CN110919255A - 一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人 - Google Patents

一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人 Download PDF

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李秋实
王银山
田允
于启良
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • B23K37/0211—Carriages for supporting the welding or cutting element travelling on a guide member, e.g. rail, track

Abstract

本发明是一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，包括机械部分和控制部分，机械部分包括两个上下平行设置的横梁，两个横梁上均滑动设有横向运动滑台，横向运动滑台上连有竖梁，竖梁上滑动设有竖向运动滑台，竖向运动滑台上滑动设有支撑座，支撑座上转动连有固定焊接臂，固定焊接臂下端铰接有可调焊接臂，可调焊接臂与固定焊接臂之间设有固定螺栓，可调焊接臂上设有焊枪。本装置相对一般工业焊接机器人的具有作业范围宽、移动灵活、长度可调、结构与控制简单、实用性强、成本低等优点，同时能保证焊接的质量和美观性要求。另外，本发明也可用于其它领域较大型不锈钢厂房的焊接。

Description

一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人
技术领域
本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，特别应用于净化工程领域较大生物及动物安全实验室不锈钢材质墙体的焊接。
背景技术
在净化工程领域，生物及动物安全实验室是进行与生物、动物相关的实验的场所，属于气密性要求高的场所，实验室的参数应符合GB14925-2001《实验动物环境及设施》的有关要求。一般生物及动物安全实验室的墙体采用304不锈钢材质，根据使用需求的不同，实验室长度和宽度大小不一，有的长度达6～8米，因此就涉及到了墙体不锈钢板材对接长缝隙的焊接，而且墙侧板与顶板之间属于圆弧对接。这种高气密性实验室对焊接的质量和美观性要求很高，采用通用工业焊接机器人焊接，虽然能满足焊接质量和美观性的要求，但焊接作业的范围小，不能满足较大型实验室不锈钢墙体焊接的要求。针对这种较大型的生物及动物安全实验室不锈钢墙体的焊接，其焊缝虽然较长，但焊缝简单，只有竖缝、横缝和圆弧缝三种类型，不需要太复杂动作。目前，较大型生物及动物安全实验室不锈钢墙体多采用人工焊接，要求焊接工人必须有着较高的焊接技能，但费时费力，焊接质量和美观性也很难保证，而且工程造价高。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，而提供一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，专门用于较长横缝、竖缝和圆弧缝的焊接，以解决一般工业焊接机器人作业范围小、成本高，以及人工作业工作量大、质量不高、耗时长等问题。本专用焊接机器人属于轨道机器人与关节机器人的组合。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，包括机械部分和控制部分，机械部分包括两个上下平行设置的横梁，两个横梁上均滑动设有横向运动滑台，横向运动滑台上连有竖梁，竖梁上滑动设有竖向运动滑台，竖向运动滑台上滑动设有支撑座，支撑座上转动连有固定焊接臂，固定焊接臂下端铰接有可调焊接臂，可调焊接臂与固定焊接臂之间设有固定螺栓，可调焊接臂上设有焊枪，两个横梁之间固定连有支撑梁，支撑梁远离焊枪的一侧固定有可移动底座，可移动底座下部连有轮子，所述横向滑台、竖向运动滑台、支撑座和固定焊接臂分别连有驱动机构，控制部分包括手动试校模块、驱动模块、输入模块和控制器，驱动模块与驱动机构相连并控制驱动机构运动，驱动模块、输入模块和手动试校模块均与控制器相连。
