CN220612776U - 适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，在该机器人焊接工作站中，外部轴机构包括至少两个三维移动机构，每个三维移动机构通过一块直线保持护板与旋转中心立柱连接，保证了每个三维移动机构围绕同一轴旋转。所述焊接平台上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域，每个三维移动机构的末端均安装有协作机器人，每个镂空区域即为每个协作机器人的工作区域，至少两个协作机器人可实现相互独立工作，互不干涉，提高了焊接效率。并且，每个协作机器人可通过三维移动机构实现三维空间运动，焊接角度、焊接运动方向可根据需要进行调整，可实现多类型焊缝的焊接。

Description

适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站

技术领域

本实用新型涉及盾构机刀盘焊接技术领域，特别地，涉及一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站。

背景技术

由于地质条件复杂、施工要求不同，单一类型刀盘难以满足不同地质条件下的掘进工作，刀盘的尺寸、结构需要针对不同工况进行定制，属于典型的非标产品。目前的盾构机刀盘常采用人工焊接，由于盾构机刀盘由多块厚板拼接组焊形成，焊缝数量、种类多，焊接工作量大，存在焊接生产率低、人员劳动强度大等问题，并且，盾构机刀盘作为盾构机重要部件，其焊接质量要求较高，需要具有丰富焊接经验的焊接工人进行焊接，但是目前具有丰富焊接经验的焊接工人较少，限制了刀盘的生产效率。为了提高生产效率、改善作业环境，现在已经开发出了刀盘焊接专机和刀盘焊接工作站。

但是，焊接专机仅可以对刀盘的特定类型、特定部位的焊缝进行焊接，对焊缝要求较高，使用工况有限，对焊接效率的提升甚微。而目前的焊接工作站采用外部轴加焊枪的模式，单个或多个焊枪倒装/侧装在外部轴上，当前区域焊接结束后，通过移动外部轴将焊枪移动待焊接区域进行焊接，以此循环，直至全部焊缝焊接完成，由于多个焊枪之间彼此制约，需等最后一台焊枪焊接结束后才可以控制外部轴进行整体移动，焊接效率较低。此外，由于焊枪固定在外部轴上，焊接角度单一、焊接运动方向单一，仅可以焊接简单的直线型焊缝，焊接类型单一，并且由于焊枪之间相互约束，不可以同时进行立焊与横/平焊，实用性不高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，解决了现有的刀盘焊接工作站存在的焊接效率低的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，包括位于待焊接刀盘上方的焊接平台，所述焊接平台上设置有外部轴机构，所述外部轴机构包括旋转中心立柱、至少两块直线保持护板和至少两个三维移动机构，每块直线保持护板的两端分别与旋转中心立柱和一个三维移动机构连接，每个三维移动机构的末端安装有协作机器人，所述焊接平台上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域。

进一步地，所述三维移动机构包括内环导轨、外环导轨、径向导轨和竖向导轨，所述内环导轨和外环导轨设置在所述焊接平台上且分别位于镂空区域的内侧和外侧，所述径向导轨与直线保持护板连接，且所述径向导轨的首尾两端分别与所述内环导轨和外环导轨滑动连接，所述径向导轨可在所述内环导轨和外环导轨形成的扇形区域内进行周向滑动，所述竖向导轨安装在所述径向导轨上，且所述竖向导轨相对于所述径向导轨可进行上下滑动和径向滑动，所述协作机器人倒装在所述竖向导轨的末端。

进一步地，所述径向导轨的首端与所述内环导轨之间设置有支撑滑轮，所述径向导轨的尾端与外环导轨之间设置有第一驱动机构；或者，所述径向导轨的首端与所述内环导轨之间设置有第一驱动机构，所述径向导轨的尾端与外环导轨之间设置有支撑滑轮。

进一步地，所述第一驱动机构包括旋转动力源和齿轮，所述旋转动力源安装在所述径向导轨的底部，所述齿轮安装在所述旋转动力源的驱动轴上，所述内环导轨或外环导轨的侧壁为齿条，所述齿轮与齿条啮合。

