CN114102154B - 钢结构焊后表面处理机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种钢结构焊后表面处理机器人。包括六自由度机器人Ⅰ、工具执行器、六自由度机器人Ⅱ及磁场执行器，其中工具执行器设置于六自由度机器人Ⅰ的执行末端；磁场执行器设置于六自由度机器人Ⅱ的执行末端；六自由度机器人Ⅰ带动工具执行器在钢结构构件内侧进行内表面清理；六自由度机器人Ⅱ带动磁场执行器在钢结构构件的外侧，磁场执行器通过磁力使工具执行器贴紧于钢结构构件的内表面上。本发明可以实现自动化操作，可以提升表面质量，保证表面残余应力均匀，提高具有内凹连续切向负曲率钢结构的板壳构件的表面强度和表面光洁度，改善焊接工人的工作环境。

Description

钢结构焊后表面处理机器人
技术领域
本发明属于焊接技术领域，特别涉及一种钢结构焊后表面处理机器人。
背景技术
具有内凹连续切向负曲率钢结构的板壳构件，在其生产过程中，会产生切屑、飞边和毛刺；另外，加工过程中的油、水及其它异物也可能影响设备的使用性能。在具有内凹连续切向负曲率钢结构的板壳构件的生产过程中，需要清除这些异物，一般进行清洗。现有技术中，通常由人工进行内腔清洗，清洗质量不高，且浪费大量人力，生产效率低，质量一致性不好，受人为的因数影响较大，劳动强度高；因工艺要求内表面空间受限制，操作不方便。因此，急需一种钢结构焊后表面处理机器人。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种钢结构焊后表面处理机器人，以解决人工进行内腔清洗，清洗质量不高，浪费大量人力，生产效率低，质量一致性不好的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明实施例提供的一种钢结构焊后表面处理机器人，包括六自由度机器人Ⅰ、工具执行器、六自由度机器人Ⅱ及磁场执行器，其中工具执行器设置于六自由度机器人Ⅰ的执行末端；磁场执行器设置于六自由度机器人Ⅱ的执行末端；
六自由度机器人Ⅰ带动工具执行器在钢结构构件内侧进行内表面清理；六自由度机器人Ⅱ带动磁场执行器在钢结构构件的外侧，磁场执行器通过磁力使工具执行器贴紧于钢结构构件的内表面上。
在一种可能的实现方式中，所述工具执行器包括弹性底板及设置于弹性底板上的多个切削倒刺组件，其中弹性底板为长方形结构，多个切削倒刺组件沿长度方向等间距排列。
在一种可能的实现方式中，所述切削倒刺组件包括弹簧板和磁力切削块，其中弹簧板的一端与所述弹性底板连接，另一端与磁力切削块连接，磁力切削块用于对钢结构构件的内壁进行清理。
在一种可能的实现方式中，所述磁力切削块为倒梯形结构，且上端两侧带有切削刃。
在一种可能的实现方式中，所述弹簧板为倒V型结构，所述磁力切削块连接在所述弹簧板的顶角处。
在一种可能的实现方式中，所述工具执行器还包括设置于所述弹簧板顶部内侧的振动组件。
在一种可能的实现方式中，所述振动组件包括惯性质量冲量锤和压电陶瓷，其中惯性质量冲量锤连接在压电陶瓷远离所述磁力切削块的一端。
在一种可能的实现方式中，所述惯性质量冲量锤和所述压电陶瓷与所述弹簧板等长。
在一种可能的实现方式中，所述弹簧板的外表面具有绝缘层。
在一种可能的实现方式中，所述磁场执行器为电磁铁。
本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种钢结构焊后表面处理机器人，可以实现自动化操作，提升表面质量，保证表面残余应力均匀，提高具有内凹连续切向负曲率钢结构的板壳构件的表面强度和表面光洁度，改善焊接工人的工作环境。
