CN110711962A - 一种船舶中组立机器人焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶中组立机器人焊接装置，机器人焊接装置包括半门架机构、设置在半门架机构上的机器人横向运动机构和机器人竖向升降机构；半门架机构包括门架底梁和端梁，门架底梁和端梁之间通过门架横梁和一组门架立柱进行连接；机器人横向运动机构设置在门架横梁上，机器人横向运动机构包括两台机器人横移台车；机器人竖向升降机构设置在机器人横移台车上，包括驱动装置和与驱动装置相连的两套超长升降立柱，每台超长升降立柱的底部安装有带焊枪的六轴焊接机器人。使用时，保证了焊接机器人在焊接中组立部件过程中的稳定性和可靠性，极大的提高了焊缝的焊接质量和生产效率。

Description

一种船舶中组立机器人焊接装置

技术领域

本发明涉及焊接装置的技术领域，具体地说是一种船舶中组立机器人焊接装置，尤其涉及其中的机械结构。

背景技术

在船舶部件建造中，焊接工作贯穿着从小组立构件制造到中组立部件建造再到船台（坞）搭载的全过程，焊接工作量较大，焊接的质量直接影响着船舶性能。焊接技术是船体部件建造的主要关键工艺技术，焊接质量是评价造船质量的重要指标，生产效率则是影响造船周期与生产成本的主要因素。

近年来，随着造船工业的发展，我国造船业大量承接高技术、高附加值船舶以及各类海洋工程产品，焊接技术水平在船舶制造过程中的作用就显得越发突出。而根据我国目前中组立结构形式特点，船厂无法采用机械化、自动化焊接设备，全部为人工焊接，效率低、环境差、人工费用较高，存在着焊接工艺执行力不够、过程管控困难、焊接质量不稳定等问题，这些问题严重制约了我国船舶部件建造技术水平的发展，影响了船舶建造装备的转型升级。

随着我国人口红利的消失，产业工人逐渐匮乏，机器人焊接代替人工焊接是发展的必然趋势。船舶中组立机器人智能焊接装备，可集成大量结构模型，并可根据工件实际情况自动进行调整，能够保证焊接质量、提高效率、操作简便、无需专业人员，可有效提高船舶中组立的生产效率和质量稳定性，进而缩短船舶建造周期。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的船舶中组立机器人焊接装置，通过设置了门架系统来实现焊接系统的精确移位和定位，可以实现对焊缝精确焊接的目的。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在于：机器人焊接装置包括半门架机构、设置在半门架机构上的机器人横向运动机构和机器人竖向升降机构，机器人竖向升降机构设有焊接机器人；半门架机构包括门架底梁和端梁，门架底梁和端梁之间通过门架横梁和一组门架立柱进行连接；机器人横向运动机构设置在门架横梁上，机器人横向运动机构包括两台机器人横移台车，每台机器人横移台车均设有驱动机构和横向拖链机构，用以实现焊接机器人的横向精密运动；机器人竖向升降机构设置在机器人横移台车上，包括驱动装置和与驱动装置相连的两套超长升降立柱，每台超长升降立柱的底部安装有带焊枪的六轴焊接机器人。

优选的，门架横梁上设有与机器人横移台车配合的台车导轨，驱动机构包括横移伺服电机和齿轮、齿条机构，横移伺服电机与齿轮、齿条机构通过横移减速箱相连，机器人横移台车上设有与齿轮、齿条相配合的横移台车轮组，用以驱动机器人横移台车在台车导轨上行进，台车导轨的两侧设有横移台车导向轮。

进一步，升降驱动装置包括升降伺服电机与升降减速箱，以及与升降减速箱相连的升降齿轮、齿条机构，横移台车上设有导向架，超长升降立柱在驱动装置的作用下沿导向架运动，导向架上设有与超长升降立柱配合的上、下限位开关。

