CN212599584U - 弧焊机器人传动机构及焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弧焊机器人传动机构及焊接系统，弧焊机器人传动机构包括减速机构和驱动电机；所述驱动电机为六轴机器人驱动第四轴的电机，六轴机器人的第四轴设置在六轴机器人小臂靠近第三轴的一端；所述减速机构的输出端与六轴机器人的第四轴连接，减速机构的输入端与驱动电机连接；驱动电机与六轴机器人小臂设置在减速机构的同一侧；本发明将六轴机器人第四轴的驱动电机设置在靠近第五轴且远离第三周的一侧，能够使得机器人第三轴位置的关节尽可能打开而不发生干涉，扩大了机器人能够到位的位置的距离，扩大机器人的工作范围。

Description

弧焊机器人传动机构及焊接系统

技术领域

本发明涉及一种工业机器人技术领域，特别是涉及弧焊机器人传动机构，以及应用该弧焊机器人传动机构的焊接系统

背景技术

随着智能制造和中国制造2025战略的推进，机器人行业在制造业得到越来越广泛地应用；同时，随着中国产业升级，人力成本不断上升，机器人产业得到了加速发展，机器人在各行各业的应用迅速推开，具体表现为，工业机器人越来越便宜，其性能越来越好，具体表现在速度更快、重复定位精度更高、更富有柔性。

由于焊接质量受到工人状态的影响明显，且焊接过程中产生大量弧光、烟尘等对人体有害的物质，且焊接操作需要工人掌握熟练技能，培训成本也很高。基于改善工人工作环境，提高焊缝质量的稳定性，降低对焊接工人的依赖性，焊接机器人在工业中得到广泛应用，据国际机器人联合会表示，世界上有50％以上的工业机器人都是用于焊接的。

随着技术的不断发展和对产品要求的不断提高，众多产品的点焊逐渐被缝焊所代替。在弧焊机器人的使用中，由于弧焊的特点，往往需要在焊接过程中添加焊丝，因此相比码垛机器人、装配机器人等工业机器人，弧焊机器人往往还包括送丝装置。

目前六轴工业机器人是常用的弧焊机器人之一，该类六轴机器人的第四轴通常定义为上臂回转或者手腕旋转运动，一般ABB机器人定义为轴4，KUKA机器人定义为A4，FANUC机器人定义为J4，安川机器人定义为R轴，驱动第四轴的驱动装置安装在第四轴出远离工作部的一侧。第四轴的驱动电机通常安装在小臂的末端且远离第五轴的位置，但机器人第三轴运行到极限位置，即机器人小臂和大臂接近成一条直线时，常常会发生第四轴驱动电机的干涉和磕碰，导致机器人工作位置受限。焊接机器人系统还会安装送丝装置，送丝装置的安装位置与机器人第四轴驱动装置的安装位置比较接近，导致机器人小臂和机器人大臂处于一个较小的夹角位置时，即机器人大臂和小臂接近直线位置时，送丝装置与机器人第四轴驱动装置也容易发生干涉，或者操作位置受限，进一步限制或者减小了焊接机器人的工作范围。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种避免机器人第四轴驱动电机与机器人之间发生干涉，扩大机器人工作范围的弧焊机器人传动机构。

本发明采用以下技术方案：一种弧焊机器人传动机构，包括减速机构和驱动电机；所述驱动电机为六轴机器人驱动第四轴的电机，六轴机器人的第四轴设置在六轴机器人小臂靠近第三轴的一端；所述减速机构的输出端与六轴机器人的第四轴连接，减速机构的输入端与驱动电机连接；驱动电机与六轴机器人小臂设置在减速机构的同一侧。

