CN203449313U - 一种用于焊接的工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于焊接的工业机器人，包括固定架，在固定架上设置有升降底座，升降底座上设置有可绕所述升降底座轴线水平转动的水平支撑臂，水平支撑臂上设有可沿与水平支撑臂轴线垂直方向移动的纵向移动旋转机构以及具有焊枪及割枪夹持架的纵向旋转机构，在水平支撑臂上设置有控制水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构运动的电控系统，以及与电控系统信号连接的用于在焊接、切割前人工握焊枪或割枪沿焊接、切割路线移动时，自动采集、记录、分析位移信号并自动生成焊接、切割路径程序的手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块，示教简单、操作方便、价格低、灵活性好的“焊接工业机器人”，提高“焊接”、“切割”质量和效率。

Description

一种用于焊接的工业机器人

技术领域

本实用新型涉及焊接机器人技术领域，具体是一种用于焊接及切割的全自动气保焊接机

器人，该机器人是一种具有小型、自由移动、柔性、焊接速度快、焊接质量高、环保、智能的新型工业机器人。

背景技术

目前，通常使用的焊接设备，一般是采用人工焊接，遇到某些精密仪器则采用数控焊接，但是对于一些大型设备，根本无法实现数控焊接，因此需要采用人工焊接，采用人工焊接存在一个很大的弊端，那就是工件的体积过大，需要焊接的地方较多，人工操作长期焊接后，容易产生疲劳，使得生产效率底下，且焊接效果不好，而且在工件的特别角度处需要进行焊接时，需要长期保持该角度，人工操作是无法实现的，同时采用人工焊接，其焊接出的产品质量不高。现行方法对操作工人的要求很高，因为焊接时需要预热工件，调整工人需站在温度达120°C 的工件上进行调整，且工作条件恶劣，需要操作工人非常认真和细致地进行操作，同时污染严重。

据不完全统计，全世界在役的工业机器人中大约有将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域。焊接机器人可以代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。市场前景的是广阔的。但目前市场的焊接机器人具有价格高、示教复杂、需要专业人员才能操作的特点，一些企业由于资金、技术人员有限，承担不了焊机接器人的各项费用，只能望尘莫及。这些因素制约了一些企业和行业的快速发展。目前国内市场焊接机器人大多为国外品牌，具有价格昂贵，维护成本高，示教复杂的特点，单台机器人不便频繁转换焊接、切割。很难适应一些企业的需求。

发明内容

    针对现有技术存在的不足，本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种结构简单、运动精度高、工作空间大、柔性好，能够满足各种切割与焊接工作要求，实现自动生成焊接切割路径程序，大大提高工作效率且成本低廉的用于焊接的工业机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种用于焊接的工业机器人， 包括固定架，在固定架上设置有升降底座，所述升降底座上设置有可绕所述升降底座轴线水平转动的水平支撑臂，所述水平支撑臂上设有可沿与水平支撑臂轴线垂直方向移动的纵向移动旋转机构以及设于所述纵向移动旋转机构上的具有焊枪及割枪夹持架的纵向旋转机构，在所述水平支撑臂上设置有控制水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构运动的电控系统，以及与电控系统信号连接的用于在焊接、切割前人工握焊枪或割枪沿焊接、切割路线移动时，自动采集、记录、分析位移信号并自动生成焊接、切割路径程序的手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块，所述水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构均与手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块信号连接，以及设置有与所述电控系统信号连接的在采集位移信号及具体工作时用于控制水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构启闭的控制器。

上述的用于焊接的工业机器人，所述电控系统由中央处理器、全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块、电机驱动模块、电机及编码器组成，所述全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块均与中央处理器电联接，所述插补算法模块通过电机驱动模块与电机电联接，所述电机通过编码器与插补算法模块电联接。

上述的用于焊接的工业机器人，所述升降底座与水平支撑臂之间设置有控制水平支撑臂绕升降底座轴线水平转动的第一动力机构，所述第一动力机构由第一电机、与第一电机转动连接的第一转轴以及连接第一电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第一编码器组成，所述第一转轴与水平支撑臂固定连接。

