钢结构牛腿柱机器人焊接系统的制作方法

本发明涉及钢结构焊接领域，尤其是钢结构牛腿柱的焊接。

背景技术：

近年来，随着建筑钢结构形式的日渐丰富，钢结构需求量日益增大，其主体框架基本有钢柱，钢横梁及连接牛腿组成，其中钢结构柱需要与连接牛腿提前焊接成形后再与钢横梁进行连接，以下简称为钢结构牛腿柱。

钢结构牛腿柱是将预先焊接完成的钢柱、牛腿焊接成一体。其焊接的传统制造工艺基本为在建议的支撑承载的焊接工作台上进行人工焊接，上、下件和焊接中对工件的翻转都依赖车间的行车，吊装难度大，操作者危险性高，尤其是长度大、吨位重的钢柱而言。此外，对于需要多层多道焊接的钢结构牛腿柱来说，焊接过程中的辅助吊装、翻转更为吃力、危险，由于在焊接中有大量辅助操作，使工作效率低，产量低，报废率和返工率高。

对于一些对钢结构进行模块化且大批量生产的厂家，经常会引入一些手动、半自动的变位装置辅助焊接，通过行车将钢结构吊运至变位装置内，手动调节并夹紧。但这种方式往往会在工件吊装上件时对变位装置产生很大冲击，降低其回转精度，减短工作寿命；同时整个吊运和手动调节夹紧过程会占用很多人力资源，人均产能很低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可实现钢结构牛腿柱侧向自动上下料、自动定位、自动夹紧、无限回转的机器人自动焊接系统，旨在解决现有钢结构牛腿柱焊接中高危险、低效率、低产能的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种钢结构牛腿柱机器人焊接系统，所述系统包括：一套端部定位单元，两套物流台车单元，两套侧开口变位机单元，两套焊接机器人单元。一套侧开口变位机单元和一套物流台车单元连接成一体组成一个单独模块，两模块配合变换位置以适应不同工件长度及对不同牛腿位置的避让，两模块同时作为钢结构牛腿柱在焊接系统的支点。

所述的端部定位单元为工件在整个系统中长度方向的初始定位基准，其结构为焊接架体，位置放置于系统的固定位置，作为工件进入系统的第一道基准，其与焊接机器人的寻位功能配合完成工件长度方向的准确定位。

所述的物流台车单元由工件托架组价、子车组件、母车组件组成，为工件定位、工件转运、长度方向间距调整的机构，区别于常规系统由变位装置对工件进行定位，本发明所提供的系统对工件的定位(除长度方向)由物流台车完成，物流台车经子车组件对工件进行对中夹紧后执行升降命令，将工件升至所需回转高度，再将工件侧向输送至变位机回转中心位置处，保证变位机对工件夹紧前工件已处于完全定位状态。

所述的侧开口变位机单元为可实现0°位置上下件、45°位置对工件对角线位置自动夹紧和放松工件、带工件无限回转的执行机构(默认侧向开口在水平位置时为坐标0°)，本发明的侧向开口变位机是将用于接料的开口位置设置在侧面，辅以自送上料机构去除人工吊装上料时工件对变位机构的冲击，自动夹紧功能节省了人工的参与。

所述的侧开口变位机单元的自动夹紧功能有夹紧传动组件和夹紧组件构成。由于变位机需要实现无线回转功能，故无限回转的回转体内无电力、无油路、无气路，将夹紧动作分解为动力部分(夹紧传动组件)和执行部分(夹紧组件)，夹紧组件与回转体连接成一体随工件一起旋转，夹紧传动组件固定在固定底座的45°位置，在指定位置输入动力完成夹紧和松开的动作。

所述的侧开口变位机单元的夹紧传动组件由伺服电机、精密行星减速机以、气缸及附件组成，夹紧传动组件有工作位和避让位，由气缸带动滑座在直线导轨上完成位置的切换，伺服电机为夹紧动作的动力源，动力通过减速机传递至可与夹紧组件啮合的接口处，接口处设有弹簧滑杆机构用以消除啮合时的冲击。

