CN109894780A - 一种机器人焊接工作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了机器人焊接工作系统，其机器人的固定座安装于回转构架，机器人焊接工作系统工作时，操作人员可以先在装卸件区将焊接工件安装于夹持机构，然后回转构架带动夹持机构也回转直至焊接工件处于焊接工作区(本文优选回转构架的回转角度为180°)，与此同时安装于底座上的机器人也一同回转，当焊接工件回转至焊接工作区后，可以控制机器人的机械臂运动至焊接初始位置，然后再根据预先规划的路径进行焊接作业；机器人设置于回转构架上，机器人的回转区域与回转构架的部分回转区域是相互重合的，这样大大节省了整个机器人焊接工作系统的占地空间，有利于该系统布置于空间较小的环境。

Description

一种机器人焊接工作系统

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种机器人焊接工作系统。

背景技术

汽车工业中的钣金工艺最重要的几个步骤是：剪、冲/切、折/卷，焊接和表面处理。其中焊接是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或者其他热塑性材料的制造工艺及技术。

对于左右对称的汽车钣金类零件的焊接生产，为了减少焊接过程造成的零件变形，通常需要合理规划焊接工艺流程。常规的做法就是采用双机器人工作站的形式，即两个工业机器人带动弧焊焊枪一左一右同步进行焊接，工艺路线就是从两端向中间进行焊接或从中间向两进行焊接。

最接近的现有技术是：两个机器人独立安装，三轴变位机的大变位机绕着竖直轴线水平旋转，两个小变位机绕着水平轴线竖直旋转。人工装卸件区和机器人工作位置分别位于大变位机的两侧，人工在一侧上件、手工预夹紧，机器人在另一侧进行焊接。人工上完件后，大变位机带动工件旋转180°，进入焊接工作区，以便机器人进行焊接作业，焊接完成后，大变位机回转180°再转动至人工装卸件区，人工取件下来。重复大致相同的动作以完成所有工件的焊接。

现有技术中上述双机器人工作站的缺陷主要为：机器人单独固定在三轴变位机旋转区域外，三轴变位机的旋转半径是一定的，导致整个机器人工作站的占地面积较大，限制了焊接系统在空间较小环境的应用。

另外，自动清枪器也需要安装在三轴变位机之外，同样导致整个机器人工作站的占地面积较大。

因此，如何尽量降低焊接设备对于空间的占据，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种机器人焊接工作系统，包括底座、回转构架和驱动机构，所述回转构架回转支撑于所述底座，在所述驱动机构的作用下，所述回转构架可绕竖直轴相对所述底座回转；所述回转构架上至少设置有两组夹持机构，每一组所述夹持机构均能够夹持固定焊接工件，各所述夹持机构可随所述回转构架往复运动于装卸件区和焊接工作区；

还包括至少一个用于安装焊枪的机器人，所述机器人的固定座安装于所述回转构架，所述机器人具有至少两节机械臂，第一节机械臂的根部安装于所述固定座，末节机械臂的顶端用于安装焊枪。

本发明中的机器人焊接工作系统工作时，操作人员可以先在装卸件区将焊接工件安装于夹持机构，然后回转构架带动夹持机构也回转直至焊接工件处于焊接工作区(本文优选回转构架的回转角度为180°)，与此同时安装于底座上的机器人也一同回转，当焊接工件回转至焊接工作区后，可以控制机器人的机械臂运动至焊接初始位置，然后再根据预先规划的路径进行焊接作业。

从以上描述可以看出，机器人设置于回转构架上，机器人的回转区域与回转构架的部分回转区域是相互重合的，这样大大节省了整个机器人焊接工作系统的占地空间，有利于该系统布置于空间较小的环境。

可选的，所述回转构架为工字型结构，包括两个纵臂和一个横臂，横臂连接于两所述纵臂的中间位置，所述横臂与所述底座回转连接，所述两纵臂同侧的相对端部安装有一组所述夹持机构。

可选的，所述夹持机构包括主动变位机和从动变位机，二者相对安装于两纵臂的同一侧端部，所述主动变位机和所述从动变位机配合夹紧所述焊接工件，并且所述从动变位机可随所述主动变位机同步动作。

可选的，还包括自动清枪器，所述自动清枪器也安装于所述回转构架上。

可选的，所述机器人的数量为两个，两所述机器人对称布置于所述回转构架的横臂；并且当处于非工作状态时，所述两机器人的机械臂关于二者之间的中心纵平面对称。

可选的，每一个所述机器人对应一个弧形防护板，所述弧形防护板的凹陷弧壁朝向所述机器人，当处于非工作状态时，所述弧形防护板布置于两所述机器人之间，当焊接工作时，所述弧形防护板随机器人一起转动至靠近所述装卸件区一侧。