进一步，所述减速机构包括谐波减速机、消隙齿轮和中空齿圈；

所述谐波减速机输入端与驱动电机输出端连接，谐波减速机输出端外套设消隙齿轮；

中空齿圈呈环状，中空齿圈内部套设在六轴机器人的第四轴上，中空齿圈外圆表面设置与消隙齿轮相啮合的齿轮；

或者消隙齿轮与中空齿圈的位置互换。

进一步，还包括送丝装置，所述送丝装置包括送丝机构、送丝导向部和固定部；

送丝导向部一端与送丝机构连接，送丝导向部另端与焊枪连接，送丝导向部中部与固定部连接，固定部固定在在六轴机器人第四轴附近，固定部与小臂分别设置在减速机构的两侧。

进一步，六轴机器人的第四轴中空，第四轴驱动的六轴机器人的小臂中空，送丝导向部经过固定部，送丝导向部穿过中空的第四轴和中空的小臂与焊枪连接。

进一步，所述驱动电机外部设置防护外壳。

所述防护外壳可以是塑料材质，也可以是金属材质。

进一步，所述防护外壳是金属制作的。

进一步，还包括防辐射保护套，所述防辐射保护套套设在与驱动电机连接并外露于六轴机器人外部的线缆外侧。

防辐射保护套是柔软材料制作，例如可用帆布、阻燃布、牛二皮等材料制作；还可以采用内嵌金属纤维的材料制作。

一种焊接系统，所述焊接系统包括上述的弧焊机器人传动机构。

进一步，焊枪设置在六轴机器人的第六轴上，焊枪为熔化极气体保护焊焊枪。

本发明的有益效果：本发明将六轴机器人第四轴的驱动电机设置在靠近第五轴且远离第三周的一侧，能够使得机器人第三轴位置的关节尽可能打开而不发生干涉，扩大了机器人能够到位的位置的距离，扩大机器人的工作范围。

进一步的，谐波减速机、消隙齿轮和中空齿圈的设置使得机器人能够能够保证减速机构传动精度高、传动效率高、承载能力高、运行平稳的特点。

进一步的，送丝装置的设置，使得焊接机器人具备填丝焊的能力，增加了焊接的功能，扩展了设备应用的场合；其次，第四轴的驱动电机设置在靠近第五轴且远离第三周的一侧，避免了驱动电机与送丝装置的干涉以及操作不便，提高机器人的位置可达性和工作范围；此外，送丝导向部在第四轴附近通过固定部固定有利于减小送丝导向部的晃动，减小对焊接过程的影响，进一步保证焊接的质量。

进一步的，驱动电机通过减速机构与第四轴连接，驱动电机的轴线与第四轴的轴线不共线，使得送丝导向部能够穿过中空的第四轴和中空的机器人小臂与焊枪连接，避免焊丝导向部暴露在机器人的外部，以至于在机器人小臂的移动中与零部件及外界环境发生碰撞，影响焊接质量，甚至可能影响设备的安全性。

进一步的，驱动电机外部设置防护外壳，有助于保护驱动电机，避免驱动电机因发生磕碰或者其他而受损。

进一步的，金属制作的防护外壳不仅能在发生磕碰中保护驱动电机，还可以通过金属外壳保护驱动电机免受外界电磁噪音的干扰，保证驱动电机工作的可靠性以及保证机器人的精度。

进一步的，防辐射保护套能够保护线缆外部的橡胶外皮老化，提升机器人设备的可靠性，同时也进一步保障了设备的安全性。

一种焊机系统，包括六轴机器人，六轴机器人第四轴的驱动电机设置在小臂靠近第三轴的一端，且驱动电机与小臂在减速机构的同一侧，提升了六轴机器人的位置的可达性和工作的范围。

进一步的，熔化极气体保护焊具有更快的焊接速度，更高的焊接效率，且熔化极气体保护焊的焊丝从焊枪内部输送，不需在焊枪外部安装送丝机构并送丝，提升焊枪的在狭小位置的焊接可达性。。

附图说明

图1是本发明弧焊机器人传动机构的一种实施例的结构示意图；

图2是图1拆除减速机外壳的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。

六轴机器人是广泛应用的工业机器人，其结构亦是典型结构。为便于更准确地理解本发明内容，结合图1，对六轴机器人的个手臂零件和轴进行定义；六轴机器人从安装固定位置到装夹工作用的部位依次包括底座71、转盘72、大臂73、翻转臂74、小臂4和工作部75，其中底座71固定，底座71用于固定六轴机器人，底座71与转盘72之间设置第一轴，第一轴轴线竖直设置，第一轴使得转盘72可以绕竖直的第一轴旋转；转盘72与大臂73之间设置轴线水平的第二轴，第二轴可以使得大臂73绕轴线水平的第二轴实现翻转；大臂73与翻转臂74之间设置轴线水平的第三轴，第三轴可以使得翻转臂74绕轴线水平的第三轴实现翻转；翻转臂74与小臂4之间设置第四轴，第四轴与第三轴垂直设置，第四轴轴线基本与小臂4的长度延伸方向一致，使得小臂能够绕第四轴旋转，即小臂4能够绕其长度方向旋转，在小臂4远离第四轴的一端设置工作部75，小臂与工作部75之间设置第五轴，工作部能够绕第五轴进行翻转，工作部75自身设置与第五轴垂直的第六轴，第六轴用于工作部75能够发生自转，保证工作部的灵活性。