所述的侧开口变位机单元的夹紧组件由夹紧固定座、夹紧滑座、螺旋升降机、v型压头及附件组成。回转体内90°和270°位置通过夹紧固定座设置两组夹紧组件，动力输入时螺旋升降机带动夹紧滑座移动，由滚柱滚动块承担滑动介质并承受工件回转时的侧向载荷，最终由v型压头完成对工件对角线位置的夹紧，并通过螺旋升降机内的丝杠自锁功能将工件和回转体固定成整体。

所述的焊接机器人单元包括机器人移动装置和焊接机器人，机器人移动装置实现机器人除升降外的两方向移动，移动装置同时搭载焊接电源、焊丝筒等焊接辅助原件以实现机器人对工件各个位置的自动焊接。

从上述本发明的实施例可知，本发明提供了一种钢结构牛腿柱的自动焊接系统及方法，其优势在于：1、系统的整体布置：另个台车和变位机一体的模块可以通过变换位置来适应多层牛腿时焊接位置的避让，台车和变位机一体式设计既简化了操作和工装流程，同时也节省了一套驱动机构，调高了效率降低了成本。

2、工件的定位：本发明将工件长度方向的定位基准固定，每次上料时初定位位置相同，使人工操作单一、简单，再辅以机器人传感寻位功能可简单实现精确定位；将其他两方向的定位设置在物流台车上，既使变位机的结构设置简单化也可使工件三方向定位连续进行，降低了多种操作集中在一起时易引起少操作、误操作的风险。

3、变位机的侧面开口及自动夹紧：变位机的开口设置在侧面使工件侧面进出料变成现实，降低传统顶部上料时较高的吊装高度；变位机对工件进行对角线方向的自动夹紧，由于夹紧时无定位要求，使机构和控制程序相对简单；自动夹紧将动力和执行分解开来，使变位机在回转时不收电、油、气的影响，结构简单实用。

附图说明

图1为本发明的机构图。

图2为图1的左视结构图。

图3为图1的俯视结构图。

图4为侧开口变位机的结构图。

图5为侧开口变位机回转本体组件结构图。

图6为侧开口变位机夹紧传动组件结构图。

图7为图6的俯视结构图。

图中：物流台车单元1，侧开口变位机单元2，焊接机器人单元3，端部定位组件4，工件托架组件5，子车组件6，工件7，母车组件8，母车组件行走车轮9，母车组件行走伺服电机10，母车组件行走轨道11，子车组件对中夹紧伺服电机12，子车组件行走伺服电机13，子车组件升降变频减速电机14，子车组件行走轨道15，机器人移动装置16，机器人移动装置行走轨道17，回转固定座18，夹紧传动组件19，一进两出螺旋锥齿轮转向箱20，回转伺服电机21，rv减速机22，直角螺旋锥齿轮转向箱23，回转驱动小齿轮24，回转托轮组件25，回转本体26，回转侧开口大齿圈27，夹紧组件28，v型压头组件29，切换气缸30，啮合接头31，传动伺服电机32，精密行星减速机33。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点等能更加明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明进行清楚、完整的描述。

参见附图1，图2、图3，本系统主要由物流台车单元1(5、6、8、9、10、11、12、13、14、15)，端部定位组件4、侧开口变位机单元2(18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29)、焊接机器人单元3(16、17)组成。

侧开口变位机单元2位于系统中间，物流台车组件1和焊接机器人单元3设置在侧开口变位机单元两侧，端部定位组件4设置在物流台车单元1的端部。

所述的物流台车单元包括：工件托架组件5，子车组件6，母车组件8，母车组件行走车轮9，母车组件行走伺服电机10，母车组件行走轨道11，子车组件对中夹紧伺服电机12，子车组件行走伺服电机13，子车组件升降变频减速电机14，子车组件行走轨道15。

