CN109877502B - 一种工业用零件焊接机械手臂及其工作方式 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工业用零件焊接机械手臂及其工作方式，包括零件传输带和焊接枪，所述零件传输带中心位置安装有机械手基座，机械手基座上方安装有第一伸展臂的一端，第一伸展臂另一端上安装有第二伸展臂一端，第二伸展臂另一端安装有焊接枪，第一伸展臂和机械手基座固定连接，第一伸展臂和第二伸展臂通过齿轮结构连接，第二伸展臂和焊接枪通过旋转电机连接；本发明通过对机械手和焊接传输带的匹配运动作用，使机械手的水平旋转和环形零件传输带角速度相同，在焊接作用中不需要停止零件的传输，通过PLC控制缩小旋转电机的焊接和机械手基座绕零件传输带的旋转角度差，加快零件焊接的速度，提高零件焊接的质量和效率。

Description

一种工业用零件焊接机械手臂及其工作方式

技术领域

本发明涉及工业机械手技术领域，具体的是一种工业用零件焊接机械手臂及其工作方式。

背景技术

机械手作为工业应用领域替代人工的劳作已经非常普及，机械手通过对自由度的调整可以实现在全空间范围内的运动，然而在一些工业生产的场合并不需要使用如此复杂和造价昂贵的机械手，通过程序的控制和电机的有效运转可以达到工作的目的。

目前，焊接机械手已经广泛应用于汽车制造领域，这种焊接以点焊为主，通常对不规则的焊接体进行多点焊接，在工业零件的焊接中，焊接位置相对固定，只需要四个自由度的机械手即可以完成焊接作用，针对圆筒零件类的焊接较为复杂，圆心的焊接作用通常只有六轴的机械手才能完成，或者多个焊接机械手配合完成，在现有技术中，焊接通常需要停止传输带的传送，定点的焊接，这种方式已经不能满足批量工业化零件的生产需要。因此，如何改善焊接机械手的结构，使其可以同传输带共同运动并且准确定位到焊接位置，运动中完成焊接，加快生产节奏，促进生产效率，降低机械手的成本是本发明需要解决的问题。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种工业用零件焊接机械手臂及其工作方式，改善焊接机械手的结构，使其可以同传输带共同运动并且准确定位到焊接位置，运动中完成焊接，加快生产节奏，促进生产效率，降低机械手的成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种工业用零件焊接机械手臂，包括机械手基座、第一伸展臂和第二伸展臂，还包括零件传输带和焊接枪，所述零件传输带中心位置安装有机械手基座，机械手基座上方安装有第一伸展臂的一端，第一伸展臂另一端上安装有第二伸展臂一端，第二伸展臂另一端安装有焊接枪，第一伸展臂和机械手基座固定连接，第一伸展臂和第二伸展臂通过齿轮结构连接，第二伸展臂和焊接枪通过旋转电机连接；

其中，所述旋转电机通过下方的旋转电机轴安装在焊接枪上，旋转电机通过两侧的旋转电机安装轴安装在第二伸展臂端点位置，旋转电机轴上固定安装有外齿轮盘，外齿轮盘安装在旋转套中；

其中，所述焊接枪中间部分为焊接套筒，焊接套筒上方安装有焊接线腔，焊接套筒下方安装有线腔连接筒，线腔连接筒通过角度联轴器安装有焊接头，焊接套筒侧面安装有连接支架的一端，连接支架另一端固定安装在旋转接头上，旋转接头为筒状结构，旋转接头内部设置有内螺纹，旋转接头安装在套伸出轴上，内螺纹和套伸出轴上的伸出轴螺纹配合旋紧；

所述旋转套中设置有外齿轮盘、滚动轴承和内齿轮盘，外齿轮盘两侧均设置有滚动轴承，滚动轴承内圆安装在旋转电机轴上，滚动轴承外圆安装在旋转套内侧，旋转套为筒状结构，旋转套内壁中间设置有内环形齿，内环形齿和内齿轮盘啮合。