如图1为本发明机弧焊机器人传动机构的一种实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例包括减速机构1和驱动电机2，所述驱动电机2驱动六轴机器人的第四轴，驱动电机2与第四轴之间设置减速机构1，减速机构1位于小臂4靠近第三轴的一端，小臂4和驱动电机2位于减速机构1的同一侧。

本实施例在使用时，翻转第三轴，使得小臂4逐渐远离大臂73，减速机构1逐渐靠近驱动第三轴的电机。驱动电机2与小臂4设置减速机构1的同侧，即驱动电机2与减速机构1连接，且驱动电机2与驱动第三轴的电机分别位于减速机构1的两侧，避免了小臂4远离大臂73时，驱动电机2会与驱动第三轴的电极发生干涉，或者因驱动电机2与翻转臂74发生干涉，导致六轴机器人的小臂4打开位置受限，同时也限制或缩小了六轴机器人的位置可达性，即缩小了机器人的工作范围。

进一步，减速机构1包括谐波减速机11、消隙齿轮12和中空齿圈13。中空齿圈13呈环状并套设在第四轴上，中空齿圈13与消隙齿轮12啮合；驱动电机2通过谐波减速机11与消隙齿轮12间接连接。

如图2所示，第四轴的轴线与小臂4长度延伸方向基本一致，具体表现为，第四轴的轴线与小臂4长度延伸方向的夹角较小或者为零；作为一种具体的实施方式，第四轴的轴线与小臂4长度延伸方向的夹角为零，通过调整第五轴的位置，可以使得第四轴的轴线与第六轴的轴线重合。驱动电机2的输出轴轴线与第四轴的轴线平行，驱动电机2的输出轴、第四轴之间通过中空齿圈13和消隙齿轮12啮合，驱动电机2的输出轴与消隙齿轮12同轴设置且通过谐波减速机11实现间接连接。谐波减速机11系现有技术，作为一种具体的实施方式，谐波减速机11呈圆柱状，谐波减速机11的内孔与驱动电机2的输出连接并固定，谐波减速机11的外圆套设在消隙齿轮12的内孔中，驱动消隙齿轮12转动，消隙齿轮12通过啮合驱动中空齿圈13，中空齿圈13驱动第四轴转动。作为一种具体的实施方式，消隙齿轮12与中空齿圈13位置互换亦属于本实施例的保护范围。

作为一种具体的实施方式，消隙齿轮12是两个相同的薄齿轮，通过安装将两个薄齿轮进行错位，两个错位的薄齿轮能与且啮合的中空齿圈13啮合，且保证消隙齿轮12与中空齿圈13之间无间隙，保证齿轮传动时不存在因齿与齿之间的间隙导致正反向运动切换时因齿间间隙形成行程差，使得运动滞后于指令信号。消隙齿轮12能够保证第四轴及时响应指令信号，保证六轴机器人的精度。作为一种具体的实施方式，消隙齿轮12的两个薄齿轮之间的错位可通过安装弹簧实现，即通过两个薄齿轮相互间施加一个扭矩实现。作为一种具体的实施方式，消隙齿轮12可以是斜齿轮，通过改变消隙齿轮12的两个薄齿轮之间的间距，使得两个薄齿轮的螺旋线错位，且消隙齿轮12的两个齿面分别中空齿圈13的两个齿面贴合。消隙齿轮12亦可通过其他消除间隙的方式实现消隙齿轮12与中空齿圈13之间的间隙，采用消隙齿轮12的构思消除齿轮传动的间隙的方案均属本发明的保护范围。

进一步，还包括送丝装置3，所述送丝装置3包括送丝机构31、送丝导向部32和固定部33。固定部33设置在靠近六轴机器人第四轴的位置，但固定部33与小臂4分别位于减速机构1的两侧。

