专利名称：曲面钢板水火成型机器人的制作方法
技术领域：
一种曲面钢板水火成型机器人，其属于大型复杂曲面钢板加工自动化智能设备。
在现有的造船生产中，从前期的船舶设计，板材号料和下料，到后期的船体装配都已基本实现计算机化，机械化和自动化流水线。而船体复杂曲面钢板水火加工成型工艺仍然凭经验靠手工操作，即由人工使用氧气乙炔火焰进行局部线状加热后用水冷却的方法来完成的，作业工人直接接触火焰和水蒸气，劳动环境恶劣，劳动强度过大。由于有经验的老工人近年来急剧减少，青年工人在短时期内还难以掌握这一复杂技术，所以造成这项技术后继乏人，直接影响各造船厂的生产进度、造船质量和造船周期。
本实用新型的目的在于设计一种曲面钢板水火成型机器人，采用现有的微机控制技术和机械传动相结合，配以相应的控制软件来自动完成行走、测量、调整、喷火和喷水等作业。该装置应结构简单，工作可靠，加工精度高，劳动强度小，能满足各种板材被加工成所要求曲面的自动化作业。
本实用新型的技术解决方案是一种曲面钢板水火成型机器人，它由行走机构、控制器、机械手和控制软件组成，控制器按控制软件控制机器人完成自动行走和机械手的自动操作。机械手沿Y向横梁的移动靠齿形皮带传动；机械手沿Z向调高架的移动靠丝杠传动；Z1机械手和Z2机械手固定在旋转架上可绕X1-X1轴旋转Z1机械手可沿Z1-Z1轴靠丝杠移动，也可沿X2-X2轴靠丝杠移动；Z2机械手只能沿Z2-Z2轴靠丝杠移动。本实用新型的特殊之处在于上述的行走机构由龙门架、4个滚轮和2个X向导轨组成。龙门架由2个立柱和Y向横梁构成，每个立柱下装有座落在X向导轨上的2个滚轮，固定在立柱上的电机驱动与X向导轨侧面齿条啮合的齿轮。上述的Z1机械手和Z2机械手上都装有一个喷火头和4个喷水头。
上述的龙门架沿X向导轨的行程为11～16m；机械手沿Y向横梁的行程为3～6m；机械手沿Z向调高架的行程为0.5～2m；Z1机械手在X1-X1轴上相对于Z2机械手之间的可调行程为200～600mm；Z1机械手在Z1-Z1轴向的可调行程为50～150mm；Z2机械手在Z2-Z2轴向的可调行程也为50～150mm；旋转架可使Z1机械手和Z2机械手以垂直面为基准向左右的可调角度各为45°。
上述技术方案的指导思想是这种曲面钢板水火成型机器人是模仿人工采用火烧水浇让钢板变形后定型成所要求曲面的工作过程，该机器人除了应装备微机控制器和控制软件以外，机器人应行走和操作自如。因此机器人的机械手在三维空间具有4个自由度，即X向、Y向、Z向和绕X1-X1轴旋转。此外，Z1机械手可在Z1-Z1轴和X2-X2轴向微调，Z2机械手也可在Z2-Z2轴向微调，以便于对作业点的精确选控。机器人的行走和机械手的传动采用传统的齿轮齿条传动、齿形皮带传动和丝杠传动，配以减速器、制动器和电机很容易由微机进行精确控制。电驱动的机械传动方式结构简单、工作可靠、造价低廉。机器人的行走行程，机械手的工作行程和微调量，能满足国内外各种型号钢板的加工要求。所以该机器人不仅可用于船舶制造，也可用于大型金属容器的制造、海上油气开发平台的大型支脚的制造和大型钢结构的制造等。
本实用新型的效果在于这种曲面钢板水火成型机器人由于采用微机控制技术和控制软件，机器人的行走和机械手的操作采用机械传动，使其能自动完成行走、测量、调整、喷火和喷水等作业。该机器人结构简单，工作可靠，加工精度高，能满足各种板材被加工成所要求曲面的自动化作业。造船厂使用这种设备不仅能成倍增加该工序的生产量，保证了后续工作船体装配的加工质量，而且能从整体上提高造船速度，为全面实现整船建造的精度控制创造有利的条件。
附图1是一种曲面钢板水火成型机器人的结构示意图。
下面是本实用新型的一个实施例，通过对该实施例的描述和附图给出本实用新型的细节。
图1是一种曲面钢板水火成型机器人的结构示意图。图中，龙门架由2个立柱(1)和Y向横梁(2)构成，每个立柱(1)下装有2个滚轮(3)，滚轮(3)可在X向导轨(4)上滑动，带有制动器和减速器的电机(5)固定在立柱(1)上，电机(5)驱动安装在与X向导轨(4)侧面的齿条(7)啮合的齿轮(6)，龙门架最大行程为13.5m、最大速度为0.2m/s，最大加速度为0.137m/s2在Y向横梁(2)内装有使Z向调高架(8)在Y向移动的齿形皮带传动装置，带制动器和减速器的电机(20)驱动主动皮带轮经齿形皮带让从动皮带轮带动Z向调高架(8)沿Y向横梁(2)的滑道移动，Z向调高架(8)在Y向的最大行程为4.3m、最大速度为0.5m/s，最大加速度为1.237m/s2。