本发明采用仿生学构型，效率高，表面应力小，适应各种曲面，应用范围广泛。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明钢结构焊后表面处理机器人的等轴测视图；
图2为图1中Ⅰ处局部放大图；
图3为本发明中工具执行器的结构示意图；
图4为图3中Ⅱ处放大图；
图中：1为六自由度机器人Ⅰ，2为工具执行器，3为六自由度机器人Ⅱ，4为磁场执行器，5为钢结构构件，6为弹性底板，7为弹簧板，8为惯性质量冲量锤，9为磁力切削块，10为压电陶瓷。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的一种钢结构焊后表面处理机器人，采用仿生学构型，效率高，表面应力小，适应各种曲面，应用范围广泛。参见图1、图2所示，该钢结构焊后表面处理机器人，包括六自由度机器人Ⅰ1、工具执行器2、六自由度机器人Ⅱ3及磁场执行器4，其中工具执行器2设置于六自由度机器人Ⅰ1的执行末端；磁场执行器4设置于六自由度机器人Ⅱ3的执行末端；工作时，六自由度机器人Ⅰ1带动工具执行器2在钢结构构件5内侧进行内表面清理；六自由度机器人Ⅱ3带动磁场执行器4在钢结构构件5的外侧，磁场执行器4通过磁力使工具执行器2贴紧于钢结构构件5的内表面上。
参见图3所示，本发明的实施例中，工具执行器2包括弹性底板6及设置于弹性底板6上的多个切削倒刺组件，其中弹性底板6为长方形结构，且一端与六自由度机器人Ⅰ1的执行末端连接，多个切削倒刺组件沿长度方向等间距排列于弹性底板6的上表面。钢结构构件5的内表面具有内凹连续切向负曲率，弹性底板6采用大变形弹性板状金属材料制成，具有能适应能钢结构构件5的内凹连续切向负曲率内表面的柔韧性，适应性比较好。
参见图4所示，本发明的实施例中，切削倒刺组件包括弹簧板7和磁力切削块9，其中弹簧板7的一端与弹性底板6连接，另一端与磁力切削块9连接，磁力切削块9用于对钢结构构件5的内壁进行清理。
进一步地，弹簧板7为倒V型结构，其下端两侧与弹性底板6固定连接，磁力切削块9连接在弹簧板7的顶角处。磁力切削块9为倒梯形结构，且上端两侧带有切削刃，用于切除钢结构构件5的内壁上的杂物。磁力切削块9的下端面设有与弹簧板7的顶角配合连接的倒V型槽。磁力切削块9与钢结构构件5的内壁接触时，弹簧板7起到缓冲作用，避免磁力切削块9两侧的切削刃造成损伤。具体地，磁力切削块9的材质采用合金钢，以便被磁场执行器4吸附。
进一步地，弹簧板7的外表面具有绝缘层，利用弹簧板7当导线，给压电陶瓷供电，绝缘层防止弹簧板7漏电。
在上述实施例的基础上，工具执行器2还包括设置于弹簧板7顶部内侧的振动组件。振动组件通过振动提高磁力切削块9的清除能力。
参见图4所示，本发明的实施例中，振动组件包括惯性质量冲量锤8和压电陶瓷10，其中惯性质量冲量锤8连接在压电陶瓷10远离磁力切削块9的一端。
进一步地，惯性质量冲量锤8为圆柱形，且横向连接在压电陶瓷10的底部，惯性质量冲量锤8和压电陶瓷10与弹簧板7等长。压电陶瓷10能提供持续的高频振动，惯性质量冲量锤8通过惯性质量提供惯性冲量，从而提高磁力切削块9的切削或清理的刮削冲击力，使清理效果更好。
本发明的实施例中，磁场执行器4为电磁铁，电磁铁通电形成磁场，使磁力切削块9的贴服于钢结构构件5的内壁。
本发明提供的一种钢结构焊后表面处理机器人，其工作流程包括如下步骤：
步骤1：利用吊车等辅助设备将具有内部连续内凹曲面的钢结构构件5吊装到指定工位上；