进一步地，所述旋转动力源的底部还设置有小滑轮，所述小滑轮贴合在所述内环导轨或外环导轨的顶面上。

进一步地，所述外部轴机构包括三块直线保持护板和三个三维移动机构，每块直线保持护板的一端通过一个旋转轴承与所述旋转中心立柱连接，另一端与三维移动机构连接。

进一步地，所述外部轴机构包括呈上下依次设置的上直线保持护板、中直线保持护板和下直线保持护板，所述中直线保持护板为一段式直线形结构，所述上直线保持护板和下直线保持护板为两段式直线形结构，所述上直线保持护板和下直线保持护板靠近所述旋转中心立柱的一端采用了避让式结构，以防止相邻直线保持护板在运动过程中出现干涉。

进一步地，工作站包括一号工位和二号工位，且工作站的地面铺设有地轨，所述焊接平台通过地轨驱动机构在一号工位和二号工位之间来回移动。

进一步地，所述焊接平台上还安装有距离传感器，用于检测所述焊接平台的移动距离。

进一步地，所述焊接平台包括多根支撑柱和二层平台，所述二层平台安装在多根支撑柱上，所述外部轴机构安装在所述二层平台上。

本实用新型具有以下效果：

本实用新型的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站中，外部轴机构包括至少两个三维移动机构，每个三维移动机构通过一块直线保持护板与旋转中心立柱连接，保证了每个三维移动机构围绕同一轴旋转。所述焊接平台上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域，每个三维移动机构的末端均安装有协作机器人，每个镂空区域即为每个协作机器人的工作区域，至少两个协作机器人可实现相互独立工作，互不干涉，提高了焊接效率。并且，每个协作机器人可通过三维移动机构实现三维空间运动，焊接角度、焊接运动方向可根据需要进行调整，可实现多类型焊缝的焊接。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施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。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站的结构示意图。

图2是本实用新型优选实施例的焊接平台的结构示意图。

图3是本实用新型优选实施例的外部轴机构的结构示意图。

图4是本实用新型优选实施例的三块直线保持护板与旋转中心立柱连接的结构示意图。

图5是本实用新型优选实施例的三维移动机构的结构示意图。

图6是本实用新型优选实施例的径向导轨与外环导轨之间的驱动结构示意图。

图7是本实用新型优选实施例的协作机器人倒装在竖向导轨上的结构示意图。

附图标记说明

1、焊接平台；2、外部轴机构；3、协作机器人；4、一号工位；5、二号工位；6、距离传感器；21、旋转中心立柱；22、直线保持护板；23、内环导轨；24、外环导轨；25、径向导轨；26、竖向导轨；261、双轴驱动机构；262、拖拽传感器；27、支撑滑轮；28、第一驱动机构；281、旋转动力源；282、齿轮；283、小滑轮；221、上直线保持护板；222、中直线保持护板；223、下直线保持护板；11、支撑柱；12、二层平台；13、焊接设备；14、防护围栏；15、楼梯；16、控制面板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

可以理解，如图1至图7所示，本实用新型的优选实施例提供一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，包括位于待焊接刀盘上方的焊接平台1，所述焊接平台1上设置有外部轴机构2，所述外部轴机构2包括旋转中心立柱21、至少两块直线保持护板22和至少两个三维移动机构，每块直线保持护板22的两端分别与旋转中心立柱21和一个三维移动机构连接，每个三维移动机构的末端安装有协作机器人3，所述焊接平台1上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域。其中，所述旋转中心立柱21位于所述焊接平台1的中央，所述旋转中心立柱21上设置有至少两个旋转轴承，每块直线保持护板22通过一个旋转轴承与所述旋转中心立柱21连接。