安装在Z向调高架(8)上的机械手由旋转架(11)、Z1机械手(9)和Z2机械手(10)组成，通过带制动器的电机(19)经丝杠可使机械手沿Z向调高架(8)的滑道移动，机械手的Z向最大行程为1.2m，最大速度为0.5m/s，最大加速度为0.851m/s2。
带制动器和减速器的电机(16)经驱动器(21)使旋转架(11)以X1-X1的垂直面为基准向左右的可调角度各为45°。
Z1机械手(9)和Z2机械手(10)都安装在旋转架(11)上。Z1机械手(9)通过电机(18)经丝杠(26)沿2个光杠(25)在Z1-Z1轴向移动，最大行程为96mm；Z1机械手(9)通过步进电机(15)经丝杠(24)沿旋转架(11)上的滑道在X2-X2轴向移动，借以调节2个喷火头(12)之间的距离，调节范围为200～450mm。Z2机械手(10)通过电机(17)经丝杠(23)沿2个光杠(22)在Z2-Z2轴向移动，最大行程为96mm。
在Z1机械手(9)和Z2机械手(10)上都设有一个喷火头(12)和4个喷水头(13)。喷火头(12)使用的丙烷和氧气，喷水头(13)使用的水经安装在阀箱(14)中的电磁阀控制供给。
上述的曲面钢板水火成型机器人由微机控制器按控制软件和输入的加工数据自动行走寻找工作点，然后通过各种传感器对现状进行测量，自动调整机械手的工位，点火对钢板进行无氧加热，边加热边测量钢板的变形，在达到变形要求时喷水冷却使钢板定型。然后机器人自动走到下一个工作点，依此类推。
权利要求1.一种曲面钢板水火成型机器人，它由行走机构、控制器、机械手和控制软件组成，控制器按控制软件控制机器人完成自动行走和机械手的自动操作，机械手沿Y向横梁(2)的移动靠齿形皮带传动，机械手沿Z向调高架(8)的移动靠丝杠传动，Z1机械手(9)和Z2机械手(10)固定在旋转架(11)上，可绕X1-X1轴旋转，Z1机械手(9)可沿Z1-Z1轴靠丝杠移动，也可沿X2-X2轴靠丝杠移动，Z2机械手只能沿Z2-Z2轴靠丝杠移动，本实用新型的特征在于，上述的行走机构由龙门架、4个滚轮(3)和2个X向导轨(4)组成，龙门架由2个立柱(1)和Y向横梁(2)构成，每个立柱(1)下装有座落在X向导轨(4)上的2个滚轮(3)，固定在立柱(1)上的电机(5)驱动与X向导轨(4)侧面齿条(7)啮合的齿轮(6)，上述的Z1机械手(9)和Z2机械手(10)上都装有一个喷火头(12)和4个喷水头(13)。
2.据权利要求1所述的曲面钢板水火成型机器人，其特征在于，上述的龙门架沿X向导轨(4)的行程为11～16m，机械手沿Y向横梁(2)的行程为3～6m，机械手沿Z向调高架(8)的行程为0.5～2m，Z1机械手(9)在X2-X2轴上相对于Z2机械手(10)之间的可调行程为200～600mm，Z1机械手(9)在Z1-Z1轴向的可调行程为50～150mm，Z2机械手(10)在Z2-Z2轴向的可调行程也为50～150mm，旋转架(11)可使Z1机械手(9)和Z2机械手(10)以垂直面为基准向左右的可调角度各为45°。
专利摘要一种曲面钢板水火成型机器人,其属于大型复杂曲面钢板加工自动化智能设备。该机器人由微机控制器、控制软件、行走机构和机械手组成,行走机构和机械手采用机械传动,结构简单,工作可靠,能自动完成行走、测量、调整、点火和喷水等作业,可把各种板材加工成所要求的曲面,加工精度高。该设备不仅广泛应用于船舶制造业,可缩短造船周期,提高造船质量,增强国际上的竞争力,而且深受大型金属容器、海上油气开发平台的大型支脚和大型钢结构制造业的欢迎。
文档编号B25J5/02GK2505244SQ0125085
公开日2002年8月14日 申请日期2001年9月25日 优先权日2001年9月25日
发明者纪卓尚, 刘玉君, 邓燕萍, 金世良, 于文喜, 郭洪仁 申请人:大连理工大学, 大连新船重工有限责任公司