作为本发明进一步的方案，所述零件传输带为环形结构，零件传输带的一侧平行设置有输入带和输出带，零件传输带上均匀的设置有多个零件定位夹，零件定位夹用于焊环形结构零件。

作为本发明进一步的方案，所述机械手基座在第一伸展臂朝向的背面安装有基座步进电机，基座步进电机用于机械手基座在水平方向上旋转，机械手基座底部设置有基座安装盘，基座安装盘四角均这只有基座安装孔，基座安装盘的中心点和零件传输带的中心点重合。

作为本发明进一步的方案，所述第一伸展臂和机械手基座安装的一端侧边上安装有第一步进电机，第一步进电机通过齿轮旋转第一伸展臂。

作为本发明进一步的方案，所述第二伸展臂和第一伸展臂安装的一端侧边上安装有第二步进电机，第二步进电机通过齿轮旋转第二伸展臂。

作为本发明进一步的方案，所述角度联轴器的角度包括有90度，120度，130度，140度，150度，160度和180度，根据不同的焊接零件选择不同的角度联轴器连接焊接头和线腔连接筒。

作为本发明进一步的方案，所述零件定位夹中心点上安装有光电开关，旋转接头下方中心位置安装有光电开关，光电开关用于定位机械手和零件位置。

作为本发明进一步的方案，该工业用零件焊接机械手臂的工作方式，包括以下步骤：

步骤一、将基座安装盘通过基座安装孔固定安装在地面上，并以基座安装盘的中线点为零件传输带的中心点安装零件传输带，零件定位夹调整为焊接零件的内径大小；

步骤二、调整第一步进电机和第二步进电机将第二伸展臂的末端中线位置对准零件定位夹的中心点，并通过调整第一步进电机和第二步进电机的旋转，第二伸展臂的末端中线位置在零件定位夹中心点竖直方向上移动一个焊接枪的距离；

步骤三、将旋转电机轴中线点对准零件定位夹中线点安装，在旋转电机轴中心线轴方向安装旋转套和旋转接头，并通过连接支架将焊接头伸出到零件定位夹的外圆周上，通过PLC控制基座步进电机和旋转电机与零件传输带的角速度相同；

步骤四、将两块需要焊接的筒状零件定位在零件定位夹上，零件通过输入带输送到零件传输带上，旋转电机轴定位在筒状零件的中心位置，旋转电机在焊接头完成第一点焊接时绕零件定位夹旋转焊接，当完成一个零件定位夹上的焊接时，基座步进电机方向零件传输带旋转将焊接头定位到相邻的零件定位夹上，对下一个零件进行焊接；

步骤五、当机械手焊接旋转到输出带位置时，重新回到输入带位置进行焊接，这个过程中零件传输带上空置部分零件。

本发明的有益效果：

1、该工业用零件焊接机械手臂通过和环形零件传输带的配合使用，在焊接零件过程中机械手和传输带同步转动，焊接枪在同步转动中，相对于焊接零件做旋转运动，旋转的焊接动作将两个圆筒状的结构缝隙准确严密的焊接，并且焊接完之后迅速移动到相邻的焊接零件上进行焊接，整个焊接过程，零件并不停止传输。

2、多种规格的角度联轴器适用于多种零件的使用，调整生产计划只需要更换不同角度的联轴器同样完成环形焊接，零件定位夹和旋转接头上设置的光电开关，使机械手在移动位置时，在预先定位好的位置上可以准确的停在作业零件的位置，对作业零件进行焊接；旋转电机设置在第二伸展臂上可以使焊接枪有足够的活动空间，并且旋转电机的线路可以隐藏在第二旋转臂内部，保持外部整洁，线路管理恰当。

3、本发明通过对机械手和焊接传输带的匹配运动作用，使机械手的水平旋转和环形零件传输带角速度相同，在焊接作用中不需要停止零件的传输，通过PLC控制缩小旋转电机的焊接和机械手基座绕零件传输带的旋转角度差，加快零件焊接的速度，提高零件焊接的质量和效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明整体结构俯视示意图。

