CN205184016U - 便携无轨全位置焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携无轨全位置焊接机器人，属于自动焊接设备领域。焊接小车与双丝送丝机相连，所述双丝送丝机分别与弧焊电源及气瓶相连；遥控器与焊接小车采用Zigbee无线通讯连接，所述焊接小车放置于待焊件上，行走驱动装置、焊炬调节装置设置在焊接小车内部，行走驱动装置采用航空铝材质，行走驱动装置通过磁铁。吸附在待焊件的表面，再通过驱动电机M₁驱动行走。优点在于：结构紧凑便携、无轨、美观、实用，极大的提高了焊接效率，在整个焊接过程中（静态和动态）利用微型遥控器数字化控制各种参数，能够实现全位置自动焊接，且大大提高了焊接效率和实用性。

Description

便携无轨全位置焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及自动焊接设备领域，特别涉及一种便携无轨全位置焊接机器人，主要运用于石油、海洋、化工、造船、装备制造等工程及生产的设备，大幅提高焊接效率和焊接质量，降低生产成本。

背景技术

近年，随着我国经济高速发展，人工成本也大幅提高，直接影响我国产品在国际市场上的竞争力。为提高生产效率，在汽车、装备制造业和工程建设等领域逐渐采用焊接机器人。

当前市场上也出现各式各样的自动焊接设备，绝大多都以配套专一特定产品为主，价格昂贵，实用性不高，对于石油、海洋、化工等基础性工程建设来说，自动化生产所占的比例还很低。现有自动焊接设备主要存在以下缺点：

（一）、行走装置

1．现有设备都采用仿形有轨行走装置，完成焊接运动轨迹，生产工艺繁琐、效率低，很难应用。

2．对于现有自动焊接设备来说，大多都采用激光扫描和图像分析相结合的技术来实现焊缝跟踪，该设备适用于工厂内大批量产品生产，且技术价格昂贵，不适用于工程项目。

3.设备体积庞大，重量大，不便移动。

（二）、焊炬调节装置

调节装置分为横向摆动器和上下调节器两部分。现有自动焊设备都采用焊炬手动调节装置，焊接时不能进行焊炬动态调节，并存在以下问题：

1.现有设备横向调节采用手动调节装置，在实际生产中由于材料坡口加工误差、工件组对等因素影响，使得焊炬偏离焊缝中心，因此，焊接过程中始终进行手动微调节，否则无法打底焊接或者焊接质量无法保证。

2．横向摆动方式单一，使用范围狭窄，利用率低。

3．现有横向摆动装置体积庞大。

4．现有设备防尘差，降低使用寿命，且不利于恶劣环境中使用。

（三）、结构

现有设备整体结构设计布局不合理且尺寸大，较重，移动不便，不适合工程项目。

（四）、控制器

1．小车控制板

现有设备控制器采用PLC控制，体积大、操作灵活性低。

2．遥控器

现有设备都是有线遥控，体积大、繁琐、操作不灵活、维修不方便，且横向、上下为手动旋钮模拟量调节，没有动态调节，参数显示不全及设计不合理，很难进行全位置焊接。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种便携无轨全位置焊接机器人，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型由焊接小车、双丝送丝机（已申请专利201520475894.X）、弧焊电源构成，其中焊接小车由行走装置、焊炬调节装置、控制器组成。本实用新型的行走装置利用磁铁吸附特性和独特的行走辅助设施，实现无轨自动焊接；整体结构设计紧凑；大部分采用铝合金材料，减轻重量30%以上；设有把手，方便操作。焊炬调节装置的横向摆动器的摆动宽度为0-25mm，调节摆动中心±0-33.5mm，满足焊接工艺要求；设定摆宽、频率、左停、右停等，可完成多种焊枪运动方式，运动轨迹如图3所示；静态和动态遥控调节上述参数，可实现对接焊缝全位置焊接；结构紧凑合理，体积小；紧凑密闭式防尘设计，提高使用寿命。本实用新型焊前通过焊枪夹调整焊咀与工件距离粗对焊缝中心，操作灵活简便；用遥控器进行静态（焊前）和动态（焊接中）微调。本实用新型焊接小车与控制器同体式设计，且车体总装置全采用铝合金设计制造，整体结构小，紧凑，质量轻，操作更为简便。控制板与小车一体式设计，结构合理紧凑，所有参数实现数字化控制，维修和操作方便。遥控器实现微型无线遥控，液晶数字显示，焊前和焊接中可调节电流、电压、速度、摆动宽度和频率等参数，可连续多层多道焊接，操作方便，大幅提高焊接效率和实用性。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