上述的用于焊接的工业机器人，所述纵向移动旋转机构由纵向移动装置及纵向旋转装置组成。

上述的用于焊接的工业机器人，所述纵向移动装置由设置在水平支撑臂上的第二电机、与第二电机连接的垂直与水平支撑臂轴线移动的竖直运动臂以及连接第二电机与中央处理器的用于采集竖直运动位移信号的第二编码器组成。

上述的用于焊接的工业机器人，所述纵向旋转装置由设置在第二电机上可驱动所述竖直运动臂转动的第三电机，以及连接第三电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第三编码器组成。

上述的用于焊接的工业机器人，所述纵向旋转机构由设于第二电机上的第四电机，与所述第四电机转动连接的其一端连接具有焊枪及割枪夹持架的转动臂，以及连接第四电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第四编码器组成。

上述的用于焊接的工业机器人，所述水平支撑臂由与所述第一转轴固定连接的静止臂以及设于该静止臂内可沿所述静止臂轴线水平自由移动的伸缩臂组成，所述伸缩臂与驱动其做伸缩运动的第五电机连接，所述第五电机通过采集位移信号的第五编码器与中央处理器电联接。

上述的用于焊接的工业机器人，所述具有控制按键的全中文人机交互界面设置在静止臂的侧面，在静止臂上还设置有分别与气保焊机控制模块及等离子/火焰切割机控制模块电联接的气保焊机控制模块接口及等离子/火焰切割机控制模块接口。

上述的用于焊接的工业机器人，在伸缩臂的工作端设置有用于平衡断电时电机重力的重力平衡机构。

本实用新型用于焊接的工业机器人的优点是：本公司针对上述市场背景和国情，自主研发了多用途、示教简单、操作方便、价格低、灵活性好的“焊接工业机器人”。能为企业节约大量生产成本，提高 “焊接”、“切割”质量和效率。满足大、中、小、微企业的“焊接、切割”生产需求。适用于：重型机械、汽车、摩托车、电动车、工程机械、五金制品，机车等行业。本产品集成焊接、切割功能，价格低廉、手动模拟示教简单、方便。并结合智能化技术，数字化技术，实现产品智能化、数字化，产品构思新颖，设计巧妙，能更好的满足当前社会发展的需要，是填补国内空白的更新换代产品，因此本产品具有技术和成本两大优势，可快速推广并占领市场。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型电控系统的电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明；

如图1、2所示, 一种用于焊接的工业机器人， 包括固定架1，在固定架1上设置有升降底座2，在升降底座2上设置有可绕升降底座2的轴线水平转动的水平支撑臂3，在水平支撑臂3上设有可沿与水平支撑臂3的轴线垂直方向移动的纵向移动旋转机构4以及设于纵向移动旋转机构4上的具有焊枪及割枪夹持架5的纵向旋转机构6，在水平支撑臂3上设置有控制水平支撑臂3、纵向移动旋转机构4以及纵向旋转机构6运动的电控系统，以及与电控系统信号连接的用于在焊接、切割前人工握焊枪或割枪沿焊接、切割路线移动时，自动采集、记录、分析位移信号并自动生成焊接、切割路径程序的手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块，水平支撑臂3、纵向移动旋转机构4以及纵向旋转机构6均与手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块信号连接，以及设置有与电控系统信号连接的在采集位移信号及具体工作时用于控制水平支撑臂3、纵向移动旋转机构4以及纵向旋转机构6启闭的控制器7。

电控系统由中央处理器、全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块、电机驱动模块、电机及编码器组成，所述全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块均与中央处理器电联接，所述插补算法模块通过电机驱动模块与电机电联接，所述电机通过编码器与插补算法模块电联接。

