CN111843361A - 一种机器人焊接变位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人焊接变位装置，涉及焊接技术领域。该变位装置包括夹持机构、回转机构和翻转机构，夹持机构用于夹持固定待焊接工件；回转机构用于支撑夹持结构，且使夹持机构沿竖直轴回转变位；翻转机构用于支撑回转机构，且使回转机构沿水平轴翻转变位。该变位装置结构紧凑，通过翻转机构、回转机构、夹持机构的配合，采用伺服电机驱动和电气驱动，可实现任意多点定位，物料的定位夹紧无需人工操作，有利于企业实现生产过程的自动化，大大缩短了变位机全循环时间，另一方面，可以与上下工序的设备形成柔性加工生产线，提高企业的生产效率。

Description

一种机器人焊接变位装置

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种机器人焊接变位装置。

背景技术

焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。在大型焊接工件，尤其是大型板件的焊接过程中，通常是采用模具夹持之后，利用手持机器人焊接，焊接效率较低，或者使用机器人自动焊接，但是其夹持、翻转、固定以及后续的工艺过程的中间环节仍然需要人工操作，费时费力，且容易导致焊接精度低，工作效率低，操作复杂，安全得不到保证。因此有必要提供一种装置，作为能够配合机器人焊接时变换工作方位的辅助工具，主动调整好待焊接工件的位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人焊接变位装置，可以全方位的变换、调整待焊接工件的方位，使得焊接过程顺畅，焊接精度高，提供工作效率。

本发明所采用的技术方案为：一种机器人焊接变位装置，包括夹持机构、回转机构和翻转机构，其中：所述夹持机构用于夹持固定待焊接工件；所述回转机构用于支撑所述夹持结构，且使所述夹持机构沿竖直轴回转变位；所述翻转机构用于支撑所述回转机构，且使所述回转机构沿水平轴翻转变位。

所述翻转机构包括底座、翻转轴和翻转支撑臂，其中：所述底座包括一底板和两支撑架，所述底板水平放置，所述两支撑架竖直平行设置，且均与所述底板垂直，所述支撑架的底端与所述底板的上表面固定连接，所述两支撑架上均设有轴承座；所述翻转轴的一端设有法兰盘，另一端与第一伺服电机连接；所述翻转支撑臂为一横截面为方形的条状结构，所述翻转支撑臂的一端开设有横向的翻转轴孔和翻转轴固定座，所述翻转支撑臂远离所述翻转轴的一端设有贯穿上、下表面的回转轴孔；所述翻转轴穿过所述翻转轴孔后，所述法兰盘与所述翻转轴固定座固定连接。

所述回转机构包括调节底板和回转轴，其中：所述调节底板上开设有两条贯穿其上、下表面，且平行设置的第一调节槽；所述回转轴竖直设置，所述回转轴的顶端与所述调节底板的底面固定连接，所述回转轴的底端穿过所述回转轴孔，与第二伺服电机连接。

所述夹持机构包括两个对称设置的夹持平台，每一所述夹持平台均包括调节面板和支撑面板，其中：所述调节面板的横截面为U形，且U形开口的宽度与所述调节底板的厚度相匹配，所述调节面板上开设有贯穿其上、下表面的第二调节槽，所述第二调节槽与所述第一调节槽的宽度相同，所述第二调节槽与所述第一调节槽之间采用螺栓螺母连接；所述支撑面板与所述调节面板相互垂直设置，且所述支撑面板的中部与所述调节面板的一端固定连接，所述支撑面板包括支撑面板本体、侧板、中间挡板、丝杠、导轨和旋转压紧气缸，所述侧板数量为二，分别设置于所述支撑面板本体的两端，且与所述支撑面板垂直，所述中间挡板设置于所述支撑面板本体的中央，所述丝杠、导轨均穿过所述侧板和中间挡板，所述丝杠上分别位于所述中间挡板两侧的外螺纹的方向相反，所述丝杠的一端与第三伺服电机连接，所述旋转压紧气缸数量为二，安装于所述丝杠和导轨上，且分别位于所述中间挡板的两侧。