步骤2：指定工位上的工装夹具对具有内部连续内凹曲面的钢结构构件5进行固定；
步骤3：六自由度机器人Ⅰ1带动工具执行器2进行六自由度运动，使工具执行器2的弹性底板6，从钢结构构件5的开口处进入其内部；
步骤4：六自由度机器人Ⅰ1能提供工具执行器2相对于地面至少空间六自由度的运动，使弹性底板6上的多组切削倒刺组件与钢结构构件5的内部连续内凹曲面相互局部接触；由于接触力，进而改变工具执行器2的弹性底板6的外形，使其外形具有贴合钢结构构件5内凹曲面的趋势；
步骤5：六自由度机器人Ⅱ3底端固定于地面，六自由度机器人Ⅱ3带动磁场执行器4进行六自由度运动；磁场执行器4在钢结构构件5的板壳外部形成磁场吸引磁力切削块9，让磁力切削块9完全顺次贴合于钢结构构件5的连续内凹曲面；
步骤6：六自由度机器人Ⅰ1带动工具执行器2运动，通过弹性底板6上的磁力切削块9对钢结构构件5内凹曲面进行清洗进给运动；
同时，压电陶瓷10在弹簧板7的内部获得电能持续高频振动，使惯性质量冲量锤8获得的惯性冲量，通过磁力切削块9的切削刃口与钢结构构件5的内部连续内凹曲面进行清洗工艺，完成切屑、飞边和毛刺处理；另外，清除加工过程中的油、水及其它异物。
本发明提供的一种钢结构焊后表面处理机器人，可以实现自动化操作，提升表面质量，保证表面残余应力均匀，提高具有内凹连续切向负曲率钢结构的板壳构件的表面强度和表面光洁度，改善焊接工人的工作环境。本发明采用仿生学构型，效率高，表面应力小，适应各种曲面，应用范围广泛。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种钢结构焊后表面处理机器人，其特征在于，包括六自由度机器人Ⅰ（1）、工具执行器（2）、 六自由度机器人Ⅱ（3）及磁场执行器（4），其中工具执行器（2）设置于六自由度机器人Ⅰ（1）的执行末端；磁场执行器（4）设置于六自由度机器人Ⅱ（3）的执行末端；
六自由度机器人Ⅰ（1）带动工具执行器（2）在钢结构构件（5）内侧进行内表面清理；六自由度机器人Ⅱ（3）带动磁场执行器（4）在钢结构构件（5）的外侧，磁场执行器（4）通过磁力使工具执行器（2）贴紧于钢结构构件（5）的内表面上；
所述工具执行器（2）包括弹性底板（6）及设置于弹性底板（6）上的多个切削倒刺组件，其中弹性底板（6）为长方形结构，多个切削倒刺组件沿长度方向等间距排列；
所述切削倒刺组件包括弹簧板（7）和磁力切削块（9），其中弹簧板（7）的一端与所述弹性底板（6）连接，另一端与磁力切削块（9）连接，磁力切削块（9）用于对钢结构构件（5）的内壁进行清理；
所述弹簧板（7）为倒V型结构，所述磁力切削块（9）连接在所述弹簧板（7）的顶角处；
所述工具执行器（2）还包括设置于所述弹簧板（7）顶部内侧的振动组件；所述振动组件包括惯性质量冲量锤（8）和压电陶瓷（10），其中惯性质量冲量锤（8）连接在压电陶瓷（10）远离所述磁力切削块（9）的一端。
2.根据权利要求1所述的钢结构焊后表面处理机器人，其特征在于，所述磁力切削块（9）为倒梯形结构，且上端两侧带有切削刃。
3.根据权利要求1所述的钢结构焊后表面处理机器人，其特征在于，所述惯性质量冲量锤（8）和所述压电陶瓷（10）与所述弹簧板（7）等长。
4.根据权利要求1所述的钢结构焊后表面处理机器人，其特征在于，所述弹簧板（7）的外表面具有绝缘层。
5.根据权利要求1所述的钢结构焊后表面处理机器人，其特征在于，所述磁场执行器（4）为电磁铁。
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