可以理解，本实施例的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站中，外部轴机构2包括至少两个三维移动机构，每个三维移动机构通过一块直线保持护板22与旋转中心立柱21连接，保证了每个三维移动机构围绕同一轴旋转。所述焊接平台1上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域，每个三维移动机构的末端均安装有协作机器人3，每个镂空区域即为每个协作机器人3的工作区域，至少两个协作机器人3可实现相互独立工作，互不干涉，提高了焊接效率。并且，每个协作机器人3可通过三维移动机构实现三维空间运动，焊接角度、焊接运动方向可根据需要进行调整，可实现多类型焊缝的焊接。

可以理解，所述三维移动机构包括内环导轨23、外环导轨24、径向导轨25和竖向导轨26，所述内环导轨23和外环导轨24设置在所述焊接平台1上且分别位于镂空区域的内侧边缘处和外侧边缘处，所述内环导轨23和外环导轨24形成一个扇形区域。所述径向导轨25与直线保持护板22连接，具体地，所述直线保持护板22的尾端与所述径向导轨25的中部固定连接，且所述径向导轨25的首尾两端分别与所述内环导轨23和外环导轨24滑动连接，所述径向导轨25可在所述内环导轨23和外环导轨24形成的扇形区域内进行周向滑动。所述竖向导轨26安装在所述径向导轨25上，且所述竖向导轨26相对于所述径向导轨25可进行上下滑动和径向滑动，所述协作机器人3倒装在所述竖向导轨26的末端。其中，所述竖向导轨26通过双轴驱动机构261安装在所述径向导轨25上，所述双轴驱动机构261既可以为竖向导轨26进行径向滑动提供驱动力，又可以为竖向导轨26进行上下滑动提供驱动力。可以理解，所述双轴驱动机构261属于现有常用的驱动机构，具体结构不再赘述，例如所述双轴驱动机构261由伺服电机、减速器和传动组件组成，伺服电机通过减速器与传动组件连接，传动组件的一个输出端与所述竖向导轨26滑动连接，另一个输出端则与所述径向导轨25滑动连接，其中，减速器也可以省略。

可选地，所述径向导轨25的首端与所述内环导轨23之间设置有支撑滑轮27，所述径向导轨25的尾端与外环导轨24之间设置有第一驱动机构28；或者，所述径向导轨25的首端与所述内环导轨23之间设置有第一驱动机构28，所述径向导轨25的尾端与外环导轨24之间设置有支撑滑轮27。作为优选的，所述径向导轨25的首端与所述内环导轨23之间设置有支撑滑轮27，所述径向导轨25的尾端与外环导轨24之间设置有第一驱动机构28。其中，所述支撑滑轮27和第一驱动机构28均安装在所述径向导轨25的底部，支撑滑轮27负责辅助支撑，不提供驱动力，驱动力由第一驱动机构28提供，通过第一驱动机构28驱动所述径向导轨25进行周向滑动。当然，在其它实施例中，也可以在所述径向导轨25的首端与所述内环导轨23之间、所述径向导轨25的尾端与外环导轨24之间均设置驱动机构，由两个驱动机构共同驱动径向导轨25进行周向滑动。其中，所述第一驱动机构28包括旋转动力源281和齿轮282，所述旋转动力源281安装在所述径向导轨25的底部，所述齿轮282安装在所述旋转动力源281的驱动轴上，所述内环导轨23或外环导轨24的侧壁为齿条，所述齿轮282与齿条啮合，从而驱动径向导轨25进行周向滑动。另外，所述旋转动力源281可以采用旋转电机或者液压马达，优选采用伺服电机。

可选地，所述旋转动力源281的底部还设置有小滑轮283，所述小滑轮283贴合在所述内环导轨23或外环导轨24的顶面上，一方面可以起到辅助支撑作用，另一方面还可以减小旋转动力源281与内环导轨23或外环导轨24的顶面之间的滑动摩擦力。

