CN212577849U - 一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及剪力钉焊接设备技术领域，具体说是一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，包括轨道(5)和龙门架，龙门架上端设置遛板(3)、下端设置移动总成(4)以及龙门升降总成(9)，遛板(3)沿龙门架移动，遛板(3)的移动方向与龙门架的移动方向垂直，遛板(3)上设置瓷环上料机构、剪力钉上料机构、剪力钉瓷环组合工装(14)、剪力钉瓷环安装机器人总成(2)、剪力钉焊枪总成(8)、电控系统(6)和人机交互系统(10)。本实用新型采用剪力钉排料机和瓷环振动盘取代3D视觉相机，具有速度快、效率高、精度高的优点。

Description

一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人

技术领域

本实用新型涉及剪力钉焊接设备技术领域，具体说是一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人。

背景技术

桥梁建筑中使用的钢梁箱上焊有大量的剪力钉，传统工作方式是人工先在钢梁箱上划线，然后工人将剪力钉依次焊接在划线处。其中划线工作占用了整个焊接过程中的50％的时间，效率较低；同时钢梁箱的高度一般在1.2m-2.5m之间，高度较高，工人上下很不方便，焊接的时候要长时间待在钢梁箱上，安全隐患较高；焊接过程中，工人始终处于弯腰状态，也较容易造成职业病。

随着国内基础建设的加速，国内桥梁的建设需求也越来越多，相应的剪力钉焊接的工作量也越来越大，同时伴随着我国人工老龄化的加剧，用工难的问题也越来突出，因此剪力钉焊接自动的需求也越来越高。

现有剪力钉焊接技术是将两套3D视觉和两台六轴机器人安装在行走的龙门系统上。视觉系统用来识别剪力钉料框和瓷环料框中剪力钉和瓷环的空间坐标数据，并将所获得的可抓取工件的坐标信息通过通讯系统发送给抓取六轴机器人，抓取六轴机器人根据获得的坐标信息，依次抓取剪力钉料框中的剪力钉和瓷环料框中的瓷环，随后通过2D视觉来判断瓷环的正反，如果是正向，则将瓷环和剪力钉按顺序放置于组合工装上；如果瓷环是反向，则需要将瓷环放置于翻转工装上，先将瓷环反向，然后抓取六轴机器人再抓取调整好方向的瓷环按顺序放置于组合工装上。安装六轴机器人抓取组合好的剪力钉和瓷环安装在焊枪上。焊枪在龙门Z轴的移动下，靠近待焊钢板，完成焊接，随后龙门移动到下一待焊位等待焊接，依次重复上述过程，直至完成整个钢板的焊接。

现有技术中，3D视觉系统是近两年新兴的技术，精度和稳定性还有待调高，识别时间比较长，抓取精度较差，很容易造成抓取工装与剪力钉和瓷环的碰撞，抓取不稳定。而且受制于抓取工装的设计，剪力钉料框和瓷环料框中的剪力钉和瓷环不能被完全抓取，会有30％左右的余料剩余。剪力钉和瓷环的抓取由同一个机器人完成，动作繁复，时间较长。

因此，如何克服上述存在的技术问题和缺陷成为重点需要解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，本实用新型利用双龙门双遛板移动系统，配合排料机、振动盘、抓取装置、组合装置、机器人系统等完成长距离钢梁箱的剪力钉的自动化焊接。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，包括轨道和沿轨道移动的龙门架，所述龙门架上端设置遛板、下端设置移动总成以及龙门升降总成，遛板沿龙门架移动，遛板的移动方向与龙门架的移动方向垂直，遛板上设置瓷环上料机构、剪力钉上料机构、剪力钉瓷环组合工装、剪力钉瓷环安装机器人总成、剪力钉焊枪总成、电控系统和人机交互系统；

所述瓷环上料机构包括瓷环振动盘、瓷环抓取机构、瓷环翻转组合机构，瓷环振动盘用于将瓷环排列至待抓取位，瓷环抓取机构用于抓取瓷环振动盘上的瓷环并放置于瓷环翻转组合机构，瓷环翻转组合机构调整瓷环方向后将瓷环放置于剪力钉瓷环组合工装上；

所述剪力钉上料机构包括剪力钉排料机、剪力钉抓取机构、剪力钉组合机构，剪力钉排料机用于将剪力钉排列至待抓取位，剪力钉抓取机构用于抓取剪力钉排料机上的剪力钉并放置于剪力钉组合机构，剪力钉组合机构用于将剪力钉放置于剪力钉瓷环组合工装上，并将剪力钉与瓷环进行组装；