相对于现有技术，本发明的技术方案除了整体技术方案的改进，还包括很多细节方面的改进，具体而言，具有以下有益效果：

（1）本发明所述的技术方案中，大跨距纵向半门架结构设有大跨度双横梁，其运动可覆盖区域内的任意位置，能够适应各种不同规格中组立部件在任意位置进行焊接，焊接工位无位置要求，物流运输方便、场地利用率较高。

（2）本发明的技术方案中，由于焊接门架跨度大、纵深高，焊接机器人悬挑尺寸较大，同时焊接质量对焊枪运动的稳定性又要求很高，因此，与焊接直接相关的横向运动机构和竖向运动机构均采用了精密的传动、导向机构，从而保证了焊接机器人在焊接中组立部件过程中的稳定性和可靠性，极大的提高了焊缝的焊接质量。

（3）本发明的技术方案中，整个焊接过程连续焊接完成，缩短了人工焊接过程中的停顿时间以及其他搬运时间，节省了大量的人工成本，提高了焊接生产效率。

（4）本发明的结构简单，便于模块化生产和加工，即利于设备的安装，又利于设备的维护。

附图说明

图1为本发明的中组立机器人焊接装置的结构示意图。

图2为本发明的中组立门架主视图。

图3为本发明的中组立门架俯视图。

图4为本发明的中组立门架侧视图。

图5为本发明的机器人横移/升降机构示意图。

附图标记：

地面导轨1、底梁驱动电机2、门架立柱3、电控柜及焊接电源4、横移台车导轨5、机器人横移台车6、超长升降立柱7、上限位开关8、横移伺服电机9、横移齿轮/齿条机构10；

横移台车防撞器11、升降伺服电机12、导向架13、竖向拖链支架14、竖向拖链机构15、送丝机16、下限位开关17、机器人基座18、六轴机器人19、焊枪20；

焊接平台21、底梁防护栏22、门架横梁23、横梁护栏24、端梁减速箱25、端梁驱动电机26、端梁轮组27、门架底梁28、底梁轮组29、底梁减速箱30；

横梁行人平台31、门架连梁32、上下扶梯护栏33、门架防撞器34、横移精密减速箱35、横向拖链机构36、横移台车轮组37、横移台车导向轮38、升降齿轮/齿条机构39、焊枪防撞机构40、升降精密减速箱41。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种船舶中组立机器人焊接装置，其与现有技术的区别在于：机器人焊接装置包括半门架机构、设置在半门架机构上的机器人横向运动机构和机器人竖向升降机构，机器人竖向升降机构设有焊接机器人；半门架机构包括门架底梁和端梁，门架底梁和端梁之间通过门架横梁和一组门架立柱进行连接；机器人横向运动机构设置在门架横梁上，机器人横向运动机构包括两台机器人横移台车，每台机器人横移台车均设有驱动机构和横向拖链机构，用以实现焊接机器人的横向精密运动；机器人竖向升降机构设置在机器人横移台车上，包括驱动装置和与驱动装置相连的两套超长升降立柱（升降行程达到4.7米），每台超长升降立柱的底部安装有带焊枪的六轴焊接机器人。

使用时，由于焊接门架跨度大、纵深高，焊接机器人悬挑尺寸较大，同时焊接质量对焊枪运动的稳定性又要求很高，因此，与焊接直接相关的横向运动机构和竖向运动机构均采用了精密的传动、导向机构，从而保证了焊接机器人在焊接中组立部件过程中的稳定性和可靠性，极大的提高了焊缝的焊接质量。

在一个实施例中，半门架机构中，底梁、双立柱、双横梁、连梁以及端梁组成了大跨距半门架（跨度约24米），门架两端各设置了两套轮组机构和一套纵向驱动机构，以保证焊接机器人纵向运动到指定工作区域，并对各种不同规格的中组立部件进行焊接；半门架上还设置了扶梯护栏，一方面是便于操作人员观察设备的运行状况和维护设备，另一方面是保护电控柜、焊接电源等设备和操作维修人员的安全设施。门架横梁的正下方设有焊接平台，端梁的一端设有端梁驱动电机、与端梁驱动电机相连的端梁减速箱，以及与端梁减速箱相连的端梁轮组，门架底梁设有底梁驱动电机、底梁减速箱和与底梁减速箱相连的底梁轮组，门架底梁的正下方设有与底梁轮组配合的地面导轨。门架底梁和门架端梁的前后两端均设有门架防撞器，门架立柱的一侧设有上下扶梯护栏。