可选地，所述外部轴机构2包括三块直线保持护板22和三个三维移动机构，每块直线保持护板22的一端通过一个旋转轴承与所述旋转中心立柱21连接，另一端与三维移动机构连接，通过三个三维移动机构和三个协作机器人3可以基本全覆盖刀盘的焊接区域，同时可以实现成本最小化。当然，在其它实施例中，也可以将直线保持护板22、三维移动机构和协作机器人3的数量设置为四个、五个甚至更多个，但成本也会相应地增加。具体地，所述外部轴机构2包括呈上下依次设置的上直线保持护板221、中直线保持护板222和下直线保持护板223，上直线保持护板221通过上旋转轴承与旋转中心立柱21连接，中直线保持护板222通过中旋转轴承与旋转中心立柱21连接，下直线保持护板223通过下旋转轴承与旋转中心立柱21连接，三个旋转轴承之间相互独立。所述中直线保持护板222为一段式直线形结构，所述上直线保持护板221和下直线保持护板223为两段式直线形结构，所述上直线保持护板221和下直线保持护板223靠近所述旋转中心立柱21的一端采用了避让式结构，以防止相邻直线保持护板22在运动过程中出现干涉。其中，避让式结构为台阶式避让结构，所述上直线保持护板221的台阶向下避让，所述下直线保持护板223的台阶向上避让，所述上直线保持护板221和下直线保持护板223远离旋转中心立柱21的直线段与所述中直线保持护板222位于同一高度。

可选地，所述协作机器人3本身具有拖拽示教功能，可以实现快速编程，另外，所述竖向导轨26的末端还安装有拖拽传感器262，可以实现拖拽外部轴功能。

可选地，工作站包括一号工位4和二号工位5，且工作站的地面铺设有地轨，所述焊接平台1通过地轨驱动机构在一号工位4和二号工位5之间来回移动。当其中一个工位作为焊接工位时，另一个工位则可以作为上下料工位，使得焊接作业与上下料作业相互独立，有利于提高焊接效率和作业稼动率。另外，所述焊接平台1上还安装有距离传感器6，用于检测所述焊接平台1的移动距离。

可以理解，焊接平台1在两个工位之间的转换为一键式触发，转换过程中无需人为参与，若遇到紧情况，可通过急停按钮进行紧急制动。工位转换时，焊接平台1通过地轨驱动机构首先加速，加速度(与移动方向相同)不断增加，当距离传感器6检测到焊接平台1移动了指定距离时，取消加速，焊接平台1保持匀速运动，当距离传感器6检测到焊接平台1达到减速位置时开始减速，加速度(与移动方向相反)不断增加，到达指定停止位置时，抱闸制动。此外，距离传感器6检测到前方有物体阻挡时，焊接平台1可以自动紧急制动。其中，所述地轨驱动机构为现有技术，在此不再赘述，例如所述地轨驱动机构由步进电机、减速器和传动组件构成，步进电机通过减速器与传动组件连接，传动组件的动力输出端与焊接平台1连接。其中，所述距离传感器6可以采用激光传感器或者超声波传感器。

可以理解，所述焊接平台1包括多根支撑柱11和二层平台12，所述二层平台12安装在多根支撑柱11上，所述外部轴机构2安装在所述二层平台12上，可以实现协作机器人3的大范围移动，拓展作业空间，实现对不同高度、不同直径的盾构机刀盘进行焊接。所述距离传感器6则安装在支撑柱11下方靠近地轨的位置，所述地轨驱动机构则安装在所述支撑柱11上。另外，二层平台12上还设置有焊接设备13，包括电气柜、机器人控制柜、焊机等，焊接设备13放置在相邻扇形区域之间的非工作区域内。另外，所述二层平台12的边缘以及每个扇形区域的外围均设置有防护围栏14，防止设备滑动和保护人员安全。另外，所述二层平台12的边缘处还安装有具有伸缩功能的楼梯15，旁边的支撑柱11则上安装有控制面板16，安装或调试设备时，可以通过操作控制面板16将楼梯15放下，工作人员通过楼梯15前往二层平台12，在楼梯15不需要使用时则通过操作控制面板16使其向上收缩，防止无关人员攀爬。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，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 (10)