所述剪力钉瓷环安装机器人总成用于抓取组合完成的剪力钉和瓷环并安装在剪力钉焊枪总成上。

进一步地，所述瓷环翻转组合机构包括瓷环夹紧气缸、瓷环翻转气缸、瓷环升降气缸以及机构旋转气缸，瓷环夹紧气缸固定在瓷环翻转气缸的输出端，瓷环翻转气缸可驱动瓷环夹紧气缸翻转，瓷环翻转气缸固定在瓷环升降气缸的输出端，瓷环升降气缸驱动瓷环翻转气缸升降，瓷环升降气缸固定在机构旋转气缸的输出端，机构旋转气缸驱动瓷环升降气缸周向旋转。

进一步地，所述剪力钉组合机构包括剪力钉夹紧气缸、剪力钉回转气缸以及剪力钉升降气缸，剪力钉夹紧气缸固定在剪力钉回转气缸的输出端，剪力钉回转气缸驱动剪力钉夹紧气缸旋转，剪力钉回转气缸固定在剪力钉升降气缸的输出端，剪力钉升降气缸驱动剪力钉回转气缸升降。

进一步地，所述剪力钉瓷环组合工装包括支架以及设置在支架上的剪力钉定位块、瓷环定位套、第一光纤传感器、第二光纤传感器，剪力钉定位块位于瓷环定位套上方，第一光纤传感器用于检测剪力钉组装是否到位，第二光纤传感器用于检测瓷环组装是否到位，第一光纤传感器和第二光纤传感器接入电控系统的信号输入端，电控系统的信号输出端连接剪力钉瓷环安装机器人总成。

本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人的有益效果：

1.本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，采用剪力钉排料机和瓷环振动盘取代3D视觉相机，具有速度快、效率高、精度高的优点，可以连续不断的将剪力钉和瓷环依次排列出来，同时避免了机械手抓取剪力钉和瓷环发生碰撞等问题，极大的降低了维修成本；并且排列机和振动盘可将料框的内剪力钉和瓷环完全排列出来，避免有料剩余。

2.本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，剪力钉和瓷环的抓取采用坐标机械手的形式实现，机构简单可靠，优化了整个流程的工作时间。

3.本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，剪力钉和瓷环的组合采用单独的机构来完成，优化了机器人的工作流程，节拍更短，效率更高。

4.本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，采用了机器人和多机构连续工作的流程，可以有效的利用机器人的节拍，不会造成机器人时间的冗余，极大的提高了生产效率，实现了性价比的最优化。

附图说明

图1是本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人的结构示意图；

图2是本实用新型龙门架的结构示意图；

图3是图2中标号A的放大图；

图4是本实用新型剪力钉瓷环组合工装的结构示意图。

图中：1-瓷环振动盘，2-剪力钉瓷环安装机器人总成，3-遛板，4-移动总成，5-轨道，6-电控系统，7-剪力钉排料机，8-剪力钉焊枪总成，9-龙门升降总成，10-人机交互系统，11-瓷环抓取机构，12-剪力钉瓷环安装工装，13-剪力钉抓取机构，14-剪力钉瓷环组合工装，15-支架，16-瓷环翻转组合机构，17-剪力钉组合机构，18-瓷环翻转气缸，19-瓷环夹紧气缸，20-瓷环升降气缸，21-机构旋转气缸，22-剪力钉升降气缸，23-剪力钉回转气缸，24-剪力钉夹紧气缸，25-剪力钉定位块，26-瓷环定位套，27-第一光纤传感器，28-第二光纤传感器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式对本实用新型的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人做更加详细的描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

参见图1，本实施例的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，包括轨道5和沿轨道5移动的龙门架。

参见图2，龙门架上端设置遛板3、下端设置移动总成4，遛板3沿龙门架移动，遛板3的移动方向与龙门架的移动方向垂直，遛板3上设置瓷环上料机构、剪力钉上料机构、剪力钉瓷环组合工装14、剪力钉瓷环安装机器人总成2、剪力钉焊枪总成8、电控系统6和人机交互系统10；龙门架与移动总成4之间设置龙门升降总成9，龙门升降总成9的作用就是将龙门架的整体高度提升和降低，从而适用于不同高度钢梁箱的焊接。

参见图2-4，瓷环上料机构包括瓷环振动盘1、瓷环抓取机构11、瓷环翻转组合机构16，瓷环振动盘1用于将瓷环排列至待抓取位，瓷环抓取机构11用于抓取瓷环振动盘1上的瓷环并放置于瓷环翻转组合机构16，瓷环翻转组合机构16调整瓷环方向后将瓷环放置于剪力钉瓷环组合工装14上。瓷环翻转组合机构16包括瓷环夹紧气缸19、瓷环翻转气缸18、瓷环升降气缸20以及机构旋转气缸21，瓷环夹紧气缸19固定在瓷环翻转气缸18的输出端，瓷环翻转气缸18可驱动瓷环夹紧气缸19翻转，瓷环翻转气缸18固定在瓷环升降气缸20的输出端，瓷环升降气缸20驱动瓷环翻转气缸18升降，瓷环升降气缸20固定在机构旋转气缸21的输出端，机构旋转气缸21驱动瓷环升降气缸20周向旋转。