可选的，所述机器人的固定座可围绕竖直轴线相对所述回转构架转动，所述弧形防护板固定于相应所述固定座，当固定座处于第一工作位置时，所述弧形防护板处于两机器人之间，当所述固定座转动90°于第二工作位置时，所述弧形防护板处于靠近所述装卸件区一侧。

可选的，还包括固定于所述回转构架的两个辅助防护板，分别位于机器人与装卸件区之间、机器人与焊接工作区之间；所述辅助防护板的中部设置有开口向上的缺口，当焊接工作时，所述弧形防护板转动至所述缺口相对位置以至少遮挡所述缺口的大部分空间。

可选的，所述弧形防护板的内外表面均为倒锥筒结构，所述辅助防护板的凹陷部为倒梯形开口，当焊接工作时，所述倒锥筒结构的外侧壁与所述倒梯形开口的侧壁重合或者所述倒锥筒结构的外侧壁处于所述倒梯形开口的外侧。

可选的，还包括固定于所述回转构架上的挡板，所述挡板位于两所述弧形防护板之间，所述挡板的两侧壁与两侧所述弧形防护板的外表面相匹配，以遮挡两所述弧形防护板二者之间形成的空隙。

附图说明

图1为本发明一种实施例中机器人焊接工作系统的结构示意图；

图2为图1所示机器人焊接工作系统中机器人转动至焊接工作区的状态示意图；

图3为图2所示机器人焊接工作系统的侧视图。

其中，图1至图3中部件名称和附图标记之间的一一对应关系如下所示：

10-底座；21-第一纵臂；22-第二纵臂；23-横臂；31-第一机器人；32-第二机器人；41-第一弧形防护板；42-第二弧形防护板；51-第一辅助防护板；52-第二辅助防护板；61-第一自动清枪器；62-第二自动清枪器；71-第一夹持机构；72-第二夹持机构；80-挡板。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种实施例中机器人焊接工作系统的结构示意图；图2为图1所示机器人焊接工作系统中机器人转动至焊接工作区的状态示意图；图3为图2所示机器人焊接工作系统的侧视图。

本发明提供了一种机器人焊接工作系统，包括底座10、回转构架和驱动机构。底座10主要提供各零部件安装的平台，底座10通常固定安装于车间地面或者工作支撑面。

回转构架回转支撑于底座10上，在驱动机构的作用下，回转构架可以围绕竖直轴相对底座10回转。驱动机构的结构形式由多种方式，可以为电机驱动，也可以为液压驱动，只要能实现回转构架相对底座10的回转即可。

对于回转构架与底座10之间的回转结构本文也不做详细赘述，通过本文的描述，本领域内技术人员完全可以理解和实施本文所记载的技术方案，也就是说，本文不公开回转构架与底座10的回转结构完全不妨碍本领域内技术人员对于本文技术方案的理解和实施。

回转构架上至少设置有两组夹持机构，每一组夹持机构均能够夹持固定焊接工件，各夹持机构随回转构架往复运动于装卸件区和焊接工作区。这样夹持机构可以随构架自装卸件区转动至焊接工作区进行焊接，也可以自焊接工作区转动至装卸件区，这样操作人员可以在装卸件区将焊接工件安装或者拆卸于夹持机构，焊接工件在焊接工作区进行被焊接。

本发明所提供的机器人焊接工作系统包括至少一个用于安装焊枪的机器人，机器人的固定座安装于回转构架，机器人具有至少两节机械臂，末节机械臂的用于安装焊枪。相邻两机械臂之间关节连接，其中第一节机械臂的根部与机器人的固定座连接，第一节机械臂与固定座可以关节连接。通常机械臂的末端设置有用于安装焊枪的夹具。机器人的机械臂可以根据预先规划的焊接路径对工件进行焊接。

本发明中的机器人焊接工作系统工作时，操作人员可以先在装卸件区将焊接工件安装于夹持机构，然后回转构架带动夹持机构也回转直至焊接工件处于焊接工作区(本文优选回转构架的回转角度为180°)，与此同时安装于底座10上的机器人也一同回转，当焊接工件回转至焊接工作区后，可以控制机器人的机械臂运动至焊接初始位置，然后再根据预先规划的路径进行焊接作业。