1.一种适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，包括位于待焊接刀盘上方的焊接平台(1)，所述焊接平台(1)上设置有外部轴机构(2)，所述外部轴机构(2)包括旋转中心立柱(21)、至少两块直线保持护板(22)和至少两个三维移动机构，每块直线保持护板(22)的两端分别与旋转中心立柱(21)和一个三维移动机构连接，每个三维移动机构的末端安装有协作机器人(3)，所述焊接平台(1)上对应每个三维移动机构的移动范围设置有镂空区域。

2.如权利要求1所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述三维移动机构包括内环导轨(23)、外环导轨(24)、径向导轨(25)和竖向导轨(26)，所述内环导轨(23)和外环导轨(24)设置在所述焊接平台(1)上且分别位于镂空区域的内侧和外侧，所述径向导轨(25)与直线保持护板(22)连接，且所述径向导轨(25)的首尾两端分别与所述内环导轨(23)和外环导轨(24)滑动连接，所述径向导轨(25)可在所述内环导轨(23)和外环导轨(24)形成的扇形区域内进行周向滑动，所述竖向导轨(26)安装在所述径向导轨(25)上，且所述竖向导轨(26)相对于所述径向导轨(25)可进行上下滑动和径向滑动，所述协作机器人(3)倒装在所述竖向导轨(26)的末端。

3.如权利要求2所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述径向导轨(25)的首端与所述内环导轨(23)之间设置有支撑滑轮(27)，所述径向导轨(25)的尾端与外环导轨(24)之间设置有第一驱动机构(28)；或者，所述径向导轨(25)的首端与所述内环导轨(23)之间设置有第一驱动机构(28)，所述径向导轨(25)的尾端与外环导轨(24)之间设置有支撑滑轮(27)。

4.如权利要求3所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述第一驱动机构(28)包括旋转动力源(281)和齿轮(282)，所述旋转动力源(281)安装在所述径向导轨(25)的底部，所述齿轮(282)安装在所述旋转动力源(281)的驱动轴上，所述内环导轨(23)或外环导轨(24)的侧壁为齿条，所述齿轮(282)与齿条啮合。

5.如权利要求4所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述旋转动力源(281)的底部还设置有小滑轮(283)，所述小滑轮(283)贴合在所述内环导轨(23)或外环导轨(24)的顶面上。

6.如权利要求1所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述外部轴机构(2)包括三块直线保持护板(22)和三个三维移动机构，每块直线保持护板(22)的一端通过一个旋转轴承与所述旋转中心立柱(21)连接，另一端与三维移动机构连接。

7.如权利要求6所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述外部轴机构(2)包括呈上下依次设置的上直线保持护板(221)、中直线保持护板(222)和下直线保持护板(223)，所述中直线保持护板(222)为一段式直线形结构，所述上直线保持护板(221)和下直线保持护板(223)为两段式直线形结构，所述上直线保持护板(221)和下直线保持护板(223)靠近所述旋转中心立柱(21)的一端采用了避让式结构，以防止相邻直线保持护板(22)在运动过程中出现干涉。

8.如权利要求1所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，工作站包括一号工位(4)和二号工位(5)，且工作站的地面铺设有地轨，所述焊接平台(1)通过地轨驱动机构在一号工位(4)和二号工位(5)之间来回移动。

9.如权利要求8所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊接平台(1)上还安装有距离传感器(6)，用于检测所述焊接平台(1)的移动距离。

10.如权利要求1所述的适用于盾构机刀盘的机器人焊接工作站，其特征在于，所述焊接平台(1)包括多根支撑柱(11)和二层平台(12)，所述二层平台(12)安装在多根支撑柱(11)上，所述外部轴机构(2)安装在所述二层平台(12)上。