用于焊接绞龙叶片的焊接机器人与焊接工艺的制作方法

本发明属于焊接领域。

背景技术：

绞龙叶片与绞龙叶片轴的焊缝是比较复杂的螺旋焊缝，而且螺旋焊缝的焊程比较长，一般都是人工焊接，容易造成焊接效果一致性不好的情形。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能连续螺旋焊接的用于焊接绞龙叶片的焊接机器人与焊接工艺。

技术方案：为实现上述目的，本发明的用于焊接绞龙叶片的焊接机器人，包括同轴心套在被水平固定的绞龙叶片轴外侧的螺旋绞龙叶片，所述螺旋绞龙叶片的螺旋内缘根部形成等待焊接的螺旋状焊缝；

还包括焊接机器人，所述焊接机器人能对所述螺旋状焊缝连续焊接，所述焊接机器人包括支架单元、行走动力单元、行走路径约束单元和焊接单元；所述行走动力单元、行走路径约束单元和焊接单元均固定安装在所述支架单元上。

进一步的，所述支架单元包括u形架，所述焊接单元安装在所述u形架的中部，所述行走动力单元、行走路径约束单元分别安装在所述u形架的两端；

当行走动力单元在绞龙叶片轴下方时，行走路径约束单元刚好处于螺旋绞龙叶片上方，此时走动力单元对绞龙叶片轴形成向上的顶压力，行走路径约束单元对螺旋绞龙叶片有一个向下的顶压力。

进一步的，所述行走动力单元包括动力电机，所述动力电机的输出端驱动连接有驱动轮，所述动力电机能带动所述驱动轮自转；所述驱动轮的轮轴线与所述绞龙叶片轴的轴线平行，且所述驱动轮的轮面与所述绞龙叶片轴的外壁滚动相切。

进一步的，所述行走路径约束单元包括同轴心于螺旋绞龙叶片外侧的弧形支架，所述弧形支架固定在u形架的一端；所述弧形支架的弧体内侧沿所述螺旋绞龙叶片的螺旋外缘的螺旋路径依次安装有第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器；所述第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器均滚动抱合在螺旋绞龙叶片的螺旋外缘上；第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器均能沿所述螺旋绞龙叶片的螺旋外缘行走滚动。

进一步的，所述第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器均包括固定在弧形支架上的电机座；所述电机座的下方固定安装有竖向的步进电机，所述步进电机的下方设置有中部导向块，所述中部导向块的左右两侧对称设置有向下倾斜的左导向块和右导向块，所述左导向块和右导向块通过支架与所述电机座固定连接；所述中部导向块上镂空设置有中部导向孔，所述中部导向孔内同轴心滑动设置有中部引导杆，所述中部引导杆内同轴心设置有上端开口的内螺纹通道，所述步进电机的输出端同步同轴心连接有螺纹杆，所述螺纹杆与所述内螺纹通道螺纹传动连接；所述中部引导杆的下端同轴心固定连接有弹簧挡盘；

所述弹簧挡盘的下侧固定连接有行走轮支座，所述行走轮支座上转动安装有行走轮；所述行走轮的轮面与所述螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动配合，所述行走轮支座的两侧左右对称固定连接有向左延伸的左滑杆和向右延伸的右滑杆；所述行走轮支座的两侧还对称设置有左联动块和右连动块，所述左联动块和右连动块上分别横向贯通设置左滑杆穿过孔和右滑杆穿过孔，所述左滑杆和右滑杆分别同轴心滑动穿过左滑杆穿过孔和右滑杆穿过孔；所述左联动块和右连动块的下侧分别固定连接有左固定轮轴和右固定轮轴，所述左固定轮轴和右固定轮轴的轴线均与所述中部引导杆平行；所述左固定轮轴上通过左轴承同轴心转动设置有左约束轮；所述右固定轮轴上通过右轴承同轴心转动设置有右约束轮，所述左约束轮和右约束轮分别滚动配合在螺旋绞龙叶片的螺旋外缘的两侧；所述左导向块和右导向块上分别镂空设置有左导向孔和右导向孔，所述左导向孔和右导向孔内分别同轴心滑动穿过有左导向杆和右导向杆，所述左导向杆的轴线和右导向杆的轴线均与中部引导杆的轴线成15°至30°的夹角；所述左导向杆的下端与所述左联动块固定连接，所述右导向杆的下端与所述右连动块固定连接；在左导向杆和右导向杆引导下，当中部引导杆做向上的运动时，会联动所述左联动块和右连动块跟着一同向上运动的同时还做相互远离的运动。