每个横梁上均设有两条导轨，两个横向运动滑台分别滑动设置在两个横梁的导轨上，上部的横向运动滑台所连的驱动机构为横向驱动电机，上部的横向运动滑台上转动连有第一齿轮，上部的横梁上两条导轨之间设有齿条，第一齿轮与齿条相啮合，横向驱动电机的输出轴与第一齿轮的中心轴传动连接。
所述竖梁上设有两条导轨，两条导轨之间固定设有齿条，竖向运动滑台所连的驱动机构为竖向驱动电机，竖向运动滑台上转动连有第二齿轮，第二齿轮与齿条相啮合，竖向驱动电机的输出轴与第二齿轮的中心轴传动连接。
所述支撑座所连的驱动机构包括模组电机，支撑座上螺旋穿设有丝杠，丝杠的两端均转动连接在竖向运动滑台上，丝杠的一端与模组电机的输出轴之间通过齿形带传动相连。
所述固定焊接臂所连的驱动机构为旋转驱动电机，所述旋转驱动电机的输出轴与固定焊接臂传动相连。
所述可调焊接臂远离固定焊接臂的一端固定有焊枪架，焊枪固定在焊枪架上。
下部的横梁底部连有可调支脚，可调支脚的上部通过螺杆螺旋穿入横梁内，所述可移动底座上连有两个铰接杆，两个铰接杆的一端铰接在可移动底座上，另一端下部连有固定支腿。
两个横梁之间设有倾斜的可调拉杆，可调拉杆至少有两根，可调拉杆包括中部的套筒和两端的内杆，内杆外壁上设有螺纹，套筒内壁上设有螺纹，两个内杆分部螺旋穿入套筒两端，两个内杆的末端分别铰接在上下两个横梁上，两个内杆的螺纹旋向相反，上部的横梁上放置有气泡水平仪。
所述手动试校模块包括电子手轮和电子手轮编码器，驱动模块包括伺服驱动器和伺服编码器，伺服驱动器为四轴伺服驱动器，伺服驱动器的四轴分别与横向驱动电机、竖向驱动电机、模组电机和旋转驱动电机相连，所述伺服驱动器通过伺服编码器控制四个电机运动，电子手轮编码器、示教器和伺服驱动器均通过以太网交换机与控制器相连。
本发明的有益效果是：本装置相对一般工业焊接机器人的具有作业范围宽、移动灵活、长度可调、结构与控制简单、实用性强、成本低等优点，同时能保证焊接的质量和美观性要求。另外，本发明也可用于其它领域较大型不锈钢厂房的焊接。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明的结构左视图；
图3为本发明的结构俯视图；
图4为本发明控制部分的连接示意图；
图中：1-竖梁；2-横向运动滑台；3-横向驱动电机；4-横梁；5-模组电机；6-旋转驱动电机；7-竖向驱动电机；8-竖向运动滑台；9-支撑梁；10-可调拉杆；11-导轨；12-齿条；13-固定支腿；14-轮子；15-可调支脚；16-可移动底座；17-焊枪架；18-焊枪；19-固定焊接臂；20-可调焊接臂；
以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图4所示，一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，包括机械部分和控制部分，机械部分包括两个上下平行设置的横梁4，两个横梁4上均滑动设有横向运动滑台2，横向运动滑台2上连有竖梁1，竖梁1上滑动设有竖向运动滑台8，竖向运动滑台8上滑动设有支撑座，支撑座上转动连有固定焊接臂19，固定焊接臂19下端铰接有可调焊接臂20，可调焊接臂20与固定焊接臂19之间设有固定螺栓，可调焊接臂20上设有焊枪18，两个横梁4之间固定连有支撑梁9，支撑梁9远离焊枪18的一侧固定有可移动底座16，可移动底座16下部连有轮子14，所述横向滑台2、竖向运动滑台8、支撑座和固定焊接臂19分别连有驱动机构，控制部分包括手动试校模块、驱动模块、输入模块和控制器，驱动模块与驱动机构相连并控制驱动机构运动，驱动模块、输入模块和手动试校模块均与控制器相连。
每个横梁4上均设有两条导轨11，两个横向运动滑台2分别滑动设置在两个横梁4的导轨11上，上部的横向运动滑台2所连的驱动机构为横向驱动电机3，上部的横向运动滑台2上转动连有第一齿轮，上部的横梁4上两条导轨11之间设有齿条12，第一齿轮与齿条12相啮合，横向驱动电机3的输出轴与第一齿轮的中心轴传动连接。
所述竖梁1上设有两条导轨11，两条导轨11之间固定设有齿条12，竖向运动滑台8所连的驱动机构为竖向驱动电机7，竖向运动滑台8上转动连有第二齿轮，第二齿轮与齿条12相啮合，竖向驱动电机7的输出轴与第二齿轮的中心轴传动连接。