便携无轨全位置焊接机器人，实现平、立、横、仰全位置焊接，结构包括焊接小车1、双丝送丝机2、弧焊电源3、气瓶4、遥控器5，所述焊接小车1与双丝送丝机2相连，所述双丝送丝机2分别弧焊电源3及气瓶4相连；遥控器5与焊接小车1无线遥控连接，所述焊接小车1设置于待焊件6上。

所述的焊接小车1包括行走驱动装置、焊炬调节装置、小车控制器、小车遥控器，所述行走驱动装置、焊炬调节装置设置在焊接小车1内部，所述行走驱动装置采用航空铝材质，行走驱动装置通过磁铁吸附在待焊件6的表面，再通过驱动电机M₁驱动行走。

所述的焊炬调节装置由横向摆动器和上下调节器7构成，所述横向摆动器包括直线导轨Ⅰ101、连接架102、丝母103、驱动电机M₂104、梯形丝杠105、横向电机固定支架106、齿轮传动机构Ⅰ107，所述驱动电机M₂104通过横向电机固定支架106固定在焊接小车1的车体上，所述驱动电机M₂104通过齿轮传动机构Ⅰ107与梯形丝杠105连接，丝母103带动滑块在直线导轨Ⅰ101上移动，横向摆动器通过连接架102与上下调节器7连接。

所述的上下调节器7包括盖板701、丝杠702、防尘板703、限位开关707、连接铰705、双焊枪夹706、齿轮传动机构Ⅱ710、内置的驱动电机M₃709、连接管708、直线导轨Ⅱ704，所述驱动电机M₃709、直线导轨Ⅱ704分别固定在上下盒体上，所述驱动电机M₃709通过齿轮传动机构Ⅱ710与丝杠702链接，丝母带动滑块在直线导轨Ⅱ704上移动，上下调节器通过连接管708与横向摆动器的连接架102连接，连接管708外部设置密封防尘圈，所述连接铰705与上下调节器滑块连接，焊枪装卡于双焊枪夹706中并与连接铰705连接；盖板701、防尘板703设置在上下调节器的一端，限位开关707设置在上下调节器的侧面。

所述的小车控制器采用单片机控制，通过操作遥控器发送不同的指令信号，从而控制焊接小车的运动轨迹。

所述的遥控器5采用无线电遥控模式，通过按键发出不同的信号，实现人机的遥控操作；设置液晶显示器，便于操作者观察及改变参数。

本实用新型的有益效果在于：总体设计结构紧凑便携、无轨、美观、实用，极大的提高了焊接效率，在整个焊接过程中（静态和动态）利用微型遥控器数字化控制各种参数，能够实现全位置自动焊接，且大大提高了焊接效率和实用性。具体分项优点如下所述：

（一）、行走装置

1．利用磁铁吸附铁基材料特性，即可实现无轨仿形运动，完成焊接轨迹。无轨道安装及调整工序，大幅减少焊前准备时间，提高焊接效率。结构紧凑、质量轻、便于移动和携带，操作方便。

2．焊接小车整体采用航空铝设计制造，体积小、质量轻，强度高，寿命长。

（二）、焊炬调节装置

1.实现自动调节及动态控制调节，丰富的横向摆动运动方式，

2．自动调节，实现打底、填充、盖面连续施焊的特点，结构紧凑、适用性广，效率高，焊缝质量好。

3．设备密封性好，有利于在恶劣环境中使用，提高使用寿命。

4．横向摆动器采用齿轮、梯形丝杠传动结构，如图3所示，实现横向摆动，结构紧凑。设计智能的数字控制，三种焊炬运动波形，如图4所示，能适用于不同焊接焊接位置及焊接方式（如连续焊、断续焊），且有利于焊缝成形。

（三）、结构

焊接小车、控制器分同体式设计，结构紧凑、质量轻，体积小，利用率高等特点。

（四）、控制器设计合理，结构紧凑，成本低，维护方便。双送丝系统，方便焊接工艺的改变，大幅提高焊接综合效率，降低生产成本。操作简单，对人员技能要求不高，实用性高。微型、液晶显示、无线遥控操作。小车控制板A（如图6所示）内设于焊接小车里，结构合理紧凑，维修和操作方便。遥控器采用液晶数字显示遥控器，结构设计微型化，方便观察及调节，无线操作，方便、灵活。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构装配图；