所述的物流台车单元的功能特征：系统中两套物流台车单元可通过母车组件行走车轮9在母车组件行走轨道11变换位置，其驱动力由母车组件行走伺服电机提供；子车组件6具有对中夹紧、横向移动、升降的功能，其中对中夹紧功能由子车组件对中夹紧伺服电机12配合正反丝杠及滑座实现，子车组件行走伺服电机13配合齿轮齿条驱动子车组件在子车组件行走轨道15上横向移动，子车组件升降变频减速电机14配合螺旋升降机实现子车组件带动工件的升降功能。

所述的侧开口变位机单元包括：回转固定座18，夹紧传动组件19，一进两出螺旋锥齿轮转向箱20，回转伺服电机21，rv减速机22，直角螺旋锥齿轮转向箱23，回转驱动小齿轮24，回转托轮组件25，回转本体26，回转侧开口大齿圈27，夹紧组件28，v型压头组件29。

所述的侧开口变位机单元的功能特征：侧开口变位机以回转固定座18为基座，回转固定座与物流台车单元的母车组件8连接成一个整体；回转本体26为承载工件旋转的转子，回转本体内内嵌夹紧组件28和v型压头组件29，回转侧开口大齿圈27与回转本体26牢固连接；在回转固定座18底部设置四组回转托轮组件25，四组托轮与回转本体相切，为回转本体旋转的路径和支点；回转驱动的动力由回转伺服电机21提供，回转伺服电机21通过一进两出螺旋锥齿轮转向箱20将动力传递至直角螺旋锥齿轮转向箱23，两个直角螺旋锥齿轮转向箱23与rv减速机22和回转驱动小齿轮24相连，驱动力最终由两个回转驱动小齿轮24输出，带动侧开口大齿圈转动；两组夹紧传动组件19设置在回转固定座45°位置，当回转本体旋转至45°时执行夹紧动作；

所述的夹紧传动组件19由切换气缸30，啮合接头31，传动伺服电机32，精密行星减速机33组成。通过切换气缸30的行程来控制啮合接头31与夹紧组件的啮合和脱开，传动伺服电机32经精密行星减速机33将动力传递至啮合接头31，为夹紧动作提供动力。

所述的焊接机器人单元包括：机器人移动装置16，机器人移动装置行走轨道17。机器人移动装置16承载焊接机器人和焊接附件通过驱动伺服电机在机器人移动装置行走轨道17变换位置，可实现对工件不同位置的焊接。

所述系统的动作流程：将工件代码输入系统控制面板，系统控制软件会自动调用焊接参数和程序→程序自动控制物流台车单元和侧开口变位机单元到焊接位置→人工将工件吊运至工件托架组件，利用吊车完成端部初定位，人员撤离→子车组件执行对中夹紧动作→子车组件执行升降动作，将工件升至回转高度→子车组件横向移动，将工件输送至变位机回转中心(此时变位机处于0°位置待料)→变位机由0°位置回转至45°位置→传动夹紧组件的切换气缸动作，使两接口啮合→夹紧传动组件的伺服电机动作，带动v型压头夹紧工件→传动夹紧组件气缸撤回，使已啮合的接口脱开→子车组件松开对中夹紧块，子车组件下降至原点，子车组件横向退回至接料原点→焊接机器人执行焊接程序对工件进行焊接→焊接完成→变位机带动工件旋转至45°位置→子车组件横向移动至变位机回转中心位置→子车组件执行升降动作到达接料高度→子车组件执行对中夹紧动作，夹紧工件→传动夹紧组件的切换气缸动作，使两接口啮合→夹紧传动组件的伺服电机动作，带动v型压头松开工件→传动夹紧组件气缸撤回，使已啮合的接口脱开→变位机空转至0°→子车组件带动工件横向退回接料原点，下降至原点→人工吊装卸件，完成一个工作循环。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。