CN113829368A - 一种焊接机器人及焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种焊接机器人，包括焊枪驱动机构；所述焊枪驱动机构包括第一驱动机构、曲柄连杆、滑块、滑轨；所述曲柄连杆的A端与所述第一驱动机构的输出端固定，所述曲柄连杆的B端与所述滑块固定，所述滑块与滑轨滑动配合，所述滑轨转动固定；所述曲柄连杆和滑轨均作水平方向转动；焊枪与所述曲柄连杆的B端固定。本发明通过曲柄连杆与滑轨滑块的配合，实现一个平面内的两个转动(曲柄连杆转动、滑轨转动)带动焊枪直线运动，满足直缝焊接死角的焊接需求，且仅需一个主动驱动(曲柄连杆)，另一个为从动转动(滑轨)，节能的同时减少结构的复杂度，使焊接机器人小型化，适用于小空间的直缝焊接，降低人员消耗，提高工作效率和焊缝质量。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体来说是一种焊接机器人及焊接方法。
背景技术
自1959年美国推出世界上第一台Ultimate型机器人以来，工业机器人的数量在世界范围内不断增长，通常他们用在焊接、喷涂、变薄拉伸、装配、拾取搬运、检测和测量中，其中有半数为焊接机器人。在重工业的很多领域中，大型工件需要高劳动强度的手工焊，这对操作者来说需要有严格的技能要求和集中力。由于人们对焊接柔性和焊接产量的高需求和高要求，自动焊接机器人就为很多工业领域提高焊接速度尤其是提高焊接质量提供极大的可能。
自动化领域中的一个重要趋势是提高机器人的使用量，从而提升生产效率，降低生产成本。我国全自动焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。
典型焊缝主要包括圆形焊缝、直缝等。每种类型的焊缝对焊接机器人的性能要求都不同。目前，多自由度焊接机器人能够满足各种类型焊缝的焊接需求。但多自由度机器人结构复杂，且由于采用多个电机，机器人本身体积较大，对于小空间环境不太适用，且成本高，对中小企业不太友好。
小空间内直缝焊接目前大多采用直缝焊接小车完成，直缝焊接小车大体结构为行走机构携带焊枪沿直线行走，焊枪保持一定姿态对直缝进行焊接。为了保证焊枪与焊缝的距离，通常采用限位支架抵接待焊接工件的方式。限位支架为2个，分别位于焊枪的左右两侧。当直缝端部存在阻挡时，由于支架的限位，焊枪无法抵达焊缝端部，存在焊接死角，需要人工对直缝两端的死角进行手动焊接，导致工作量加大，且与焊接机器人焊接质量无法保持一致，对产品品质造成一定影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种无焊接死角的焊接机器人。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种焊接机器人，包括焊枪驱动机构(4)；所述焊枪驱动机构(4)包括第一驱动机构(41)、曲柄连杆(42)、滑块(43)、滑轨(44)；所述曲柄连杆(42)的A端与所述第一驱动机构(41)的输出端固定，所述曲柄连杆(42)的B端与所述滑块(43)固定，所述滑块(43)与滑轨(44)滑动配合，所述滑轨(44)转动固定；所述曲柄连杆(42)和滑轨(44)均作水平方向转动；焊枪(5)与所述曲柄连杆(42)的B端固定。
本发明通过曲柄连杆与滑轨滑块的配合，实现一个平面内的两个转动(曲柄连杆转动、滑轨转动)带动焊枪直线运动，满足直缝焊接死角的焊接需求，且仅需一个主动驱动(曲柄连杆)，另一个为从动转动(滑轨)，节能的同时减少结构的复杂度，使焊接机器人小型化，适用于小空间的直缝焊接，降低人员消耗，提高工作效率和焊缝质量。
进一步的，所述曲柄连杆(42)收起时，曲柄(432)与连杆(422)上下叠合。
进一步的，所述滑轨(44)的转轴位于滑轨(44)中部。
进一步的，还包括行走机构(1)；所述第一驱动机构(41)固定在行走机构(1)上，输出轴向上；所述轨道转动固定在所述行走机构(1)上。