图2是本发明中机械手正面结构示意图。

图3是本发明中机械手底面结构示意图。

图4是本发明中焊接枪三维结构示意图。

图5是本发明中焊接枪正面结构示意图。

图6是本发明中旋转套上部分连接结构示意图。

图7是本发明中旋转套下部分连接结构示意图。

附图标记：1、零件传输带；11、输入带；12、输出带；13、零件定位夹；2、机械手基座；21、基座步进电机；22、基座安装盘；23、基座安装孔；3、第一伸展臂；31、第一步进电机；4、第二伸展臂；41、第二步进电机；42、旋转电机；421、旋转电机安装轴；422、旋转电机轴；5、焊接枪；51、旋转接头；52、焊接头；53、旋转套；531、外齿轮盘；532、滚动轴承；533、内齿轮盘；534、套伸出轴；535、伸出轴螺纹；54、连接支架；55、焊接套筒；56、焊接线腔；57、线腔连接筒；58、角度联轴器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图7所示，本发明为一种工业用零件焊接机械手臂，包括机械手基座2、第一伸展臂3和第二伸展臂4，还包括零件传输带1和焊接枪5，所述零件传输带1中心位置安装有机械手基座2，机械手基座2上方安装有第一伸展臂3的一端，第一伸展臂3另一端上安装有第二伸展臂4一端，第二伸展臂4另一端安装有焊接枪5，第一伸展臂3和机械手基座2固定连接，第一伸展臂3和第二伸展臂4通过齿轮结构连接，第二伸展臂4和焊接枪5通过旋转电机42连接；

其中，所述旋转电机42通过下方的旋转电机轴422安装在焊接枪5上，旋转电机42通过两侧的旋转电机安装轴421安装在第二伸展臂4端点位置，旋转电机轴422上固定安装有外齿轮盘531，外齿轮盘531安装在旋转套53中；旋转电机设置在第二伸展臂上可以使焊接枪有足够的活动空间，并且旋转电机的线路可以隐藏在第二旋转臂内部，保持外部整洁，线路管理恰当。

其中，所述焊接枪5中间部分为焊接套筒55，焊接套筒55上方安装有焊接线腔56，焊接套筒55下方安装有线腔连接筒57，线腔连接筒57通过角度联轴器58安装有焊接头52，焊接套筒55侧面安装有连接支架54的一端，连接支架54另一端固定安装在旋转接头51上，旋转接头51为筒状结构，旋转接头51内部设置有内螺纹，旋转接头51安装在套伸出轴534上，内螺纹和套伸出轴534上的伸出轴螺纹535配合旋紧；

所述旋转套53中设置有外齿轮盘531、滚动轴承532和内齿轮盘533，外齿轮盘531两侧均设置有滚动轴承532，滚动轴承532内圆安装在旋转电机轴422上，滚动轴承532外圆安装在旋转套53内侧，旋转套53为筒状结构，旋转套53内壁中间设置有内环形齿，内环形齿和内齿轮盘533啮合。本发明通过对机械手和焊接传输带的匹配运动作用，使机械手的水平旋转和环形零件传输带角速度相同，在焊接作用中不需要停止零件的传输，通过PLC控制缩小旋转电机的焊接和机械手基座绕零件传输带的旋转角度差，加快零件焊接的速度，提高零件焊接的质量和效率。

所述零件传输带1为环形结构，零件传输带1的一侧平行设置有输入带11和输出带12，零件传输带1上均匀的设置有多个零件定位夹13，零件定位夹13用于焊环形结构零件。

所述机械手基座2在第一伸展臂3朝向的背面安装有基座步进电机21，基座步进电机21用于机械手基座2在水平方向上旋转，机械手基座2底部设置有基座安装盘22，基座安装盘22四角均这只有基座安装孔23，基座安装盘22的中心点和零件传输带1的中心点重合。