门架横梁共有两根，平行设置，机器人横移台车设置在两根门架横梁之间，两根门架横梁的一端设有门架连梁，两根门架横梁的外侧端分别设由横梁护栏和横梁行人平台。

具体来说，门架横梁上设有与机器人横移台车配合的台车导轨，驱动机构包括横移伺服电机和齿轮、齿条机构，横移伺服电机与齿轮、齿条机构通过横移减速箱相连，机器人横移台车上设有与齿轮、齿条相配合的横移台车轮组，用以驱动机器人横移台车在台车导轨上行进，台车导轨的两侧设有横移台车导向轮。每套横移台车均通过横向精密齿轮齿条传动机构以及横向拖链机构实现焊接机器人的横向精密运动；所述的机器人竖向升降机构设置在两台机器人横移台车上，主要设有两套超长升降立柱，其底部安装倒挂的带有焊枪的六轴机器人机构，并通过横移台车上的导向架、竖向精密齿轮齿条传动机构以及竖向拖链机构实现焊接机器人的竖向精密运动。

所述的机器人横向运动机构中，主要为两套机器人横移台车，每套横移台车上设置四套轮组机构和一套横向驱动机构，驱动机构为精密伺服电机经过精密减速箱的减速传动，并通过横向精密齿轮齿条传动机构驱动横移台车，同时，每套轮组还设置了导向轮，以保证横移台车沿导轨直线运动的精确性，从而确保机器人的焊接运动的稳定性；运动过程中所有数据线、电源线、焊接电缆等则通过安装在台车上的横向拖链机构一同运动，从而保证了机器人在进行焊接工作时焊枪的稳定性，进而保证了焊接质量。

竖向升降机构中，主要为两套下端悬挂焊接机器人的超长升降立柱（升降行程达到4.7米），升降立柱上设置了两套精密的直线导轨机构和一套竖向驱动机构，驱动装置包括升降伺服电机、与升降减速箱，以及与升降减速箱相连的升降齿轮、齿条机构，横移台车上设有导向架，超长升降立柱在驱动装置的作用下沿导向架运动，导向架上设有与超长升降立柱配合的上、下限位开关。具体来说，导向架的内侧设有单侧的轨道和与单侧轨道相对应的导向条，超长升降立柱与导向架配合，导向架是一个方形的中空套管结构，超长升降立柱内部设有内套管，内套管设置在超长升降立柱的中部。这里的超长升降立柱表面设有与上、下限位开关相配合的限位挡块，超长升降立柱表面设有一根沿立柱设置的内凹槽，限位挡块设置于内凹槽内。

同时，六轴焊接机器人通过机器人基座与超长升降立柱进行连接，六轴焊接机器人上设有焊枪、焊枪防撞机构和送丝机。导向架上设有竖向拖链支架，竖向拖链支架上设有竖向拖链结构。

