专利名称：悬挂式接管焊接机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种工业焊接机器人，特别是涉及一种用于筒体、椭球冠、 球冠和锥体的接管相贯线焊接机器人。
(二)
背景技术：
目前接管焊接机器人多采用三爪或四爪卡盘进行装卡，装卡在被焊接接管 上，极易受焊接产生的热量传导至卡盘使其因热变形而卡死，致使卡盘难以拆 卸；卡管式焊接机器人在接管分布紧密的焊接中，焊接作业空间严重受限，同 时卡管式焊接机器人因自身结构的安装方式给操作工人留下的作业空间也非常 小，不利于操作人员的实时观察和操作；使用三爪或者四爪卡盘的卡管式焊接 机器人对方管、椭圆管、锥管和其他不规则接管焊接的装卡难以实现，从而无 法实现装卡进行焊接；实践中急需一种便于工人观察和操作、能避免卡盘因焊 接受热而卡死和能适应不同形状接管焊接的机器人。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够适应不同管端形状接管焊接，能提高工作 效率、保证焊接质量和有效地降低工人劳动强度的悬挂式接管焊接机器人。 本发明的目的是这样实现的
由电气滑环部分、旋转机构、伸縮机构、升降机构、摆动机构和手动升降 调整机构构成，旋转机构由固定部分和旋转部分组成，旋转机构的固定部分作 为悬挂式机器人的基座固定在十字臂横臂的端部，旋转机构的旋转部分安装在 回转支承的外齿圈上，伸縮机构安装在旋转机构的旋转部分上，升降机构安装 在伸縮机构上，手动升降调整机构安装在升降机构上，摆动机构安装在手动升 降调整机构上，电气滑环两端分别安装在旋转机构相对旋转的两部分上。
本发明还可以包括这样一些结构特征
1、所述旋转机构的构成包括大挂架9、回转支承32、旋转方框IO、伺服 电机6、减速器7、支架8、旋转小齿轮31和激光器38;旋转机构的固定部分 为大挂架9固定在十字臂横臂的端部，回转支承32内圈安装在大挂架9下部；
旋转机构的旋转部分安装在回转支承32外齿圈上的旋转方框10可相对固定部 分转动，伺服电机6与减速器7通过支架8安装在大挂架上，安装在减速器7 输出轴上的旋转小齿轮31与回转支承32外齿圈啮合；激光器38安装于旋转方 框10下端，并使激光器38发出的激光束与旋转机构的旋转中心同心。
2、 所述伸縮机构的构成包括伸縮臂ll、滚珠丝杠37、直线滑轨12、步 进电机33、减速器34、滚珠丝杠支架36、丝杠螺母41、联轴器35、伸縮移动 块43、两臂连接块42、滑块16和滑块17;伸縮臂11一端安装于旋转方框10 下端的侧面，使伸缩轴轴心与旋转机构的旋转中心垂直；步进电机33和减速器 34安装于伸縮臂11 一端，滚珠丝杠支架36固定在伸缩臂11内壁上，滚珠丝 杠37 —端通过角接触球轴承安装于滚珠丝杠支架36，并通过联轴器35与减速 器34输出轴连接；直线滑轨12固定在伸縮臂11外壁上，滚珠丝杠37上的丝 杠螺母41安装于伸縮移动块43，并通过伸縮移动块43与直线滑轨12上的滑 块16和滑块17相连接；两臂连接块42安装在伸縮移动块43上，通过滚珠丝 杠37上的丝杠螺母41驱动安装在滑块16和滑块17上伸縮移动块43和两臂连 接块42 —起沿着直线滑轨12移动。
3、 所述升降机构的构成包括升降臂15、滚珠丝杠44、直线滑轨18、步 进电机13、减速器14、滚珠丝杠支架40、丝杠螺母45、联轴器39、升降连接 块19、滑块21和滑块27;升降臂15—端安装于两臂连接块42，并使伸縮臂 11和升降臂15互相垂直，升降驱动装置即步进电机13和减速器14安装于升 降臂15上端，滚珠丝杠支架40固定在升降臂15内壁上，滚珠丝杠44一端通 过角接触球轴承安装于滚珠丝杠支架40，并通过联轴器39与减速器14输出轴 连接；直线滑轨18固定在升降臂15外壁上，滚珠丝杠44上的丝杠螺母45安 装于升降连接块19，并通过升降连接块19与直线滑轨18上的滑块21和滑块 27相连接，通过滚珠丝杠44上的丝杠螺母45驱动安装在滑块21和滑块27上 的升降连接块19沿着直线滑轨18移动。
4、 所述手动升降调整机构的构成包括齿条管46、升降调整小齿轮24、 手轮25、键20、末端连接块28、螺钉23、螺钉26和夹持器22;所述手动升 降调整机构安装于升降连接块19，即夹持器22安装在升降连接块19上，并使 齿条管46运动方向与升降臂15运动方向相同，齿条管46安装在夹持器22的
