服电机通过减速器123带动卡盘驱动体运动）；卡盘110，卡盘110与卡盘驱动体固定连接；以及卡爪111，卡爪设置于卡盘上。卡盘支架伺服电机201，卡盘支架伺服电机设置于机器手主支架下方，卡盘支架伺服电机位于卡盘伺服电机腔室内，卡盘支架伺服电机带动连接块沿着主支架上下移动；连接板202以及连接块203，连接板以及连接块设置于卡盘伺服电机腔室之间。高效焊接机器人包括：支撑板204，支撑板204与连接块203连接，卡盘支架位于支撑板上方；水平移动伺服电机205，水平移动伺服电机设置于卡盘支架一端，止动块206，止动块通过传动块207设置于水平移动伺服电机的一侧。高效焊接机器人包括：手爪208，手爪通过连接杆与机器手主支架连接。在卡盘支架下侧设置有摄像头（图中未示出），摄像头用于对焊缝进行图像采集以确定焊缝位置、焊缝宽度、焊缝深度以及焊缝形状；高效焊接机器人还包括：微处理器（图中未示出），微处理器与摄像头通信连接，微处理器用于对所采集的焊缝图像进行图像处理，并基于图像处理之后的焊缝图像生成控制指令；控制器（图中未示出），控制器与微处理器通信连接，控制器用于基于控制指令来控制高效焊接机器人。需要指出的是，图像处理算法是本领域公知的算法，具体如何将采集到的图像处理为机器可读的形式是本领域的公知常识，算法本身并非本申请的重点，再此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种高效焊接机器人，其特征在于：所述高效焊接机器人包括：

机器手主支架；

卡盘支架，所述机器手主支架通过连接块与所述卡盘支架相互连接；

卡盘支架滑轨，所述卡盘支架滑轨设置在所述卡盘支架上，所述连接块能够在所述卡盘支架上沿着所述卡盘支架滑轨水平移动；

卡盘驱动轴，所述卡盘驱动轴设置于所述卡盘支架内；

卡盘转轴，所述卡盘转轴与卡盘驱动轴套相互连接；

活塞，所述活塞设置于所述卡盘转轴内部，当所述活塞由液压推动移动至工作位置时，所述卡盘转轴由所述卡盘驱动轴带动转动；

卡盘支架套，所述卡盘支架套设置于所述卡盘转轴外；

卡盘转盘，所述卡盘转盘通过连接支架与所述卡盘支架套相连；

卡盘驱动体，所述卡盘驱动体设置于所述卡盘转盘上，所述卡盘驱动体由伺服电机带动围绕所述卡盘转盘转动；

卡盘，所述卡盘与所述卡盘驱动体固定连接；以及

卡爪，所述卡爪设置于所述卡盘上；

所述高效焊接机器人还包括：

滚珠丝杠支架，所述滚珠丝杠支架设置于所述卡盘支架的一端；以及滚珠丝杠，所述滚珠丝杠的一端通过轴承支撑在所述滚珠丝杠支架上，所述滚珠丝杠的另一端与所述连接块接触；

其中，所述连接块由所述滚珠丝杠带动而移动；

其中，在所述滚珠丝杠支架与所述滚珠丝杠之间还设置有润滑油入口与润滑油出口；

其中，在所述卡盘驱动体上设置有注油腔以及排油口；并且其中，在所述卡盘转盘上述设置有弹性活塞；在所述弹性活塞与所述卡盘支架套之间设置有柔性材料；

所述高效焊接机器人还包括：复位弹簧，所述复位弹簧设置于所述活塞与所述卡盘驱动轴之间，当不对所述活塞施加液压力时，所述复位弹簧推动所述活塞脱离工作位置，当所述活塞脱离工作位置时，所述卡盘转轴不随所述卡盘驱动轴转动；

其特征在于：所述高效焊接机器人还包括：

卡盘支架伺服电机，所述卡盘支架伺服电机设置于所述机器手主支架下方，所述卡盘支架伺服电机位于卡盘伺服电机腔室内，所述卡盘支架伺服电机带动所述连接块沿着所述主支架上下移动；

连接板以及连接块，所述连接板以及所述连接块设置于所述卡盘伺服电机腔室之间；

其特征在于：所述高效焊接机器人还包括：

支撑板，所述支撑板与所述连接块连接，所述卡盘支架位于所述支撑板上方；

水平移动伺服电机，所述水平移动伺服电机设置于所述卡盘支架一端；以及

止动块，所述止动块设置于所述水平移动伺服电机的一侧；

所述高效焊接机器人还包括：手爪，所述手爪通过连接杆与所述机器手主支架连接。

2.如权利要求1所述的高效焊接机器人，其特征在于：在所述卡盘支架下侧设置有摄像头，所述摄像头用于对焊缝进行图像采集以确定焊缝位置、焊缝宽度、焊缝深度以及焊缝形状；

所述高效焊接机器人还包括：

微处理器，所述微处理器与所述摄像头通信连接，所述微处理器用于对所采集的焊缝图像进行图像处理，并基于图像处理之后的焊缝图像生成控制指令；

控制器，所述控制器与所述微处理器通信连接，所述控制器用于基于所述控制指令来控制所述高效焊接机器人。