升降底座2与水平支撑臂3之间设置有控制水平支撑臂3绕升降底座2的轴线水平转动的第一动力机构，第一动力机构由第一电机8、与第一电机8转动连接的第一转轴9以及连接第一电机8与中央处理器的用于采集转动位移信号的第一编码器10组成，第一转轴9与水平支撑臂3固定连接。纵向移动旋转机构4由纵向移动装置及纵向旋转装置组成。纵向移动装置由设置在水平支撑臂3上的第二电机11、与第二电机11连接的垂直与水平支撑臂3的轴线移动的竖直运动臂12以及连接第二电机11与中央处理器的用于采集竖直运动位移信号的第二编码器13组成。纵向旋转装置由设置在第二电机11上可驱动竖直运动臂12转动的第三电机14，以及连接第三电机14与中央处理器的用于采集转动位移信号的第三编码器15组成。纵向旋转机构由设于第二电机11上的第四电机16，与第四电机16转动连接的其一端连接具有焊枪及割枪夹持架5的转动臂17，以及连接第四电机16与中央处理器的用于采集转动位移信号的第四编码器18组成。水平支撑臂3由与第一转轴9固定连接的静止臂19以及设于该静止臂19内可沿静止臂19的轴线水平自由移动的伸缩臂20组成，伸缩臂20与驱动其做伸缩运动的第五电机21连接，第五电机通过采集位移信号的第五编码器22与中央处理器电联接。具有控制按键23的全中文人机交互界面24设置在静止臂19的的侧面，在静止臂19上还设置有分别与气保焊机控制模块及等离子/火焰切割机控制模块电联接的气保焊机控制模块接口25及等离子/火焰切割机控制模块接口26。在伸缩臂20的工作端27设置有用于平衡断电时电机重力的重力平衡机构28。在静止臂19的侧面及顶部分别设置有与中央处理器电联接的电机驱动模块29及位置检测模块30。

工作原理： 

A、焊接、切割工作原理

选择焊接作业时：将气保焊控制端口和机器人控制接口联机，把焊枪固定在机器人的焊枪固定处，开机。

新建焊接作业时，启动示教控器，手把焊枪，沿需焊接的轨迹进行定点或完全模拟示教一遍，启动示教控器完成操作。手动示教时，系统会自动采集手动示教时各臂、轴位置转感器、编码器空间坐标数据。手示教完成，系统自动生成、保存焊接路径。按键开始焊接。系统可设定模拟焊接、单个焊接、连续焊接等不同的工作方式。