孔中，同时齿条管46通过自身上的长键槽和固定在夹持器22孔中的键20相配 合，升降调整小齿轮24通过轴承安装在夹持器22上，手轮25与升降调整小齿 轮24为固定连接，在齿条管46下端安装末端连接块28。
5、 所述摆动机构的构成包括步进电机30、涡轮蜗杆减速器29、夹枪器 47和焊枪48;涡轮蜗杆减速器29安装于末端连接块28，涡轮蜗杆减速器29 输入轴处安装步进电机30，涡轮蜗杆减速器输出轴安装夹枪器47，焊枪48安 装在夹枪器47孔中。
6、 所述电气滑部分的构成包括壳14、壳H5、端盖l、心轴2、和滑环 3;壳II5下端固定在大挂架9上，壳I4下端通过与壳II5上端的固定连接而 间接地固定在大挂架9上，端盖1安装在壳I4上端；心轴2穿过回转支承32 内孔固定在旋转方框10上部；电路滑环3的一端安装在心轴2上，另一端安装 在端盖1上。
本发明提供了用于十字臂悬挂或者其他设备悬挂的接管焊接机器人；实践 表明当焊接轨迹与水平面成的角度超过17°时焊接熔池难以成型，无法保障焊 接质量，而悬挂式结构可以在焊接轨迹与水平面角度大于17。时，借助变位器 对焊接件变位实现互相合作进行焊接；因绝大部分接管轴向的焊接高低落差不 是很大，通过手动升降调整机构的伸縮，可以实现较长接管的焊接，避免了升 降机构的有效行程过大；悬挂式接管焊接机器人的工作空间/结构体积比大，故 便于工人现场监控和操作；悬挂式接管焊接机器人具有借助于十字臂使焊接机 器人定位迅速、能够适应不同管端形状接管焊接的优点和具有能提高工作效率、 保证焊接质量和有效地降低工人劳动强度的优点。
由于采用本发明的结构，调整好焊接机器人与接管的相对位置和调整手动 升降调整机构到适当焊接位置，悬挂式接管焊接机器人就可以实现四个自由度 的联动，从而可以进行不同形状接管的自动焊接，其具有焊接质量好、效率高 和减少工人劳动强度的特点。
图1和2为本发明用于接管相贯线焊接的悬挂式接管焊接机器人结构示意图。
图3为本发明的伸縮臂与升降臂传动机构示意图。
图4为本发明的手动升降调整结构示意图。 图5为本发明的摆动机构示意图。 图6为本发明安装在十字架的示意图。 具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述
本发明的图1-图6中的各零件符号分别代表l.端盖、2.心轴、3.电 路滑环、4.壳1、 5.壳II 、 6.伺服电机、7.减速器、8.支架、9.大挂架、 IO.旋转方框、ll.伸縮臂、12.直线滑轨、13.步进电机、14.减速器、15. 升降臂、16、 17.滑块、18.直线滑轨、19.升降连接块、20.键、21.滑块、 22.夹持器、23、 26.螺钉、24.升降调整小齿轮、25.手轮、27.滑块、28. 末端连接块、29.涡轮蜗杆减速器、30.步进电机、31.旋转小齿轮、32.回 转支承、33.步进电机、34.减速器、35.联轴器、36.滚珠丝杠支架、37. 滚珠丝杠、38.激光器、39.联轴器、40.滚珠丝杠支架、41.丝杠螺母、42. 两臂连接块、43.伸縮移动块、44.滚珠丝杠、45.丝杠螺母、46.齿条管、 47.夹枪器、48.焊枪。
图6为悬挂式接管焊接机器人安装在十字臂上的示意图，通过十字臂底座 的旋转、竖臂的升降和横臂的伸縮使固定在横臂端部的焊接机器人实现块速移 动，并借助与焊接机旋转机构旋转中心同轴的激光器38调整焊接机器人旋转中 心与接管的相对位置关系。
结合图1和图2，旋转驱动装置通过旋转小齿轮31与回转支承32外齿圈啮 合传动驱动回转支承32的外齿圈绕固定在大挂架9上的回转支承32内圈旋转， 从而驱动安装在回转支承32外齿圈上的旋转方框10进行旋转，进而驱动安装 在旋转方框IO上的伸缩机构、安装在伸縮机构上的升降机构、安装在升降机构 上的手动升降调整机构和安装在手动升降调整机构上的摆动机构一起绕回转支 承32的轴心旋转，同时也使安装在旋转方框10上的心轴2产生相对壳I 4、壳 115和端盖1的旋转。
结合图1、图2和图4，伸縮机构中的伸缩驱动装置设置在伸縮臂11的一 端，减速器34输出轴与滚珠丝杠37通过联轴器35连接，滚珠丝杠37—端通 过角接触球轴承安装于滚珠丝杠支架36中，使滚珠丝杠37只有绕自身轴心转