如图1所示，本实施例在使用时，送丝机构31设置在转盘72上，送丝机构31与送丝导向部32连接，送丝机构31驱动焊丝从焊丝盘中离开，离开焊丝盘的焊丝经送丝机构31驱动后进入送丝导向部32向焊枪运动。作为一种具体的实施方式，送丝导向部32可以是送丝管或者焊丝管；在送丝导向部32中间的一处与固定部33固定，固定部33固定在靠近第四轴的位置，且固定部33与小臂4分别位于减速机构1的两侧。作为一种具体的实施方式，如图1所示，固定部33是一个支架，固定部33一端与驱动第三轴的电机位置相对固定，固定部33的另一端固定送丝导向管的中部，此时固定部33相对减速机构1的位置也是固定的，保证焊丝在本实施例应用时更加不易晃动，同时也可以让六轴机器人在进行位姿变化时，避免焊丝不受约束晃动或者摆动，提升了对设备及周边人和环境的安全，有利于减小焊丝晃动对焊接质量的影响。

作为一种具体的实施方式，固定部33安装在靠近第四轴的位置，具体可以包括两种设置方式中的一种：一种是焊丝导向部32通过机器人的外部延伸至工作部75处夹持的焊枪位置，给焊接熔池输送焊丝，该种方式主要应用在非熔化极气体保护焊中，例如氩弧焊；第二种方式，如图1所示，机器人的第四轴中空设置，机器人的小臂中空设置，焊枪相关管路，包括气路和冷却水路经过中空的第四轴和中空的小臂延伸至工作部75位置处焊枪，焊丝通过第四轴和小臂中孔位置向焊枪输送，该种方式主要应用在熔化极气体保护焊中，

如图1所示，送丝机构31设置在转盘72上，固定设置在驱动第三轴的电机处。由于送丝机构31随转盘72转动，第二轴动作会引起送丝机构31与固定部33位置间的变化，但变化幅度有限，仅第二轴在翻转方向上的动作会导致送丝机构31与固定部33相对位置的变化，此时送丝导向部32的影响有限。送丝导向部32经中间设置圆孔的第四轴进入中空的小臂4内部，并沿着小臂4的长度方向达到焊枪。将固定部33与焊枪间的焊丝设置在小臂4内部，可将因机器人动作带来的送丝导向部动作限制到最小，提高设备及环境安全性。

作为一种具体的实施方式，焊丝导向部32可以是焊丝管。其中焊丝导向部32可以是整根连续的，固定部33在焊丝导向部32中间将焊丝导向部32固定。作为一种具体的实施，焊丝导向部32也可以包括两段，其中一段焊丝导向部32的两端分别与送丝机构31与固定部33固定，另一段焊丝导向部32的两段分别与固定部33和焊枪固定。将焊丝导向部32分割为两段或者多段，将固定部33设置在其中两段焊丝导向部32之间，等同于送丝导向部32中部与固定部33连接的技术方案。

进一步，驱动电机2的外部设置防护外壳5。

驱动电机2外部设置防护外壳5可以保护驱动电机2。防护外壳可以是薄壁零件制作的壳体，当发生碰撞是，薄壁零件的柔性比较大，不易发生损坏。

作为一种具体的实施方式，防护外壳5采用金属材料制作。防护外壳5系金属外壳，金属外壳可以形成电磁屏蔽，降低或者消除驱动电机2受外界的干扰，比如电磁干扰。当六轴机器人开始弧焊作业时，金属材料的防护外壳可以保护驱动电机2免受电弧信号的电磁干扰，确保六轴机器人的准确动作和定位。

进一步，在与驱动电机2连接并外露于六轴机器人的线缆外侧可以设置防辐射保护套6。

作为一种具体的实施方式，防辐射保护套6套设在与驱动电机2连接并外露于六轴机器人的线缆外，具体的防辐射保护套6可以是管状材料；防辐射保护套6也可以采用平面材料缠绕在上述线缆外侧，具体的可以采用柔软材料制作，例如可用帆布、阻燃布、牛二皮等材料制作；作为一种具体的实施方式，防辐射保护套6还可以采用内嵌金属纤维的材料制作。