进一步地，所述旋转压紧气缸通过滑块安装在所述夹持平台上，所述滑块上开设有螺纹孔和通孔，所述螺纹孔与所述丝杠上的外螺纹相匹配，所述通孔与所述导轨的尺寸相匹配。

进一步地，所述底座下方还安装有若干滚轮，所述滚轮通过销轴连接在所述底板上，所述滚轮可绕所述销轴旋转。

进一步地，所述翻转轴和回转轴均为中空轴。

进一步地，两所述支撑架与所述底板之间设有肋板。

采用了以上技术方案，本发明具有如下有益效果：

1.本变位装置结构紧凑，通过翻转机构、回转机构、夹持机构的配合，采用伺服电机驱动和电气驱动，可实现任意多点定位，物料的定位夹紧无需人工操作，有利于企业实现生产过程的自动化，大大缩短了变位机全循环时间，另一方面，可以与上下工序的设备形成柔性加工生产线，提高企业的生产效率。

2.本变位装置的夹持机构采用四个旋转压紧气缸，运用导轨和丝杠的滑动牵引原理，对待焊接工件的夹持效果好，尤其适用于大型板件，应用范围广，有助于降低工人的劳动强度和对工人操作能力的要求。

3.本变位装置的翻转轴和回转轴均采用中空轴，一方面可降低整个装置的重量，另一方面可方便布置管路和线路，防止各伺服电机的线路，旋转压紧气缸的管路在翻转、旋转时发生干涉。

附图说明

图1是本发明变位装置的一种较佳实施方式的结构示意图。

图2是翻转机构的结构示意图。

图3是翻转机构的另一侧视图。

图4是翻转轴的结构示意图。

图5是翻转支撑臂的结构示意图。

图6是回转机构的结构示意图。

图7是夹持机构的结构示意图。

图8是支撑面板的结构示意图。

图9是滑块的结构示意图。

图中：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，在本发明的一种较佳实施方式中，一种机器人焊接变位装置100，包括夹持机构200、回转机构300和翻转机构400，其中：夹持机构200用于夹持固定待焊接工件；回转机构300用于支撑夹持结构200，且使夹持机构200沿竖直轴回转变位；翻转机构400用于支撑回转机构300，且使回转机构300沿水平轴翻转变位。

在实际工作中，利用变位装置100与焊接机器人的焊接流程如下：根据待焊接工件的尺寸类型大小，调节调整变位装置100的夹持机构200，人工放置待焊接工件到夹持机构200上，驱动装置提供动力源带动夹持机构200，使得随行夹持机构200微动调节而紧固待焊接工件的两侧面；继而夹持机构200固定待焊接工件正面；当焊接机器人完成正面的焊缝焊接时，变位装置100的翻转机构400顺时针翻转 90°，完成侧面焊接，之后再旋转90°填充反面焊缝，接着再翻转90°完成最后一个侧面的焊接；接着翻转机构400在复位的同时回转机构300的驱动装置输出转动力矩，带动整个夹持机构200旋转180°，然后重复上述动作以配合焊接机器人完成另一边的焊缝焊接，夹持机构200松开对待焊接工件的定位夹紧，从而配合焊接机器人完成了整个焊接工作流程。

当然，考虑到变位装置100在焊接过程中的重要性，在选材方面，整个变位装置100优先选取45#钢作为材料。45#钢的密度为7.85g/cm³,弹性模量为210GPa，泊松比为0.31；抗拉强度不小于600Mpa,屈服强度不小于355MPa。45#钢材料不仅广泛地应用在制造领域内，而且还具备较高的强度、刚度和良好的切削加工性能。

通常来说，轴、或者丝杠与电机之间的连接，轴、丝杠会与联轴器、减速器连接后，再与电机进行连接，形成一个动力传递的整体。联轴器的作用在于用来联接不同机构中的两根轴(主动轴和从动轴)使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。减速器的作用在于在伺服电机与执行机构之间起到匹配转速以及传递转矩，主要是降低伺服电机的转速并增大转矩，使之满足执行机构的工作需求。伺服电机在控制设备的速度，位置精度方面都很准确，可以将控制系统输出的指令（电压信号）转化为执行机构的转矩以及转速。值得注意的是，为了简化说明，在本发明的实施例中，我们会将联轴器或减速器略去，直接采用轴与电机连接、丝杠与电机连接的说法。