所述第一伸展臂3和机械手基座2安装的一端侧边上安装有第一步进电机31，第一步进电机31通过齿轮旋转第一伸展臂3。

所述第二伸展臂4和第一伸展臂3安装的一端侧边上安装有第二步进电机41，第二步进电机41通过齿轮旋转第二伸展臂4。

所述角度联轴器58的角度包括有90度，120度，130度，140度，150度，160度和180度，根据不同的焊接零件选择不同的角度联轴器58连接焊接头52和线腔连接筒57。多种规格的角度联轴器适用于多种零件的使用，调整生产计划只需要更换不同角度的联轴器同样完成环形焊接。

所述零件定位夹13中心点上安装有光电开关，旋转接头51下方中心位置安装有光电开关，光电开关用于定位机械手和零件位置。零件定位夹和旋转接头上设置的光电开关，使机械手在移动位置时，在预先定位好的位置上可以准确的停在作业零件的位置，对作业零件进行焊接。

该工业用零件焊接机械手臂的工作方式，包括以下步骤：

步骤一、将基座安装盘22通过基座安装孔23固定安装在地面上，并以基座安装盘22的中线点为零件传输带1的中心点安装零件传输带1，零件定位夹13调整为焊接零件的内径大小；

步骤二、调整第一步进电机31和第二步进电机41将第二伸展臂4的末端中线位置对准零件定位夹13的中心点，并通过调整第一步进电机31和第二步进电机41的旋转，第二伸展臂4的末端中线位置在零件定位夹13中心点竖直方向上移动一个焊接枪5的距离；

步骤三、将旋转电机轴422中线点对准零件定位夹13中线点安装，在旋转电机轴422中心线轴方向安装旋转套53和旋转接头51，并通过连接支架54将焊接头52伸出到零件定位夹13的外圆周上，通过PLC控制基座步进电机21和旋转电机42与零件传输带1的角速度相同；

步骤四、将两块需要焊接的筒状零件定位在零件定位夹13上，零件通过输入带11输送到零件传输带1上，旋转电机轴422定位在筒状零件的中心位置，旋转电机42在焊接头52完成第一点焊接时绕零件定位夹13旋转焊接，当完成一个零件定位夹13上的焊接时，基座步进电机21方向零件传输带1旋转将焊接头52定位到相邻的零件定位夹13上，对下一个零件进行焊接；

步骤五、当机械手焊接旋转到输出带12位置时，重新回到输入带11位置进行焊接，这个过程中零件传输带1上空置部分零件。通过和环形零件传输带的配合使用，在焊接零件过程中机械手和传输带同步转动，焊接枪在同步转动中，相对于焊接零件做旋转运动，旋转的焊接动作将两个圆筒状的结构缝隙准确严密的焊接，并且焊接完之后迅速移动到相邻的焊接零件上进行焊接，整个焊接过程，零件并不停止传输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种工业用零件焊接机械手臂，包括机械手基座(2)、第一伸展臂(3)和第二伸展臂(4)，其特征在于，还包括零件传输带(1)和焊接枪(5)，所述零件传输带(1)中心位置安装有机械手基座(2)，机械手基座(2)上方安装在第一伸展臂(3)的一端，第一伸展臂(3)另一端上安装在第二伸展臂(4)一端，第二伸展臂(4)另一端安装有焊接枪(5)，第一伸展臂(3)和机械手基座(2)旋转连接，第一伸展臂(3)和第二伸展臂(4)通过齿轮结构连接，第二伸展臂(4)和焊接枪(5)通过旋转电机(42)连接；

其中，所述旋转电机(42)通过下方的旋转电机轴(422)安装在焊接枪(5)上，旋转电机(42)通过两侧的旋转电机安装轴(421)安装在第二伸展臂(4)端点位置，旋转电机轴(422)上固定安装有外齿轮盘(531)，外齿轮盘(531)安装在旋转套(53)中；

其中，所述焊接枪(5)中间部分为焊接套筒(55)，焊接套筒(55)上方安装有焊接线腔(56)，焊接套筒(55)下方安装有线腔连接筒(57)，线腔连接筒(57)通过角度联轴器(58)安装有焊接头(52)，焊接套筒(55)侧面安装在连接支架(54)的一端，连接支架(54)另一端固定安装在旋转接头(51)上，旋转接头(51)为筒状结构，旋转接头(51)内部设置有内螺纹，旋转接头(51)安装在套伸出轴(534)上，内螺纹和套伸出轴(534)上的伸出轴螺纹(535)配合旋紧；