进一步的，还包括限位支架(2)，所述限位支架(2)固定在所述行走机构(1)上；所述限位支架(2)前端安装有限位轮(21)。
进一步的，所述行走机构的行走方向与焊缝具有夹角。
进一步的，朝向焊接机器人行进方向的限位轮(21)直径小于另一限位轮(21)直径。
进一步的，所述第一驱动机构(41)的转轴与所述滑轨(44)转轴水平连线与焊缝水平垂线的夹角等于两个限位轮中心连线与焊缝的夹角。
进一步的，还包括摆动器(3)；所述摆动器(3)的输出轴与所述焊枪(5)固定，驱动焊枪(5)上下摆动；所述摆动器(3)固定在所述曲柄连杆(42)的B端。
进一步的，还包括控制器；所述控制器固定在所述行走机构(1)上，所述第一驱动机构(41)和摆动器(3)均与控制器通信连接。
进一步的，还包括轨迹规划模块；所述轨迹规划模块根据获取的当前作业数据对焊枪(5)运动轨迹进行规划，并将规划结果发送给控制器，所述控制器根据规划信息控制第一驱动机构(41)、行走机构(1)、摆动器(3)运行。
本发明还提供焊接机器人的焊接方法，包括以下步骤：
步骤1、将焊枪与曲柄连杆的B端固定；
步骤2、将安装好的焊接机器人放置到焊缝的初始端，启动焊接机器人，当遇到焊接死角时，执行步骤3；
步骤3、第一驱动机构驱动曲柄连杆转动，在滑块、滑轨的配合下带动焊枪左右角度的调整和伸缩，使焊头的运行轨迹符合焊缝死角。
本发明的优点在于：
本发明通过曲柄连杆与滑轨滑块的配合，实现一个平面内的两个转动(曲柄连杆转动、滑轨转动)带动焊枪直线运动，满足直缝焊接死角的焊接需求，且仅需一个主动驱动(曲柄连杆)，另一个为从动转动(滑轨)，节能的同时减少结构的复杂度，使焊接机器人小型化，适用于小空间的直缝焊接，降低人员消耗，提高工作效率和焊缝质量。
限位支架的设计可满足焊接机器人行走时的稳定性，保证焊枪与焊缝的间距，提高焊接质量。通过大小直径限位轮的设计，以及角度补偿的设计，可以保证焊接机器人在行进过程由于颠簸偏离航线的问题，保证焊枪与焊缝的良好接触。
行走机构的设计可满足长距离焊接，摆动器的设计可带动焊枪上下摆动，满足宽焊缝的焊接需求。
附图说明
图1为本发明实施例中焊接机器人的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中焊接机器人的侧面结构示意图(遮挡焊枪驱动机构的保护盖被影藏)；
图3为图2中A部放大结构示意图；
图4为本发明实施例2中焊接机器人的结构示意图及行走状态示意图；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种焊接机器人，适用于直缝焊接、弧形缝焊接、无规则缝焊接等。包括行走机构1、限位支架2、摆动器3、控制系统、轨迹规划模块、焊枪驱动机构4。
本实施例中，行走机构1为上述的其他几个部分提供安装基础外，自身具备行走功能，满足长距离焊缝的焊接需求。整体包括立方体平台11(当然也可以为其他行走的平台)，立方体平台11底部安装有滚轮12，在立方体平台11内部安装有第三驱动电机(图中未示出)，第三驱动电机通过传动机构带动滚轮12转动，从而实现行走功能。本实施例中，第三驱动机构、传动机构为常规技术，在此不再详述。
限位支架2包括左右两个支架，分别水平固定在立方体平台11的左右两侧，前端安装有限位轮21，用以与竖向放置的待焊接件抵接。在行走机构1行走时，限位轮21抵接焊接件，可以使行走轨迹保持直线，保证焊枪与焊缝的良好接触。本实施例中，限位支架2与立方体平台11采用螺钉方式可拆卸固定。当对于弧形焊缝或其他特殊焊缝不需要限位支架2时，可拆除限位支架2。本实施例中，限位支架2采用金属材质或塑料材质均可。