请参阅图2-图5，翻转机构400包括底座401、翻转轴402和翻转支撑臂403。底座401包括一底板404和两支撑架405，底板404水平放置，两支撑架405竖直平行设置，且均与底板404垂直，支撑架405的底端与底板404的上表面固定连接，两支撑架405上均设有轴承座406；翻转轴401的一端设有法兰盘407，另一端与第一伺服电机408连接；翻转支撑臂403为一横截面为方形的条状结构，翻转支撑臂403的一端设有横向的翻转轴孔409和翻转轴固定座410，翻转支撑臂403远离翻转轴402的一端开设有贯穿上、下表面的回转轴孔411；翻转轴402穿过翻转轴孔409后，法兰盘407与翻转轴固定座410固定连接。

在本实施例中，翻转机构400，其主要起到承上启下的功能，一方面为回转机构300、夹持机构200提供支撑固定的作用，工作时实现翻转；另一方面与地面或者焊接工作台连接，起到固定支撑的作用。在工作过程中，通过第一伺服电机408输出驱动力，经过减速器放大输出的扭矩、降低转速，带动翻转轴402和翻转支撑臂403转动，从而使得回转机构300、夹持机构200可以沿水平轴做±360°的翻转，满足各种焊缝的焊接要求。

为了增加变位装置100的机动性，在底座401下方还安装有若干滚轮412，滚轮412通过销轴413连接在底板404上，滚轮412可绕销轴413旋转。在需要移动变位装置100时，直接施加外力在变位装置100上，滚轮412即可滚动，带动变位装置100移动。而当变位装置100需要固定时，只需采用楔木、三角木等顶住滚轮412即可。

同时，为了使支撑架405与底板404之间的连接更加稳固，两支撑架405与底板404之间设有肋板414。

请参阅图6，回转机构300包括调节底板301和回转轴302，调节底板301上开设有两条贯穿其上、下表面，且平行设置的第一调节槽303；回转轴302竖直设置，回转轴302的顶端与调节底板301的底面固定连接，回转轴302的底端穿过回转轴孔411，与第二伺服电机304连接。

在本实施例中，回转机构300，同样具有承上启下的功能，一方面为夹持机构200提供支撑固定的作用，工作时实现回转；另一方面与翻转机构400连接，起到固定支撑的作用。在工作过程中，通过第二伺服电机304输出驱动力，经过减速器放大输出的扭矩、降低转速，带动回转轴302转动，从而使得夹持机构200可以沿竖直轴做±360°的回转，满足各种焊缝的焊接要求。

请参阅图7和图8，夹持机构200包括两个对称设置的夹持平台201。每一夹持平台201均包括调节面板202和支撑面板203，调节面板202的横截面为U形，且U形开口的宽度与调节底板301的厚度相匹配，调节面板202上开设有贯穿其上、下表面的第二调节槽204，第二调节槽204与第一调节槽303的宽度相同，第二调节槽204与第一调节槽303之间采用螺栓螺母连接。支撑面板203与调节面板202相互垂直设置，且支撑面板203的中部与调节面板202的一端固定连接，支撑面板203包括支撑面板本体205、侧板206、中间挡板207、丝杠208、导轨209和旋转压紧气缸210，侧板206数量为二，分别设置于支撑面板本体205的两端，且与支撑面板203垂直，中间挡板207设置于支撑面板本体205的中央，丝杠208、导轨209均穿过侧板206和中间挡板207，丝杠208上分别位于中间挡板207两侧的外螺纹的方向相反，丝杠208的一端与第三伺服电机211连接，旋转压紧气缸210数量为二，安装于丝杠208和导轨209上，且分别位于中间挡板207的两侧。

第二调节槽204与第一调节槽303之间是采用螺栓螺母连接的。调整第二调节槽204与第一调节槽303之间的螺栓螺母，可以直接调节面板202与调节底板301的相对位置。由于待焊接工件的长度和宽度是已知的，因此，只需要调整调节面板202与调节底板301的相对位置，使相对应的两个旋转压紧气缸210的距离大于待焊接工件的长度或者宽度，即可利用旋转压紧气缸210的位移来夹紧待焊接工件。

请参阅图9，进一步地，旋转压紧气缸210通过滑块212安装在夹持平台201上。滑块212上开设有螺纹孔213和通孔214，螺纹孔213与丝杠208上的外螺纹相匹配，通孔214与导轨209的尺寸相匹配。

滑块212作为旋转压紧气缸210与夹持平台201之间的过渡部件，一方面需要将滑块212的一部分加工成导轨状，增强翻转动作时的承载性能，另一方面需要加工配合丝杠208、导轨209的圆柱孔，用丝杠208旋转带动滑块212行走，而导轨209则起到支撑的作用。