动的一个自由度，当步进电机33驱动时，驱动安装在滚珠丝杠37上的丝杠螺 母41和与滑块16和滑块17固定安装的伸缩移动块43 —起沿着直线滑轨12做 伸縮运动，从而驱动升降机构、摆动机构和手动升降调整机构一起做伸縮运动。
结合图l、图2和图4，升降机构中的升降驱动装置设置在升降臂15—端， 减速器14输出轴与滚珠丝杠44通过联轴器39连接，滚珠丝杠44 一端通过角 接触球轴承安装于滚珠丝杠支架40中，使滚珠丝杠44只有绕自身轴心转动的 一个自由度，当步进电机13驱动时，驱动安装在滚珠丝杠44上的丝杠螺母45 和与滑块21和滑块27固定安装的升降连接块19 一起沿着直线滑轨18做升降 运动，从而驱动摆动机构和手动升降调整机构一起做升降运动。
结合图l、图2和图3，所述手动升降调整机构安装于升降连接块19，夹持 器22安装于升降连接块19侧面，安装在夹持器22孔中的齿条管46因受键20 的约束，使齿条管46只有在升降方向上的一个自由度，通过旋转安装在升降调 整小齿轮24上的手轮25驱动齿条管46和安装在齿条管46下端的摆动机构一 起做升降运动，通过螺钉23和螺钉26调整夹持器22夹持齿条管46的松紧度， 保证夹持器22对齿条管46的夹持力又能方便手轮25进行手动旋转升降调整。
结合图l、图2和图5，所述摆动机构包括电机30、涡轮蜗杆减速器29、 夹枪器47和焊枪48构成，当电机30做输出动作时，驱动连接在减速器29输 出轴上的夹枪器47产生摆动，使安装在夹枪器47内的焊枪48发生摆动。
结合图1和图2，电路滑环3的两端可以相对无限旋转，其一端安装于心轴 2，另一端安装于端盖l;控制电源、焊接电源控制线和焊接电源就可以由电路 滑环3 —端经壳I上的孔引入，由电路滑环3另一端引出并经心轴2壁面上的 孔进入空心的心轴2内部，因心轴2穿过回转支承32内部与旋转方框10固定 连接，故控制电源、焊接电源控制线和焊接电源被引入旋转方框10内部并经旋 转方框10下端的方孔引出。因电路滑环3可以实现无限旋转，所以当与电路滑 环连接的固定部分和旋转部分发生相对转动时，电路滑环3两端的连接线路就 可以实现无限旋转。
在上述结构的基础上就可以在旋转方框10上安装装有控制系统的控制箱， 并悬挂送丝机、料斗、焊接电源控制箱和焊丝盘等辅助设备；由控制系统根据 空间轨迹控制各关节实现四轴联动，实现接管的多层多道焊接。
权利要求
1、一种悬挂式接管焊接机器人，由电气滑环部分、旋转机构、伸缩机构、升降机构、摆动机构和手动升降调整机构构成，其特征是旋转机构由固定部分和旋转部分组成，旋转机构的固定部分作为悬挂式机器人的基座固定在十字臂横臂的端部，伸缩机构安装在旋转机构的旋转部分上，升降机构安装在伸缩机构上，手动升降调整机构安装在升降机构上，摆动机构安装在手动升降调整机构上，电气滑环安装在旋转机构上。
2、 根据权利要求1所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述旋转机 构的构成包括大挂架[9]、回转支承[32]、旋转方框[IO]、伺服电机[6]、减速器[7]、支架[S]、旋转小齿轮[31]和激光器[38];旋转机构的固定部分为大 挂架[9]固定在十字臂横臂的端部，回转支承[32]内圈安装在大挂架[9]下部； 旋转机构的旋转部分安装在回转支承[32]外齿圈上的旋转方框[10]可相对固定 部分转动，伺服电机[6]与减速器[7]通过支架[8]安装在大挂架上，安装在减速 器输出轴上的旋转小齿轮[31]与回转支承[32]外齿圈啮合；激光器[38]安装于 旋转方框[10]下端，并使激光器[38]发出的激光束与旋转机构的旋转中心同心。
3、 根据权利要求2所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述伸縮机 构的构成包括伸縮臂[ll]、滚珠丝杠[37]、直线滑轨[12]、步进电机[33]、 减速器[34]、滚珠丝杠支架[36]、丝杠螺母[41]、联轴器[35]、伸縮移动块[43]、 两臂连接块[42]、滑块[16]和滑块[17];伸縮臂[11]一端安装于旋转方框[10] 下端的侧面，使伸縮轴轴心与旋转机构的旋转中心垂直；步进电机[33]和减速 器[34]安装于伸縮臂[11] 一端，滚珠丝杠支架[36]固定在伸縮臂[11]内壁上， 滚珠丝杠[37] —端通过角接触球轴承安装于滚珠丝杠支架[36]，并通过联轴器 [35]与减速器[34]输出轴连接；直线滑轨[12]固定在伸缩臂[11]外壁上，滚珠 丝杠[37]上的丝杠螺母[41]安装于伸縮移动块[43]，并通过伸縮移动块[43]与 直线滑轨[12]上的滑块[16]和滑块[17]相连接；两臂连接块[42]安装在伸縮移 动块[43]上，通过滚珠丝杠[37]上的丝杠螺母[41]驱动安装在滑块[16]和滑块 [17]上的伸縮移动块[43]和两臂连接块[42] —起沿着直线滑轨[12]移动。