从以上描述可以看出，机器人设置于回转构架上，机器人的回转区域与回转构架的部分回转区域是相互重合的，这样大大节省了整个机器人焊接工作系统的占地空间，有利于该系统布置于空间较小的环境。

在一种具体的实施方式中，回转构架可以为工字型结构，包括两个纵臂和一个横臂23，横臂23连接于两纵臂的中间位置，横臂23与底座10回转连接，横臂23的宽度、刚度以及强度可以根据具体环境进行选取，只要能够满足使用需求即可。如图1所示，两纵臂分别定义为第一纵臂21和第二纵臂22。两纵臂同侧的相对端部安装有一组夹持机构。也就是说，夹持机构包括两组，分别安装于纵臂长度方向的两个端部，如图第一夹持机构71和第二夹持机构72。这样纵臂的两端部轮流进入焊接工作区，对其夹持机构上安装的焊接工件进行焊接。

即焊接工作区和装卸件区呈180°布置，两纵臂的一端位于装卸件区，另一端必然位于焊接工作区，这样，操作人员在装卸件区对纵臂的第一端部安装焊接工件后，回转构架转动180°转动至焊接工作区，控制机器人进行焊接工作，同时纵臂的第二端部转动至装卸件区，这样操作人员在进行焊接的同时进行安装或者拆卸该端的工件，大大提高工作效率。

机器人可以优选安装于横臂23。当然，也可以安装于纵臂上。

对于焊缝较复杂的工件，仅通过机器人的动作是无法完成焊接工作的，尤其对于两个或者两个以上机器人作业的焊接工作，还需要考虑到机器人之间的动作干涉问题。因此，本文还进行了以下设置。

上述各实施例中，夹持机构还可以包括主动变位机和从动变位机，二者相对安装于两纵臂的同一侧端部，主动变位机和从动变位机配合加紧焊接工件，并且从动变位机可随主动变位机同步动作。变位机配合机器人共同完成焊接作业。

为了进一步减小焊接工作系统对空间的占据，焊接工作系统中的自动清枪器也可以安装于回转构架上。

本文以对焊接工件实施对称焊接，且焊接机器人以两个为例继续介绍技术方案。当然，机器人的数量不局限于两个，还可以为三个或者更多个。

在一种具体的实施方式中，机器人的数量为两个，分别定义为第一机器人31和第二机器人32。两个机器人对称布置于回转构架的横臂23，并且当处于非焊接工作状态时，两机器人的机械臂关于二者之间的中心纵平面对称布置。当回转构架转动到位后，再控制机器人的机械臂转动至初始焊接位置，以进行焊接工作。

机械臂对称布置可以适当平衡两机器人对于回转底座10的扭转力，有利于机构稳定性。

上述各实施例中，每一个机器人可以对应一个弧形防护板，弧形防护板，弧形防护板的凹陷弧壁朝向机器人，即机器人设置于弧壁形防护板的凹陷侧。对于两个机器人而言，弧形防护板相应包括第一弧形防护板41和第二弧形防护板42。当处于非工作状态时，弧形防护板布置于两机器人之间，当焊接工作时，弧形防护板转动至靠近装卸件区一侧。也就是说，弧形防护板相对回转构架是可移动连接的，弧形防护板可以随回转构架一同转动，当回转构架运动至焊接工位，未进行焊接前，弧形防护板可以转动至靠近装卸件区的一侧，起到防护作用，并且弧形防护板的回转半径比较小且防护面积大。

在一种具体的实施方式中，机器人的固定座可围绕竖直轴线相对回转构架转动，弧形防护板固定于相应固定座，当固定座处于第一工作位置时，弧形防护板处于两机器人之间，当固定座转动90°于第二工作位置时，弧形防护板处于靠近装卸件区一侧。

该实施方式中，机器人与弧形防护板安装于同一固定座，当构架先转动至预定位置，机器人的固定座再带动机器人和弧形防护板一同转动90°，此时弧形防护板转动至靠近装卸件区一侧，以保护位于装卸件区的操作人员。

进一步地，机器人焊接工作系统还可以包括固定于回转构架的两个辅助防护板，分别位于机器人与装卸件区、机器人与焊接工作区；如图，第一辅助防护板51和第二辅助防护板52。辅助防护板的中部设置有开口向上的缺口，当焊接工作时，弧形防护板转动至缺口相对位置以至少遮挡缺口的大部分空间，也就是说两弧形防护板与相应辅助防护板共同形成防护板。