参见图4，剪力钉瓷环组合工装14包括支架15以及设置在支架15上的剪力钉定位块25、瓷环定位套26、第一光纤传感器27、第二光纤传感器28，剪力钉定位块25位于瓷环定位套26上方，第一光纤传感器27用于检测剪力钉组装是否到位，第二光纤传感器28用于检测瓷环组装是否到位，第一光纤传感器27和第二光纤传感器28接入电控系统6的信号输入端，电控系统6的信号输出端连接剪力钉瓷环安装机器人总成2。

参见图3，剪力钉上料机构包括剪力钉排料机7、剪力钉抓取机构13、剪力钉组合机构17，剪力钉排料机7用于将剪力钉排列至待抓取位，剪力钉抓取机构13用于抓取剪力钉排料机7上的剪力钉并放置于剪力钉组合机构17，剪力钉组合机构17用于将剪力钉放置于剪力钉瓷环组合工装14上，并将剪力钉与瓷环进行组装。剪力钉组合机构17包括剪力钉夹紧气缸24、剪力钉回转气缸23以及剪力钉升降气缸22，剪力钉夹紧气缸24固定在剪力钉回转气缸23的输出端，剪力钉回转气缸23驱动剪力钉夹紧气缸24旋转，剪力钉回转气缸23固定在剪力钉升降气缸22的输出端，剪力钉升降气缸22驱动剪力钉回转气缸23升降。

参见图2，剪力钉瓷环安装机器人总成2用于抓取组合完成的剪力钉和瓷环并安装在剪力钉焊枪总成8上。

本实用新型的工作原理为：

工作人员将剪力钉和瓷环分别加入剪力排料机7和瓷环振动盘1；剪力钉排料机7依次将剪力钉按需要整齐排列出来至待抓取位；瓷环振动盘1依次将瓷环按所需求的方向依次排列至待抓取位；瓷环抓取机构11抓取从振动盘中排列定位的瓷环放置于瓷环翻转组合机构16；剪力钉抓取机构13抓取从剪力钉排料机排列定位的剪力钉放置于剪力钉组合机构17；瓷环翻转组合机构16根据前端传感器反馈的信号判断瓷环的方向时候正确，如果正确，直接将瓷环放置于瓷环定位套26上；若瓷环方向不正确，瓷环组合机构将瓷环翻转180°，随后将瓷环放置于瓷环定位套26上；瓷环安放完成后，剪力钉组合机构17将剪力钉放置于剪力钉定位块25上，完成剪力钉和瓷环的组合；剪力钉瓷环安装机器人总成2抓取组合完成的剪力钉和瓷环，将其安装于剪力钉焊枪总成8上；安装完成后，剪力钉焊枪总成8向下移动靠近待焊钢板，待伺服电机有力反馈后，启动焊机，完成焊接；焊接完成后，剪力钉焊枪总成8抬起一段距离，移动总成4后退一段距离，剪力钉焊枪总成8继续抬起至原点，移动总成4和遛板3移动至下一焊接位；如此重复抓取、安装的过程，完成整个板面的剪力钉焊接工作。

剪力钉瓷环组合工装14主要功能是完成剪力钉和瓷环组合在一起，其工作原理为：首先，瓷环翻转组合机构将瓷环放置于剪力钉瓷环组合工装上，第二光纤传感器28有信号输出；然后，剪力钉组合机构将剪力钉套入瓷环中，第一光纤传感器27有信号输出，当剪力钉瓷环安装机器人总成2收到两个光纤传感器的信号，并保证其余机构都在安全位时，剪力钉瓷环安装机器人总成2上的剪力钉瓷环安装工装12抓取剪力钉瓷环组合工装14中的剪力钉和瓷环。

瓷环翻转组合机构16主要功能是将瓷环翻转(若前端传感器判断瓷环方向正确则不翻转)并放入剪力钉瓷环组合工装14中，其工作原理为：首先，瓷环夹紧气缸夹紧来自瓷环抓取机构11的瓷环，根据前端传感器的判断是否翻转，若瓷环方向为反，瓷环翻转气缸顺时针翻转180°；然后，机构旋转气缸旋转，将瓷环放入剪力钉瓷环组合工装14中，最后瓷环升降气缸下降，将瓷环放置于瓷环定位套上，随后瓷环夹紧气缸松开，瓷环落下，瓷环升降气缸升起，机构旋转气缸反转回退至原位，瓷环翻转气缸逆时针旋转180°并等待下一步指令。若瓷环方向为正，则瓷环翻转气缸不需翻转，重复上述瓷环夹紧气缸、瓷环升降气缸和机构旋转气缸的动作。