4、 根据权利要求3所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述升降机 构的构成包括升降臂[15]、滚珠丝杠[44]、直线滑轨[18]、步进电机[13]、 减速器[14]、滚珠丝杠支架[40]、丝杠螺母[45]、联轴器[39]、升降连接块[19]、 滑块[21]和滑块[27];升降臂[15]—端安装于两臂连接块[42]，并使伸縮臂[11] 和升降臂[15]互相垂直，升降驱动装置即步进电机[13]和减速器[14]安装于升 降臂[15]上端，滚珠丝杠支架[40]固定在升降臂[15]内壁上，滚珠丝杠[44]一 端通过角接触球轴承安装于滚珠丝杠支架[40]，并通过联轴器[39]与减速器[14] 输出轴连接；直线滑轨[18]固定在伸縮臂[15]外壁上，滚珠丝杠[44]上的丝杠 螺母[45]安装于升降连接块[19]、并通过升降连接块[19]与直线滑轨[18]上的 滑块[21]和滑块[27]相连接，通过滚珠丝杠[44]上的丝杠螺母[45]驱动安装在 滑块[21]和滑块[27]上的升降连接块[19]沿着直线滑轨[18]移动。
5、 根据权利要求4所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述手动升 降调整机构的构成包括齿条管[46]、升降调整小齿轮[24]、手轮[25]、键[20]、 末端连接块[28]、螺钉[23]、螺钉[26]和夹持器[22];所述手动升降调整机构 安装于升降连接块[19]，并使齿条管[46]运动方向与升降臂[15]运动方向相同， 齿条管[46]安装在夹持器[22]的孔中，同时齿条管[46]通过自身上的长键槽和 固定在夹持器[22]孔中的键[20]相配合，升降调整小齿轮[24]通过轴承安装在 夹持器[22]上，手轮[25]与升降调整小齿轮[24]为固定连接，在齿条管[46]下 端安装末端连接块[28]。
6、 根据权利要求5所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述摆动机 构的构成包括步进电机[30]、涡轮蜗杆减速器[29]、夹枪器[47]和焊枪[48]; 涡轮蜗杆减速器[29]安装于末端连接块[28]，涡轮蜗杆减速器[29]输入轴处安 装步进电机[30]，涡轮蜗杆减速器输出轴安装夹枪器[47]，焊枪[48]安装在在 夹枪器[47]孔中。
7、 根据权利要求6所述的悬挂式接管焊接机器人，其特征是所述电气滑 部分的构成包括壳I [4]、壳11[5]、端盖[l]、心轴[2]、和滑环[3];壳11[5] 下端固定在大挂架[9]上，壳I [4]下端通过与壳n [5]上端的固定连接而间接地 固定在大挂架[9]上，端盖[1]安装在壳I [4]上端；心轴[2]穿过回转支承[32] 内孔固定在旋转方框[10]上部；电路滑环[3]的一端安装在心轴[2]上，另一端 安装在端盖[l]上。
全文摘要
本发明提供的是一种悬挂式接管焊接机器人。由电气滑环部分、旋转机构、伸缩机构、升降机构、摆动机构和手动升降调整机构构成，旋转机构由固定部分和旋转部分组成，旋转机构的固定部分作为悬挂式机器人的基座固定在十字臂横臂的端部，伸缩机构安装在旋转机构的旋转部分上，升降机构安装在伸缩机构上，手动升降调整机构安装在升降机构上，摆动机构安装在手动升降调整机构上，电气滑环安装在旋转机构上。调整好焊接机器人与接管的相对位置和调整手动升降调整机构到适当焊接位置，悬挂式接管焊接机器人就可以实现四个自由度的联动，可以进行不同形状接管的自动焊接，其具有焊接质量好、效率高和减少工人的劳动强度的特点。
文档编号B23K37/00GK101391354SQ20081013747
公开日2009年3月25日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者涛 刘, 张浩鹏, 李燕东, 杜宏旺, 王宗义, 赵亚楠 申请人:哈尔滨工程大学