如图2、图3所示，本实施例中，焊枪驱动机构4为改造重点，位于立方体平台11上方，且位于左右限位支架之间。包括第一驱动机构41、曲柄连杆42、滑块43、滑轨44；曲柄连杆42的A端与第一驱动机构41的输出端固定，曲柄连杆42的B端与滑块43固定，滑块43与滑轨44滑动配合，滑轨44转动固定；曲柄连杆42和滑轨44均作水平方向转动；焊枪5与曲柄连杆42的B端固定。本实施例中，曲柄连杆42收起时，曲柄421与连杆422上下叠合，曲柄421在下，连杆422在上。第一驱动机构41为驱动电机，固定在立方体平台11上表面，输出轴向上，与曲柄连杆42的A端(即曲柄421远离与连杆422转动固定的一端)固定。当第一驱动机构41启动是，带动曲柄421以第一驱动机构41的转轴为中心转动。由于连杆422的B端与滑块43固定，且滑轨44的中部通过转轴固定在立方体平台11上，在曲柄421的推动下，连杆422连同滑块43在滑轨44上滑动，滑轨44随着连杆422角度的变化而适应性转动，从而实现曲柄连杆42的长度和角度变化。本实施例中，焊枪驱动机构4仅设置一个主动驱动(第一驱动电机)，实现两点水平转动，即曲柄连杆42的转动和滑轨44的转动，通过曲柄连杆42的长度变化和滑轨44角度变化，带动焊枪5左右摆动，且能够在焊枪5左右摆动时的焊接轨迹始终保持直线，或保持设定的轨迹规划路线，满足直缝和其他特殊焊缝的焊接需求，实现即使在限位支架2的阻挡下，焊枪5头也可以在曲柄连杆42以及能够转动的滑轨44滑块43的配合下转动角度的同时作伸缩运动，使焊枪5头保持直线运动，对直缝焊接死角进行焊接。本实施例中，连杆422与滑块43可采用焊接、螺栓固定等方式。本实施例中，摆动器3固定在连杆422B端，摆动器3包括第二驱动电机31、夹爪32；第二驱动电机31的机座通过支架33与连杆422固定，第二驱动电机31的输出轴处于水平状态，输出轴的输出端安装有夹爪32，焊枪5被夹爪32夹持固定。第二驱动电机31启动时，带动焊枪5上下摆动。从而满足宽焊缝的焊接需求。
本实施例中，当曲柄连杆42收起时，曲柄421位于连杆422下方，二者上下重叠，轨道与曲柄连杆42方向一致，位于连杆422下方，曲柄连杆42和滑轨44整体垂直于竖向的待焊接件，此时的焊枪正对焊缝，与焊缝夹角为90°。如此设计使得焊枪驱动机构4整体结构紧凑，实现焊接机器人小型化，适用于小空间焊接。
本实施例中，焊枪5焊接轨迹通过轨迹规划模块完成。轨迹规划模块写入轨迹规划程序，控制器根据当前轨迹规划结果控制第一驱动机构41、第二驱动机构、第三驱动机构的运行。当然，也可以手动驱动焊枪5左右摆动，同样可以完成焊枪5对焊接死角的焊接。本实施例中轨迹规划程序为现有技术，在此不再详述。
在立方体平台11上还固定有控制箱6，上述控制器及各种控制按钮均设置于控制箱6上。控制箱6位于立方体平台11的后方，或后上方，不构成焊枪5左右摆动或上下摆动时的障碍。
立方体平台11上还安装有手柄7，手柄7大致呈L型，一端与立方体平台11侧面固定，另一端延伸至立方体平台11上方。
本实施例提供的焊接机器人，可自带蓄电池8，蓄电池8安装在立方体平台11的后方或后上方，或立方体平台11内部，向3个驱动电机、控制系统供电。也可采用直接与电源直连的方式，或蓄电池、直连电源均设置，适用于各种环境。
本实施例的焊接机器人可以设计多种型号、不同体积，适应不同场景的焊接需求。
本实施例提供的焊接机器人的工作原理为：针对直缝，手持手柄7将焊接机器人放置焊缝的初始端，将限位轮21抵接竖向的待焊接件，启动电源，各个部分得电，轨迹规划模块根据当前焊接死角的长度，规划出第一驱动电机转动幅度，控制器根据规划结果控制第一驱动机构41转动，曲柄连杆42和滑块43滑轨44的配合下转动焊枪5，将焊枪5头送至焊接死角最边缘；焊枪5启动开始对焊缝进行焊接，控制器根据轨迹规划模块的规划结果驱动第一驱动电机回转，带回焊枪5完成焊接死角的焊接，然后控制器控制第三驱动电机启动，行走机构1开始运行，在到达另一端焊接死角之前，焊枪5始终保持正对焊缝姿态(曲柄连杆42为收起状态)。当到达另一端的焊接死角时，轨迹规划模块同样给出规划结果送至控制器，控制器控制第一驱动电机转动，带动焊枪5摆动完成另一端的焊接死角焊接。
针对弧形焊缝，或其他焊缝时，可根据需要拆除限位支架2。轨迹规划模块根据焊缝情况规划3个驱动电机的运行状态。
实施例2