在另一个具体的实施例中，船厂操作工将预焊接的中组立部件定位安装后，放置在焊接平台21上准备进行焊接。首先，操作工在门架底梁28上的防护栏22内操作电控柜及焊接电源4，使门架通过底梁驱动电机2、底梁减速箱30、端梁驱动电机26、端梁减速箱25共同驱动门架底梁轮组29和端梁轮组27在地面导轨1上运动， 将门架纵向运动至工件位置，其中焊接平台21便于维修人员对横梁顶部设备的维修，底梁防护栏22、横梁护栏24、上下扶梯护栏33主要是对设备或操作人员的防护设施，门架防撞器34则是对门架的保护装置；接着，机器人横移台车6上的横移精密伺服电机9通过横移精密减速箱35和齿轮/齿条机构10的传动，驱动横移台车轮组37，将焊接机器人精确的横向移动到焊缝起始点的上方，同时运动过程中所有数据线、电源线、焊接电缆等则通过横向拖链机构36一同运动，其中横移台车导向轮38设置在导轨两侧，保证了横移台车的直线运动精度，横移台车防撞器11主要是对横移台车保护装置；随后，升降伺服电机12启动，通过升降精密减速箱41和升降齿轮/齿条机构39的传动，驱动超长升降立柱7沿着导向架13下降至焊缝起始点位置，其中上限位开关8和下限位开关17可以防止超长升降立柱7从导向架13中滑落，焊枪20、送丝机16安装在六轴机器人19上，并通过机器人基座18倒挂固定在超长升降立柱7的下面，焊枪防撞机构40安装在焊枪根部，是机器人的安全防护装置，同时所有焊接电缆、控制线等线路均通过竖向拖链机构15连接固定在导向架13的竖向拖链支架14；最后，焊接机器人通过智能焊接控制系统，实现自动寻位、起弧、焊缝跟踪、收弧等动作，完成中组立焊缝的自动焊接。

该种用于制造船舶中组立部件的机器人焊接方法及装置具有以下特点：适用于船舶中组立部件的焊接，且整个焊接过程无需人为干预，节省了大量的人工成本；焊缝质量同一性较好，焊接质量得到极大的提高；大部分焊缝均为机器人连续焊接完成，缩短了人工焊接过程中的停顿时间以及其他搬运时间，因此提高了焊接生产效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在于：机器人焊接装置包括半门架机构、设置在半门架机构上的机器人横向运动机构和机器人竖向升降机构，机器人竖向升降机构设有焊接机器人；半门架机构包括门架底梁和端梁，门架底梁和端梁之间通过门架横梁和一组门架立柱进行连接；机器人横向运动机构设置在门架横梁上，机器人横向运动机构包括两台机器人横移台车，每台机器人横移台车均设有驱动机构和横向拖链机构，用以实现焊接机器人的横向精密运动；机器人竖向升降机构设置在机器人横移台车上，包括驱动装置和与驱动装置相连的两套超长升降立柱，每台超长升降立柱的底部安装有带焊枪的六轴焊接机器人。

2.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在于：门架横梁上设有与机器人横移台车配合的台车导轨，驱动机构包括横移伺服电机和齿轮、齿条机构，横移伺服电机与齿轮、齿条机构通过横移减速箱相连，机器人横移台车上设有与齿轮、齿条相配合的横移台车轮组，用以驱动机器人横移台车在台车导轨上行进，台车导轨的两侧设有横移台车导向轮。

3.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在：驱动装置包括升降伺服电机、与升降减速箱，以及与升降减速箱相连的升降齿轮、齿条机构，横移台车上设有导向架，超长升降立柱在驱动装置的作用下沿导向架运动，导向架上设有与超长升降立柱配合的上、下限位开关。

4.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在：六轴焊接机器人通过机器人基座与超长升降立柱进行连接，六轴焊接机器人上设有焊枪和送丝机。

5.根据权利要求3所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在：导向架上设有竖向拖链支架，竖向拖链支架上设有竖向拖链结构，超长升降立柱的一侧设有上下扶梯护栏。

6.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在：门架横梁的正下方设有焊接平台，端梁的一端设有端梁驱动电机、与端梁驱动电机相连的端梁减速箱，以及与端梁减速箱相连的端梁轮组，门架底梁设有底梁驱动电机、底梁减速箱和与底梁减速箱相连的底梁轮组，门架底梁的正下方设有与底梁轮组配合的底面导轨。

7.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在：门架底梁的两侧分别设有底梁防护栏，门架端梁上设有门架防撞器。

8.根据权利要求1所述的一种船舶中组立机器人焊接装置，其特征在： 门架横梁共有两根，平行设置，机器人横移台车设置在两根门架横梁之间，两根门架横梁的一端设有门架连梁，两根门架横梁的外侧端分别设由横梁护栏和横梁行人平台。

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