所述支撑座所连的驱动机构包括模组电机5，支撑座上螺旋穿设有丝杠，丝杠的两端均转动连接在竖向运动滑台8上，丝杠的一端与模组电机5的输出轴之间通过齿形带传动相连。
所述固定焊接臂19所连的驱动机构为旋转驱动电机6，所述旋转驱动电机6的输出轴与固定焊接臂19传动相连。
所述可调焊接臂20远离固定焊接臂19的一端固定有焊枪架17，焊枪18固定在焊枪架17上。
下部的横梁4底部连有可调支脚15，可调支脚15的上部通过螺杆螺旋穿入横梁4内，所述可移动底座16上连有两个铰接杆，两个铰接杆的一端铰接在可移动底座16上，另一端下部连有固定支腿13。
两个横梁4之间设有倾斜的可调拉杆10，可调拉杆10至少有两根，可调拉杆10包括中部的套筒和两端的内杆，内杆外壁上设有螺纹，套筒内壁上设有螺纹，两个内杆分部螺旋穿入套筒两端，两个内杆的末端分别铰接在上下两个横梁4上，两个内杆的螺纹旋向相反，上部的横梁4上放置有气泡水平仪。
所述手动试校模块包括电子手轮和电子手轮编码器，驱动模块包括伺服驱动器和伺服编码器，伺服驱动器为四轴伺服驱动器，伺服驱动器的四轴分别与横向驱动电机3、竖向驱动电机7、模组电机5和旋转驱动电机6相连，所述伺服驱动器通过伺服编码器控制四个电机运动，电子手轮编码器、示教器和伺服驱动器均通过以太网交换机与控制器相连。
本发明中的示教器即为12寸工业触摸屏，示教器设置有示教功能键、运动功能键、参数设定键，可进行示教编程、运动和焊接参数的设定等。
本发明中的控制部分安装在控制柜内，控制柜安装在可移动底座16上部(附图中为了清楚显示机械部分的结构，将控制柜省略)，控制柜内装有电源、控制按钮、各种控制电路等，用于控制整个装置的全部动作。
本发明的总体尺寸为：长6m，高2.94m，宽1.84m，用于焊接长6m以上，高3m的实验室不锈钢侧墙和顶墙的焊接。
本发明在使用时，首先将整个装置移动到所要焊接的一侧墙面前，调整好位置，旋拧可调支脚15上部的螺杆，将铰接杆拉至横梁4前方，通过可调支脚15和固定支腿13固定住整个装置，然后通过旋拧可调拉杆10的套筒，使套筒两端的内杆旋进或旋出，从而微调上部横梁4的水平度，当气泡水平仪的气泡位于中间位置时，则调节完成；然后将设备通电，在示教器上选择手动模式，通过电子手轮进行人工试校，人工试校的过程中，通过示教器进行示教编程，输入坐标和焊接参数，然后通过电子手轮控制焊枪18运动，当电子手轮旋转时，电子手轮编码器产生与电子手轮相对应的信号并将坐标记录下来，然后将所要焊接的所有焊缝的运动轨迹示教加在一起，并根据断点位置，编排好先后次序，完成整体示教，电子手轮编码器将数据通过以太网交换机传输给控制器，试校完成后，控制器已经记录下来所需要焊接的位置，然后在示教器上选择自动焊接模式，自动焊接模式下，控制器将手动试校过程中记录下来的坐标位置通过以太网交换机传输给伺服驱动器，伺服驱动器将数据传输给各个伺服电机的伺服编码器控制伺服电机运动，进行自动焊接作业，从起点开始起弧，自动按示教轨迹和断点进行焊接，结束时进行自动收弧控制，焊接过程中，横向驱动电机3驱动竖梁1横向运动，竖向驱动电机7驱动竖向运动滑台8竖向运动，模组电机5控制支撑座靠近或远离焊接墙面，从而控制焊枪18与墙面之间的间距，旋转驱动电机6控制焊枪18转动。
边缝焊接时，需要手动旋转可将固定焊接臂旋转180°。
顶墙焊接时，可将固定焊接臂19与可调焊接臂20之间的螺栓拆除，让焊枪18指向上方后再使用螺栓固定，其他步骤与侧墙焊接步骤相同。
本发明中的机械部分可实现较长形成的横向、竖向移动。机械部分在长度方向上可选择性搭接和拆除，以适应更大宽度和较小宽度的实验室焊接要求。
本发明中的控制器的型号为西门子PLC1500，控制器通过Profinet总线控制伺服电机实行精密差补运动；电子手轮编码器型号为PLC200smart，电子手轮编码器采用西门子智能从站扩展脉冲功能。