也就是说，本文中的辅助防护板中间具有缺口，通常缺口可以根据机器人工作便于焊接作业而定，避免辅助防护板与机器人机械臂干涉。

进一步地，为了尽量降低两弧形防护板之间的空隙，还可以在回转构架上设置挡板80，挡板80的两侧壁与两侧弧形防护板的外表面相匹配，以遮挡两弧形防护板二者之间形成的空隙。

挡板80位置设置必然不能妨碍两弧形防护板的回转，尽量与两弧形防护板的外侧壁贴合配合。另外，挡板的高度可以根据实际情况设定，大致与弧形防护板一样高或者略低于弧形防护板。

弧形防护板的内外表面均为倒锥筒结构，辅助防护板的凹陷部为倒梯形开口，当焊接工作时，倒锥筒结构的外侧壁与所述倒梯形开口的侧壁重合或者所述倒锥筒结构的外侧壁处于倒梯形开口的外侧。此处倒梯形开口的外侧是相对靠近辅助防护板的长度延伸的方向，也就是说横臂23延伸的方向的外侧。

具体地，自动清枪器可以分别安装于两辅助防护板上，具体地，自动清枪器可以安装于辅助防护板的外侧壁。通常自动清枪器的数量可以为两个，分别定义为第一自动清枪器61和第二自动清枪器62。

机器人焊接工作系统的其他结构可以参考现有技术，本文不做具体介绍。

以上对本发明所提供的一种机器人焊接工作系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机器人焊接工作系统，其特征在于，包括底座、回转构架和驱动机构，所述回转构架支撑于所述底座，在所述驱动机构的作用下，所述回转构架可绕竖直轴相对所述底座回转；所述回转构架上至少设置有两组夹持机构，每一组所述夹持机构均能够夹持固定被焊接工件，各所述夹持机构可随所述回转构架往复运动于装卸件区和焊接工作区；

还包括至少一个用于安装焊枪的机器人，所述机器人的固定座安装于所述回转构架，所述机器人具有至少两节机械臂，第一节机械臂的根部安装于所述固定座，末节机械臂的顶端用于安装焊枪。

2.如权利要求1所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，所述回转构架为工字型结构，包括两个纵臂和一个横臂，所述横臂连接于两所述纵臂的中间位置，所述横臂与所述底座回转连接，所述两个纵臂同侧的相对端部安装有一组所述夹持机构。

3.如权利要求2所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，所述夹持机构包括主动变位机和从动变位机，二者相对安装于两个纵臂的同一侧端部，所述主动变位机和所述从动变位机配合夹紧所述焊接工件，并且所述从动变位机可随所述主动变位机同步动作。

4.如权利要求2所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，还包括自动清枪器，所述自动清枪器也安装于所述回转构架上。

5.如权利要求2至4任一项所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，所述机器人的数量为两个，两所述机器人对称布置于所述回转构架的横臂；并且当处于非工作状态时，所述两机器人的机械臂关于二者之间的中心纵平面对称。

6.如权利要求5所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，每一个所述机器人对应一个弧形防护板，所述弧形防护板的凹陷弧壁朝向所述机器人，当处于非工作状态时，所述弧形防护板布置于两所述机器人之间，当焊接工作时，所述弧形防护板随机器人一起转动至靠近所述装卸件区一侧。

7.如权利要求6所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，所述机器人的固定座可围绕竖直轴线相对所述回转构架转动，所述弧形防护板固定于相应所述固定座，当固定座处于第一工作位置时，所述弧形防护板处于两机器人之间，当所述固定座转动90°到第二工作位置时，所述弧形防护板处于靠近所述装卸件区一侧。

8.如权利要求6所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，还包括固定于所述回转构架的两个辅助防护板，分别位于机器人与装卸件区之间、机器人与焊接工作区之间；所述辅助防护板的中部设置有开口向上的缺口，当焊接工作时，所述弧形防护板转动至所述缺口相对位置以至少遮挡所述缺口的大部分空间。

9.如权利要求8所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，所述弧形防护板的内外表面均为倒锥筒结构，所述辅助防护板的凹陷部为倒梯形开口，当焊接工件时，所述倒锥筒结构的外侧壁与所述倒梯形开口的侧壁重合或者所述倒锥筒结构的外侧壁处于所述倒梯形开口的外侧。

10.如权利要求8所述的机器人焊接工作系统，其特征在于，还包括固定于所述回转构架上的挡板，所述挡板位于两所述弧形防护板之间，所述挡板的两侧壁与两侧所述弧形防护板的外表面相匹配，以遮挡两所述弧形防护板二者之间形成的空隙。