实施例1中记载的焊接机器人两个限位轮直径一致，当焊接机器人在行进过程中发生颠簸，容易偏离直线轨迹。所以本实施例将行走机构的行走方向与焊缝设计成具有一定角度，一般为1.5°。行进过程中，由于1.5°夹角存在，使得焊接机器人的限位轮始终抵接竖向的待焊接件。进一步的，为了保证运行的稳定性，本实施例将两限位轮直径设计成一大一小，如图4所示，朝向机器人行进方向的限位轮21’为小直径，两个限位轮的中心连线与焊缝夹角同样为1.5°，小直径限位轮21’始终抵接竖向的待焊接件。为了补偿这1.5°，本实施例中将第一驱动机构的转轴20与滑轨的转轴10水平连线与焊缝的水平垂线夹角设计为1.5°，其中第一驱动机构偏向大直径限位轮侧，以满足除焊接死角以外的直缝区域，曲柄连杆收起状态下焊枪能够正对焊缝。
图4中，自左向右4副图分别为：第1副图展示了两个限位轮的大小关系，以及第一驱动机构的转轴20与滑轨的转轴10水平连线与焊缝的水平垂线夹角；第2副图展示了焊接机器人自焊缝初始端对焊接死角进行焊接的状态，从图中可以看出，在不同直径限位轮的作用下，焊接机器人整体向右倾斜1.5°；第3副图为焊接机器人对中间焊缝进行焊接，由于角度补偿设计，虽然焊接机器人整体倾斜，但是焊枪依然与焊缝垂直；第4副图为对焊缝终端的焊接死角进行焊接。
本实施例提供的具有角度补充功能的焊接机器人，即使行进过程中遇到障碍物造成方向的偏移，基于上述的夹角设计，可以快速调偏，使焊枪与焊缝接触良好。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种焊接机器人，其特征在于，包括焊枪驱动机构(4)；所述焊枪驱动机构(4)包括第一驱动机构(41)、曲柄连杆(42)、滑块(43)、滑轨(44)；所述曲柄连杆(42)的A端与所述第一驱动机构(41)的输出端固定，所述曲柄连杆(42)的B端与所述滑块(43)固定，所述滑块(43)与滑轨(44)滑动配合，所述滑轨(44)转动固定；所述曲柄连杆(42)和滑轨(44)均作水平方向转动；焊枪(5)与所述曲柄连杆(42)的B端固定。
2.根据权利要求1所述的焊接机器人，其特征在于，所述曲柄连杆(42)收起时，曲柄(432)与连杆(422)上下叠合。
3.根据权利要求1或2所述的焊接机器人，其特征在于，所述滑轨(44)的转轴位于滑轨(44)中部。
4.根据权利要求1或2所述的焊接机器人，其特征在于，还包括行走机构(1)；所述第一驱动机构(41)固定在行走机构(1)上，输出轴向上；所述轨道转动固定在所述行走机构(1)上。
5.根据权利要求4所述的焊接机器人，其特征在于，还包括限位支架(2)，所述限位支架(2)固定在所述行走机构(1)上；所述限位支架(2)前端安装有限位轮(21)。
6.根据权利要求5所述的焊接机器人，其特征在于，所述行走机构的行走方向与焊缝具有夹角。
7.根据权利要求6所述的焊接机器人，其特征在于，朝向焊接机器人行进方向的限位轮(21)直径小于另一限位轮(21)直径。
8.根据权利要求7所述的焊接机器人，其特征在于，所述第一驱动机构(41)的转轴与所述滑轨(44)转轴水平连线与焊缝水平垂线的夹角等于两个限位轮中心连线与焊缝的夹角。
9.根据权利要求7所述的焊接机器人，其特征在于，还包括轨迹规划模块；所述轨迹规划模块根据获取的当前作业数据对焊枪(5)运动轨迹进行规划，并将规划结果发送给控制器，所述控制器根据规划信息控制第一驱动机构(41)、行走机构(1)。
10.根据权利要求1至9任一所述焊接机器人的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将焊枪与曲柄连杆的B端固定；
步骤2、将安装好的焊接机器人放置到焊缝的初始端，启动焊接机器人，当遇到焊接死角时，执行步骤3；
步骤3、第一驱动机构驱动曲柄连杆转动，在滑块、滑轨的配合下带动焊枪左右角度的调整和伸缩，使焊头的运行轨迹符合焊缝死角。
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