在工作过程中，当第三伺服电机211接收到指令时，旋转带动丝杠208驱动滑块212，将放置的待焊接工件固定；接着旋转压紧气缸210接收到气动控制指令时下旋夹紧待焊接工件，完成待焊接工件的定位夹紧。

值得注意的是，本实施例中的旋转压紧气缸210，是通过旋转、下压等工位对待焊接工件进行夹紧、松开的，在工作过程中，既包括直线运动，也包括旋转运动，因此可以参照载荷、安全系数、悬臂容许长度和惯性矩等因素选取相应的型号。

作为优选，翻转轴402和回转轴302均为中空轴。为了防止伺服电机电线、气缸气管以及控制开关线路布局在变位装置100工作时需要翻转、旋转而发生缠线、打结等现象，因此翻转轴402和回转轴302均选择为中空轴。如此一来，线路的布局可以从中空轴中通过，即使变位装置100旋转、翻转时也不影响设备的正常工作。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种机器人焊接变位装置，其特征在于：所述变位装置包括夹持机构、回转机构和翻转机构，其中：

所述夹持机构用于夹持固定待焊接工件；

所述回转机构用于支撑所述夹持结构，且使所述夹持机构沿竖直轴回转变位；

所述翻转机构用于支撑所述回转机构，且使所述回转机构沿水平轴翻转变位。

2.根据权利要求1所述的机器人焊接变位装置，其特征在于：

所述翻转机构包括底座、翻转轴和翻转支撑臂，其中：

所述底座包括一底板和两支撑架，所述底板水平放置，所述两支撑架竖直平行设置，且均与所述底板垂直，所述支撑架的底端与所述底板的上表面固定连接，所述两支撑架上均设有轴承座；所述翻转轴的一端设有法兰盘，另一端与第一伺服电机连接；所述翻转支撑臂为一横截面为方形的条状结构，所述翻转支撑臂的一端开设有横向的翻转轴孔和翻转轴固定座，所述翻转支撑臂远离所述翻转轴的一端设有贯穿上、下表面的回转轴孔；所述翻转轴穿过所述翻转轴孔后，所述法兰盘与所述翻转轴固定座固定连接；

所述回转机构包括调节底板和回转轴，其中：

所述调节底板上开设有两条贯穿其上、下表面，且平行设置的第一调节槽；所述回转轴竖直设置，所述回转轴的顶端与所述调节底板的底面固定连接，所述回转轴的底端穿过所述回转轴孔，与第二伺服电机连接；

所述夹持机构包括两个对称设置的夹持平台，每一所述夹持平台均包括调节面板和支撑面板，其中：

所述调节面板的横截面为U形，且U形开口的宽度与所述调节底板的厚度相匹配，所述调节面板上开设有贯穿其上、下表面的第二调节槽，所述第二调节槽与所述第一调节槽的宽度相同，所述第二调节槽与所述第一调节槽之间采用螺栓螺母连接；所述支撑面板与所述调节面板相互垂直设置，且所述支撑面板的中部与所述调节面板的一端固定连接，所述支撑面板包括支撑面板本体、侧板、中间挡板、丝杠、导轨和旋转压紧气缸，所述侧板数量为二，分别设置于所述支撑面板本体的两端，且与所述支撑面板垂直，所述中间挡板设置于所述支撑面板本体的中央，所述丝杠、导轨均穿过所述侧板和中间挡板，所述丝杠上分别位于所述中间挡板两侧的外螺纹的方向相反，所述丝杠的一端与第三伺服电机连接，所述旋转压紧气缸数量为二，安装于所述丝杠和导轨上，且分别位于所述中间挡板的两侧。

3.根据权利要求2所述的机器人焊接变位装置，其特征在于：所述旋转压紧气缸通过滑块安装在所述夹持平台上，所述滑块上开设有螺纹孔和通孔，所述螺纹孔与所述丝杠上的外螺纹相匹配，所述通孔与所述导轨的尺寸相匹配。

4.根据权利要求3所述的机器人焊接变位装置，其特征在于：所述底座下方还安装有若干滚轮，所述滚轮通过销轴连接在所述底板上，所述滚轮可绕所述销轴旋转。

5.根据权利要求4所述的机器人焊接变位装置，其特征在于：所述翻转轴和回转轴均为中空轴。

6.根据权利要求2-5任一项所述的机器人焊接变位装置，其特征在于：两所述支撑架与所述底板之间设有肋板。

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