图2为本实用新型的焊接小车的结构示意图；

图3为本实用新型的横向摆动器的结构示意图；

图4为本实用新型的横向摆动的运动波形方式图（图中黑点表示停止）；

图5为本实用新型的上下调节器的结构示意图；

图6为本实用新型的小车控制板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。

参见图1至图6所示，本实用新型的便携无轨全位置焊接机器人，可实现平、立、横、仰全位置焊接，结构包括焊接小车1、双丝送丝机2（已申请专利201520475894.X）、弧焊电源3、气瓶4、遥控器5，所述焊接小车1与双丝送丝机2相连，所述双丝送丝机2分别弧焊电源3及气瓶4相连；遥控器5与焊接小车1无线遥控连接，所述焊接小车1设置于待焊件6上。

所述的焊接小车1包括行走驱动装置、焊炬调节装置、小车控制器、小车遥控器组成，所述行走驱动装置、焊炬调节装置设置在焊接小车1内部，所述行走驱动装置采用航空铝材质，行走驱动装置通过磁铁吸附在待焊件6的表面，再通过驱动电机M₁驱动行走。

所述的焊炬调节装置由横向摆动器和上下调节器7构成，所述横向摆动器包括直线导轨Ⅰ101、连接架102、丝母103、驱动电机M₂104、梯形丝杠105、横向电机固定支架106、齿轮传动机构Ⅰ107，所述驱动电机M₂104通过横向电机固定支架106固定在焊接小车1的车体上，所述驱动电机M₂104通过齿轮传动机构Ⅰ107与梯形丝杠105连接，丝母103带动滑块在直线导轨Ⅰ101上移动，横向摆动器通过连接架102与上下调节器7连接。

参见图3、图4所示，横向摆动器的设计采用原理简单、结构紧凑的齿轮、丝杠传动，通过驱动电机M₂104驱动梯形丝杠105，使丝母103带动滑块在直线导轨Ⅰ101上移动，实现横向摆动。在横向摆动中，调整摆动宽度、频率、左右停止时间等参数，设计智能的三种焊炬运动波形（如图4所示），使得焊接过程智能化，大大提高焊接质量，能满足全位置焊接。Ⅱ

所述的上下调节器7包括盖板701、丝杠702、防尘板703、限位开关707、连接铰705、双焊枪夹706、齿轮传动机构Ⅱ710、内置的驱动电机M₃709内置、连接管708、直线导轨Ⅱ704，所述驱动电机M₃709、直线导轨Ⅱ704分别固定在上下盒体上，所述驱动电机M₃709通过齿轮传动机构Ⅱ710与丝杠702链接，丝母带动滑块在直线导轨Ⅱ704上移动，上下调节器通过连接管708与横向摆动器连接架102连接，连接管708外部设置密封防尘圈，所述连接铰705与上下调节器滑块连接，焊枪装卡在双焊枪夹706中并与连接铰705连接。盖板701、防尘板703设置在上下调节器的一端，限位开关707设置在上下调节器的侧面。

横向摆动器采用梯形丝杠和齿轮传动结构，如图3所示，通过控制驱动电机M₁与驱动电机M₂实现三种智能运动波形，运动的合成轨迹如图4所示三种智能运动波形控制。增设密封圈防尘圈。

参见图5所示，上下调节器7采用齿轮和螺旋丝杆传动原理，既能满足上下摆动，又能满足防尘处理和整体美观性，使结构更加的紧凑、简单。焊工可通过操作遥控器，通过目视观察电弧高度来操作遥控器，当电弧变长或变短时，通过操纵遥控器来控制连接在丝杠702上的驱动电机M₃709正反转，M₃709的正反转将带动丝母移动，丝母带动滑块在直线导轨Ⅱ704上移动，实现焊炬上下动态调节。与已申请专利201420336831.1的传动结构相比较传动结构优化、体积小、结构紧凑。