所述旋转套(53)中设置有外齿轮盘(531)、滚动轴承(532)和内齿轮盘(533)，外齿轮盘(531)两侧均设置有滚动轴承(532)，滚动轴承(532)内圆安装在旋转电机轴(422)上，滚动轴承(532)外圆安装在旋转套(53)内侧，旋转套(53)为筒状结构，旋转套(53)内壁中间设置有内环形齿，内环形齿和内齿轮盘(533)啮合；

该工业用零件焊接机械手臂的工作方式，包括以下步骤：

步骤一、将基座安装盘(22)通过基座安装孔(23)固定安装在地面上，并以基座安装盘(22)的中线点为零件传输带(1)的中心点安装零件传输带(1)，零件定位夹(13)调整为焊接零件的内径大小；

步骤二、调整第一步进电机(31)和第二步进电机(41)将第二伸展臂(4)的末端中线位置对准零件定位夹(13)的中心点，并通过调整第一步进电机(31)和第二步进电机(41)的旋转，使第二伸展臂(4)的末端中线位置在零件定位夹(13)中心点竖直方向上移动一个焊接枪(5)的距离；

步骤三、将旋转电机轴(422)中线点对准零件定位夹(13)中线点安装，在旋转电机轴(422)中心线轴方向安装旋转套(53)和旋转接头(51)，并通过连接支架(54)将焊接头(52)伸出到零件定位夹(13)的外圆周上，通过PLC控制基座步进电机(21)和旋转电机(42)与零件传输带(1)的角速度相同；

步骤四、将两块需要焊接的筒状零件定位在零件定位夹(13)上，零件通过输入带(11)输送到零件传输带(1)上，旋转电机轴(422)定位在筒状零件的中心位置，旋转电机(42)在焊接头(52)完成第一点焊接时绕零件定位夹(13)旋转焊接，当完成一个零件定位夹(13)上的焊接时，基座步进电机(21)相对零件传输带(1)旋转将焊接头(52)定位到相邻的零件定位夹(13)上，对下一个零件进行焊接；

步骤五、当机械手焊接旋转到输出带(12)位置时，重新回到输入带(11)位置进行焊接，这个过程中零件传输带(1)上空置部分零件。

2.根据权利要求1所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述零件传输带(1)为环形结构，零件传输带(1)的一侧平行设置有输入带(11)和输出带(12)，零件传输带(1)上均匀的设置有多个零件定位夹(13)，零件定位夹(13)用于夹持环形结构零件。

3.根据权利要求2所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述零件定位夹(13)中心点上安装有光电开关，旋转接头(51)下方中心位置安装有光电开关，光电开关用于定位机械手和零件位置。

4.根据权利要求1所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述机械手基座(2)在第一伸展臂(3)朝向的背面安装有基座步进电机(21)，基座步进电机(21)用于机械手基座(2)在水平方向上旋转，机械手基座(2)底部设置有基座安装盘(22)，基座安装盘(22)四角均设置有基座安装孔(23)，基座安装盘(22)的中心点和零件传输带(1)的中心点重合。

5.根据权利要求1所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述第一伸展臂(3)和机械手基座(2)安装的一端侧边上安装有第一步进电机(31)，第一步进电机(31)通过齿轮旋转第一伸展臂(3)。

6.根据权利要求1所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述第二伸展臂(4)和第一伸展臂(3)安装的一端侧边上安装有第二步进电机(41)，第二步进电机(41)通过齿轮旋转第二伸展臂(4)。

7.根据权利要求1所述的一种工业用零件焊接机械手臂,其特征在于，所述角度联轴器(58)的角度包括有90度，120度，130度，140度，150度，160度和180度，根据不同的焊接零件选择不同的角度联轴器(58)连接焊接头(52)和线腔连接筒(57)。

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