剪力钉组合机构17主要功能是将剪力钉准确的套入剪力钉瓷环组合工装14中的瓷环中，其工作原理为：首先，剪力钉夹紧气缸夹紧来自剪力钉抓取机构13中的剪力钉；然后，剪力钉回转气缸逆时针旋转180°，将剪力钉送入剪力钉瓷环组合工装14中，最后剪力钉升降气缸下降，将剪力钉套入瓷环中，完成剪力钉和瓷环的组合，之后剪力钉夹紧气缸松开，剪力钉升降气缸升起，剪力钉回转气缸顺时针旋转180°回位并等待下一步指令。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中如使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

上文中参照优选的实施例详细描述了本实用新型的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本实用新型理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本实用新型提出的各技术特征、结构进行多种组合，而不超出本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，其特征在于：包括轨道(5)和沿轨道(5)移动的龙门架，所述龙门架上端设置遛板(3)、下端设置移动总成(4)以及龙门升降总成(9)，遛板(3)沿龙门架移动，遛板(3)的移动方向与龙门架的移动方向垂直，遛板(3)上设置瓷环上料机构、剪力钉上料机构、剪力钉瓷环组合工装(14)、剪力钉瓷环安装机器人总成(2)、剪力钉焊枪总成(8)、电控系统(6)和人机交互系统(10)；

所述瓷环上料机构包括瓷环振动盘(1)、瓷环抓取机构(11)、瓷环翻转组合机构(16)，瓷环振动盘(1)用于将瓷环排列至待抓取位，瓷环抓取机构(11)用于抓取瓷环振动盘(1)上的瓷环并放置于瓷环翻转组合机构(16)，瓷环翻转组合机构(16)调整瓷环方向后将瓷环放置于剪力钉瓷环组合工装(14)上；所述剪力钉上料机构包括剪力钉排料机(7)、剪力钉抓取机构(13)、剪力钉组合机构(17)，剪力钉排料机(7)用于将剪力钉排列至待抓取位，剪力钉抓取机构(13)用于抓取剪力钉排料机(7)上的剪力钉并放置于剪力钉组合机构(17)，剪力钉组合机构(17)用于将剪力钉放置于剪力钉瓷环组合工装(14)上，并将剪力钉与瓷环进行组装；

所述剪力钉瓷环安装机器人总成(2)用于抓取组合完成的剪力钉和瓷环并安装在剪力钉焊枪总成(8)上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，其特征在于：所述瓷环翻转组合机构(16)包括瓷环夹紧气缸(19)、瓷环翻转气缸(18)、瓷环升降气缸(20)以及机构旋转气缸(21)，瓷环夹紧气缸(19)固定在瓷环翻转气缸(18)的输出端，瓷环翻转气缸(18)可驱动瓷环夹紧气缸(19)翻转，瓷环翻转气缸(18)固定在瓷环升降气缸(20)的输出端，瓷环升降气缸(20)驱动瓷环翻转气缸(18)升降，瓷环升降气缸(20)固定在机构旋转气缸(21)的输出端，机构旋转气缸(21)驱动瓷环升降气缸(20)周向旋转。

3.根据权利要求1所述的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，其特征在于：所述剪力钉组合机构(17)包括剪力钉夹紧气缸(24)、剪力钉回转气缸(23)以及剪力钉升降气缸(22)，剪力钉夹紧气缸(24)固定在剪力钉回转气缸(23)的输出端，剪力钉回转气缸(23)驱动剪力钉夹紧气缸(24)旋转，剪力钉回转气缸(23)固定在剪力钉升降气缸(22)的输出端，剪力钉升降气缸(22)驱动剪力钉回转气缸(23)升降。

4.根据权利要求1所述的一种适用于连续板面的剪力钉自动焊机器人，其特征在于：所述剪力钉瓷环组合工装(14)包括支架(15)以及设置在支架(15)上的剪力钉定位块(25)、瓷环定位套(26)、第一光纤传感器(27)、第二光纤传感器(28)，剪力钉定位块(25)位于瓷环定位套(26)上方，第一光纤传感器(27)用于检测剪力钉组装是否到位，第二光纤传感器(28)用于检测瓷环组装是否到位，第一光纤传感器(27)和第二光纤传感器(28)接入电控系统的信号输入端，电控系统的信号输出端连接剪力钉瓷环安装机器人总成(2)。

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