本装置相对一般工业焊接机器人的具有作业范围宽、移动灵活、长度可调、结构与控制简单、实用性强、成本低等优点，同时能保证焊接的质量和美观性要求。另外，本发明也可用于其它领域较大型不锈钢厂房的焊接。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，包括机械部分和控制部分，机械部分包括两个上下平行设置的横梁(4)，两个横梁(4)上均滑动设有横向运动滑台(2)，横向运动滑台(2)上连有竖梁(1)，竖梁(1)上滑动设有竖向运动滑台(8)，竖向运动滑台(8)上滑动设有支撑座，支撑座上转动连有固定焊接臂(19)，固定焊接臂(19)下端铰接有可调焊接臂(20)，可调焊接臂(20)与固定焊接臂(19)之间设有固定螺栓，可调焊接臂(20)上设有焊枪(18)，两个横梁(4)之间固定连有支撑梁(9)，支撑梁(9)远离焊枪(18)的一侧固定有可移动底座(16)，可移动底座(16)下部连有轮子(14)，所述横向滑台(2)、竖向运动滑台(8)、支撑座和固定焊接臂(19)分别连有驱动机构，控制部分包括手动试校模块、驱动模块、输入模块和控制器，驱动模块与驱动机构相连并控制驱动机构运动，驱动模块、输入模块和手动试校模块均与控制器相连。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，每个横梁(4)上均设有两条导轨(11)，两个横向运动滑台(2)分别滑动设置在两个横梁(4)的导轨(11)上，上部的横向运动滑台(2)所连的驱动机构为横向驱动电机(3)，上部的横向运动滑台(2)上转动连有第一齿轮，上部的横梁(4)上两条导轨(11)之间设有齿条(12)，第一齿轮与齿条(12)相啮合，横向驱动电机(3)的输出轴与第一齿轮的中心轴传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，所述竖梁(1)上设有两条导轨(11)，两条导轨(11)之间固定设有齿条(12)，竖向运动滑台(8)所连的驱动机构为竖向驱动电机(7)，竖向运动滑台(8)上转动连有第二齿轮，第二齿轮与齿条(12)相啮合，竖向驱动电机(7)的输出轴与第二齿轮的中心轴传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，所述支撑座所连的驱动机构包括模组电机(5)，支撑座上螺旋穿设有丝杠，丝杠的两端均转动连接在竖向运动滑台(8)上，丝杠的一端与模组电机(5)的输出轴之间通过齿形带传动相连。
5.根据权利要求4所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，所述固定焊接臂(19)所连的驱动机构为旋转驱动电机(6)，所述旋转驱动电机(6)的输出轴与固定焊接臂(19)传动相连。
6.根据权利要求5所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，所述可调焊接臂(20)远离固定焊接臂(19)的一端固定有焊枪架(17)，焊枪(18)固定在焊枪架(17)上。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，下部的横梁(4)底部连有可调支脚(15)，可调支脚(15)的上部通过螺杆螺旋穿入横梁(4)内，所述可移动底座(16)上连有两个铰接杆，两个铰接杆的一端铰接在可移动底座(16)上，另一端下部连有固定支腿(13)。
8.根据权利要求7所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，两个横梁(4)之间设有倾斜的可调拉杆(10)，可调拉杆(10)至少有两根，可调拉杆(10)包括中部的套筒和两端的内杆，内杆外壁上设有螺纹，套筒内壁上设有螺纹，两个内杆分部螺旋穿入套筒两端，两个内杆的末端分别铰接在上下两个横梁(4)上，两个内杆的螺纹旋向相反，上部的横梁(4)上放置有气泡水平仪。
9.根据权利要求8所述的一种不锈钢墙体长焊缝专用焊接机器人，其特征在于，所述手动试校模块包括电子手轮和电子手轮编码器，驱动模块包括伺服驱动器和伺服编码器，伺服驱动器为四轴伺服驱动器，伺服驱动器的四轴分别与横向驱动电机(3)、竖向驱动电机(7)、模组电机(5)和旋转驱动电机(6)相连，所述伺服驱动器通过伺服编码器控制四个电机运动，电子手轮编码器、示教器和伺服驱动器均通过以太网交换机与控制器相连。
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