非新建焊接作业时，从系统中调出原来的焊接路径编号，便可启动焊接作业。

选择切割作业时：将 “等离子”切割机控制端口和机器人控制接口联机，把割枪固定在机器人的割枪固定处，开机。切割作业时的示教方式和焊接示教方式相同。

C、“新型焊接工业机器人”控制系统结构功能模块说明

1、控制核心

是机器人的核心，用来控制机器人工作状态，示教数据采集、焊机、割机参数等

2、全中文人机界面

用来设定、显示焊接、切割速度、控制数据调整等工作参数。

3、按键输入模块

用来启动、停止、转换焊接（切割）工作状态。

4、机器人位置检测模块

用来检测机器人臂的位置状态，将位置信息传给控制核心

5、手动示教焊缝轨迹模块

采集手动示教焊缝轨迹的位置信息，便于系统进行处理、分析、保存。生成焊缝路径。

6、手动示教割缝轨迹模块

采集手动示教割缝轨迹的位置信息，便于系统进行处理、分析、保存。生成割缝路径。

7、焊接、切割参数存储模块

用来保存焊缝路径、切割路径数据和焊机、割机工作参数。

8、气保焊机控制模块

通过数据接口控制气保焊机的工作状态及参数。。

9、等离子/火焰切割机控制模块

通过数据接口控制等离子/火焰切割机工作状态及参数。

10、插补算法模块

将采集到的手动示教焊缝、割缝轨迹的位置数据，通过插补算法模块中的直线、圆弧插补等函数产生焊接、切割路径数据，来驱动步进电机工作。

11、电机驱动模块

用来驱动步机电机转动。

12、电机

步进(伺服)电机，用来提供动力

13、编码器

采集轴电机转动的数据，用来分析处理。

A、多用途

控制系统分为“焊接”和“切割”功能，设计了焊接机的可编程控制器和切割机可编程控制器。

选择“焊接”功能时可以联接气保焊机进行焊接 。选“切割”功能时可以联接“等离子”切割机或“火焰”进行切割。

B、示教简单、操作方便

只需人工示教，手把“焊枪”、“割枪”沿焊接、切割轨迹模拟一遍，系统便会自动生成、保存焊接、切割路径，非专业人员也能操作；

选择“焊接”“切割”操作时，只需更换“气保焊机”或“等离子切割机”、“枪”，将机器人控制面板的功能项选择开关改到对应的操作，系统便改为对应的控制状态。

C、价格低

焊接机器人整机价格很低，一般中、小企业均能接受；维护简单、费用低廉。

焊机、切割机系统自动进行控制，也可手动进行调整工作参数。

D、灵活性好

自主研发了水平机械臂伸缩机械机构，选择、更换不同长度水平伸缩机械臂，柱面工作半径则相应变长或缩短，能适应多数焊接(切割)行业的工作需求。设计了重力平衡机构，可以避免电机因断电自重而产生位移。底座高度可调，满足不同焊接、切割生产需求。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于焊接的工业机器人， 包括固定架，在固定架上设置有升降底座，其特征在于：所述升降底座上设置有可绕所述升降底座轴线水平转动的水平支撑臂，所述水平支撑臂上设有可沿与水平支撑臂轴线垂直方向移动的纵向移动旋转机构以及设于所述纵向移动旋转机构上的具有焊枪及割枪夹持架的纵向旋转机构，在所述水平支撑臂上设置有控制水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构运动的电控系统，以及与电控系统信号连接的用于在焊接、切割前人工握焊枪或割枪沿焊接、切割路线移动时，自动采集、记录、分析位移信号并自动生成焊接、切割路径程序的手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块，所述水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构均与手动示教焊缝及割缝轨迹信号采集模块信号连接，以及设置有与所述电控系统信号连接的在采集位移信号及具体工作时用于控制水平支撑臂、纵向移动旋转机构以及纵向旋转机构启闭的控制器。

2.根据权利要求1所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述电控系统由中央处理器、全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块、电机驱动模块、电机及编码器组成，所述全中文人机交互界面、按键输入模块、机器人位置检测模块、手动示教焊缝轨迹信号采集模块、手动示教割缝轨迹信号采集模块，焊接、切割参数存储模块、电源模块、气保焊机控制模块、等离子/火焰切割机控制模块、插补算法模块均与中央处理器电联接，所述插补算法模块通过电机驱动模块与电机电联接，所述电机通过编码器与插补算法模块电联接。

3.根据权利要求2所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述升降底座与水平支撑臂之间设置有控制水平支撑臂绕升降底座轴线水平转动的第一动力机构，所述第一动力机构由第一电机、与第一电机转动连接的第一转轴以及连接第一电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第一编码器组成，所述第一转轴与水平支撑臂固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述纵向移动旋转机构由纵向移动装置及纵向旋转装置组成。

5.根据权利要求4所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述纵向移动装置由设置在水平支撑臂上的第二电机、与第二电机连接的垂直与水平支撑臂轴线移动的竖直运动臂以及连接第二电机与中央处理器的用于采集竖直运动位移信号的第二编码器组成。

6.根据权利要求4所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述纵向旋转装置由设置在第二电机上可驱动所述竖直运动臂转动的第三电机，以及连接第三电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第三编码器组成。

7.根据权利要求6所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述纵向旋转机构由设于第二电机上的第四电机，与所述第四电机转动连接的其一端连接具有焊枪及割枪夹持架的转动臂，以及连接第四电机与中央处理器的用于采集转动位移信号的第四编码器组成。

8.根据权利要求7所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述水平支撑臂由与所述第一转轴固定连接的静止臂以及设于该静止臂内可沿所述静止臂轴线水平自由移动的伸缩臂组成，所述伸缩臂与驱动其做伸缩运动的第五电机连接，所述第五电机通过采集位移信号的第五编码器与中央处理器电联接。

9.根据权利要求8所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：所述具有控制按键的全中文人机交互界面设置在静止臂的侧面，在静止臂上还设置有分别与气保焊机控制模块及等离子/火焰切割机控制模块电联接的气保焊机控制模块接口及等离子/火焰切割机控制模块接口。

10.根据权利要求9所述的用于焊接的工业机器人，其特征是：在伸缩臂的工作端设置有用于平衡断电时电机重力的重力平衡机构。

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