所述的小车控制器采用单片机控制，通过操作遥控器发送不同的指令信号，来控制焊接小车运动轨迹，运动轨迹如图4所示。

所述的遥控器5采用无线电遥控模式，通过按键发出不同的信号，实现人机的遥控操作。增加液晶显示器，便于操作者观察及改变参数，操作简单、方便、灵活

本实用新型的便携无轨全位置焊接机器人具有如下特点：

（一）、行走装置（如图2所示）

1．利用磁铁吸附铁基材料的特性，实现无轨化，没有安装轨道和焊接小车的工序，大大减少焊前准备时间，提高焊接效率、降低成本。设有把手，方便操作。

2．减小体积和重量，有利于狭小空间的使用，便于携带，机动灵活，适合工程应用。

（二）、焊炬调节装置

实现焊炬自动调节及动态控制调节，丰富的横向摆动运动方式，设计防尘装置，延长使用寿命，结构合理、紧凑，提高智能化。

（三）、结构

焊接小车与控制板采用同体式设计，最大限度地减小焊接小车的体积、减轻重量，便携灵活，有利于在较小空间使用，整体结构紧凑，机动性提高，提高利用率。

（四）、控制器

1．小车控制板

控制板采用单片机控制，结构紧凑。焊接小车和控制板同体设计。参数可调，全数字显示（含电流、电压等调节）。无线遥控操作。双丝送丝机（已申请专利201520475894.X），四种焊接工艺可随时转换，提高焊接效率，降低生成成本。

2.遥控器

采用ZigBee无线通讯技术遥控，液晶数字显示电流、电压、焊接速度、摆宽、频率、左停止时间、右停止时间、波形状态显示、焊丝类别（实/药芯）等焊接参数，实现静态和动态数字化控制。

（五）、全位置

利用上述功能可进行全位置焊接，大大提高应用领域和范围，可应用在装备制造和石油、海洋等工程建设项目。

（六）、多层多道

利用上述功能可连续多层多道焊接，大大提高焊接效率。

（七）、便携

本实用新型设计合理、体积小、重量轻（小车约7公斤），适合多品种生产和工程建设项目。

（六）、机动性

本系统由焊接电源、双丝送丝机及焊接小车组成，体积小（约0.3m³），重量轻（总重约60kg），便于运输和维护，适合小批量多品种设备制造和小规模的工程建设项目。

以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：实现平、立、横、仰全位置焊接，结构包括焊接小车（1）、双丝送丝机（2）、弧焊电源（3）、气瓶（4）、遥控器（5），所述焊接小车（1）与双丝送丝机（2）相连，所述双丝送丝机（2）分别弧焊电源（3）及气瓶（4）相连；遥控器（5）与焊接小车（1）无线遥控连接，所述焊接小车（1）设置于待焊件（6）上。

2.根据权利要求1所述的便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：所述的焊接小车（1）包括行走驱动装置、焊炬调节装置、小车控制器、小车遥控器，所述行走驱动装置、焊炬调节装置设置在焊接小车（1）内部，所述行走驱动装置采用航空铝材质，行走驱动装置通过磁铁吸附在待焊件（6）的表面，再通过驱动电机M₁驱动行走。

3.根据权利要求2所述的便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：所述的焊炬调节装置由横向摆动器和上下调节器（7）构成，所述横向摆动器包括直线导轨Ⅰ（101）、连接架（102）、丝母（103）、驱动电机M₂（104）、梯形丝杠（105）、横向电机固定支架（106）、齿轮传动机构Ⅰ（107），所述驱动电机M₂（104）通过横向电机固定支架（106）固定在焊接小车（1）的车体上，所述驱动电机M₂（104）通过齿轮传动机构Ⅰ（107）与梯形丝杠（105）连接，丝母（103）带动滑块在直线导轨Ⅰ（101）上移动，横向摆动器通过连接架（102）与上下调节器（7）连接。

4.根据权利要求3所述的便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：所述的上下调节器（7）包括盖板（701）、丝杠（702）、防尘板（703）、限位开关（707）、连接铰（705）、双焊枪夹（706）、齿轮传动机构Ⅱ（710）、内置的驱动电机M₃（709）、连接管（708）、直线导轨Ⅱ（704），所述驱动电机M₃（709）、直线导轨Ⅱ（704）分别固定在上下盒体上，所述驱动电机M₃（709）通过齿轮传动机构Ⅱ（710）与丝杠（702）链接，丝母带动滑块在直线导轨Ⅱ（704）上移动，上下调节器通过连接管（708）与横向摆动器的连接架（102）连接，连接管（708）外部设置密封防尘圈，所述连接铰（705）与上下调节器滑块连接，焊枪装卡于双焊枪夹（706）中并与连接铰（705）连接；盖板（701）、防尘板（703）设置在上下调节器的一端，限位开关（707）设置在上下调节器的侧面。

5.根据权利要求2所述的便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：所述的小车控制器采用单片机控制，通过操作遥控器发送不同的指令信号，从而控制焊接小车的运动轨迹。

6.根据权利要求1所述的便携无轨全位置焊接机器人，其特征在于：所述的遥控器（5）采用无线电遥控模式，通过按键发出不同的信号，实现人机的遥控操作；设置液晶显示器，便于操作者观察及改变参数。