防辐射保护套6能够有效保护线缆避开焊接电弧的弧光，防止线缆外部的橡胶因长期在焊接电弧的作用下加速老化失效，提高机器人的使用使用，降低维保成本。

图1是本发明焊接系统的一种实施例的示意图，该实施例包括六轴机器人、焊接电源、送丝装置3和焊枪，焊枪设置在六轴机器人的工作部75上，焊枪与送丝装置3连接，焊枪通过线缆与焊接电源连接，焊接电源与六轴机器人的控制柜联动。

本实施例在使用时，当六轴机器人的工作部75将焊枪调整到指定位姿，启动焊接电源，送丝装置3给焊枪位置输送焊丝用于。本实施例中，由于驱动电机2与六轴机器人的小臂4设置在减速机构1的同一侧，避免了驱动电机2与六轴机器人可能发生的干涉，包括驱动电机2与驱动第三轴的电机之间的干涉，以及驱动电机2与翻转臂74之间的干涉。

进一步的，送丝装置3包括送丝机构31、送丝导向部32和固定部33。送丝机构由于驱动焊丝前进或者后退，送丝导向部32由于给运动的焊丝导向，固定部33用于在靠近第四轴的位置固定送丝导向部32。驱动电机2与六轴机器人的小臂4设置在减速机构1的同一侧，还可以避免驱动电机2与固定部33发生干涉，扩大机器人的位置可达性。

进一步的，所述焊枪为熔化极气体保护焊焊枪。

本实施例在使用时，焊丝经过送丝导向部进入熔化极气体保护焊焊枪内部，并从熔化极气体保护焊焊枪的喷嘴中穿出并参与工作。熔化极气体保护焊，可以避免像填丝工艺的氩弧焊焊接，将焊丝设置在焊枪外部，从焊枪侧面送丝并添加焊丝，将焊接接头对从焊枪外部填丝造成的干涉可能性降低，确保熔化极气体保护焊焊枪的的可达性，并尽可能扩大六轴机器人的工作覆盖范围。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种弧焊机器人传动机构，其特征在于，包括减速机构(1)和驱动电机(2)；所述驱动电机(2)为六轴机器人驱动第四轴的电机，六轴机器人的第四轴设置在六轴机器人小臂(4)靠近第三轴的一端；所述减速机构(1)的输出端与六轴机器人的第四轴连接，减速机构(1)的输入端与驱动电机(2)连接；驱动电机(2)与六轴机器人小臂(4)设置在减速机构(1)的同一侧。

2.根据权利要求1所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，所述减速机构(1)包括谐波减速机(11)、消隙齿轮(12)和中空齿圈(13)；

所述谐波减速机(11)输入端与驱动电机(2)输出端连接，谐波减速机(11)输出端外套设消隙齿轮(12)；

中空齿圈(13)呈环状，中空齿圈(13)内部套设在六轴机器人的第四轴上，中空齿圈(13)外圆表面设置与消隙齿轮(12)相啮合的齿轮；

或者消隙齿轮(12)与中空齿圈(13)的位置互换。

3.根据权利要求2所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，还包括送丝装置(3)，所述送丝装置(3)包括送丝机构(31)、送丝导向部(32)和固定部(33)；

送丝导向部(32)一端与送丝机构(31)连接，送丝导向部(32)另端与焊枪连接，送丝导向部(32)中部与固定部(33)连接，固定部(33)固定在六轴机器人第四轴附近，固定部(33)与小臂(4)分别设置在减速机构(1)的两侧。

4.根据权利要求3所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，六轴机器人的第四轴中空，第四轴驱动的六轴机器人的小臂(4)中空，送丝导向部(32)经过固定部(33)，送丝导向部(32)穿过中空的第四轴和中空的小臂(4)与焊枪连接。

5.根据权利要求3所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，所述驱动电机(2)外部设置防护外壳(5)。

6.根据权利要求5所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，所述防护外壳(5)是金属制作的。

7.根据权利要求3所述的弧焊机器人传动机构，其特征在于，还包括防辐射保护套(6)，所述防辐射保护套(6)套设在与驱动电机(2)连接并外露于六轴机器人外部的线缆外侧。

8.一种焊接系统，其特征在于，所述焊接系统包括权利要求1至7中任一权利要求所述的弧焊机器人传动机构。

9.根据权利要求8所述的焊接系统，其特征在于，焊枪设置在六轴机器人的第六轴上，焊枪为熔化极气体保护焊焊枪。

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