进一步的，所述中部引导杆上同轴心套有预紧弹簧，所述预紧弹簧的下端顶压所述弹簧挡盘，上端顶压所述中部导向块的下侧面；

进一步的，所述焊接单元包括焊接器主体和可伸缩的焊枪，所述焊枪末端的焊液喷口与所述螺旋状焊缝对应，从焊液喷口能向螺旋状焊缝喷出焊液。

进一步的，用于焊接绞龙叶片的焊接机器人的焊接方法：

预连接过程：

将螺旋绞龙叶片同轴心套在被水平固定的绞龙叶片轴外侧，然后通过工装夹具将水平的绞龙叶片轴的两端固定；此时螺旋绞龙叶片的螺旋内缘根部形成等待焊接的螺旋状焊缝；然后人工将螺旋状焊缝的首端和尾端分别进行点焊，使螺旋状焊缝与绞龙叶片轴的初步一体化，从而实现了预连接的过程；

机器人工装准备过程：

让行走动力单元处在行走路径约束单元的下方，为了让工装过程中不会发生干涉，并顺利装在螺旋绞龙叶片上，需要在工装之前将行走动力单元与走路径约束单元之间的间距变大，具体的做法是控制第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器的步进电机，使各螺纹杆顺向旋转，从而在螺纹传动配合的作用下使各中部引导杆向上位移，而各中部引导杆的向上位移会使各行走轮支座和行走轮逐渐向上位移至足够高的位置，从而实现增大行走动力单元与走路径约束单元之间的间距；与此同时行走轮支座通过左滑杆和右滑杆同步带动左联动块与右连动块同步逐渐向上位移，由于左导向杆的轴线和右导向杆的轴线均与中部引导杆的轴线成15°至30°的夹角，从而使左导向杆和右导向杆对左联动块与右连动块的运动引导方向也是与中部引导杆的轴线成15°至30°的夹角的，从而使左联动块与右连动块同步逐渐向上位移的过程中，左联动块与右连动块还会会做相互远离的运动，从而使左约束轮和右约束轮做逐渐向上位移的过程中，左约束轮和右约束轮之间的间距也逐渐变大，从而使左约束轮和右约束轮之间的间距大于螺旋绞龙叶片的壁厚；至此完成了机器人工装准备过程：

机器人工装过程：先让行走动力单元的到达绞龙叶片轴下侧，然后让行走动力单元的驱动轮的轮面与绞龙叶片轴的外壁滚动相切，此时行走路径约束单元处于螺旋绞龙叶片上方，此时同时控制第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器的步进电机，使各螺纹杆反向旋转，从而在螺纹传动配合的作用下使各中部引导杆向下位移，

中部引导杆的向下运动会使各行走轮支座和行走轮逐渐做靠近螺旋绞龙叶片的向下运动，直至第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器上的行走轮的轮面均顶压在螺旋绞龙叶片的螺旋外缘，从而实现第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器上的行走轮均与螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动配合；与此同时左约束轮和右约束轮会在左导向杆和右导向杆的引导下做逐渐向下运动的同时，还使左约束轮和右约束轮做相互靠近的夹持运动，进而左约束轮和右约束轮之间的间距也逐渐变小；当行走轮刚好与螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动配合时，左约束轮和右约束轮刚好运动到夹持在螺旋绞龙叶片的螺旋外缘的两侧，并且此时左约束轮和右约束轮分别滚动配合在螺旋绞龙叶片的螺旋外缘的两侧；在各左约束轮和右约束轮的约束下使第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器上的行走轮能稳定沿螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动行走；

螺旋焊接过程：

控制焊枪在逐渐伸出，直至焊枪末端的焊液喷口运动至对应到螺旋状焊缝，从而使焊液喷口喷出焊液刚好能喷向螺旋状焊缝；

控制动力电机，从而使驱动轮自旋转，进而使驱动轮沿绞龙叶片轴的外壁周向滚动，从而带动整个焊接机器人绕绞龙叶片轴缓慢旋转，此时在左约束轮和右约束轮的约束作用下第一行走路径约束器、第二行走路径约束器和第三行走路径约束器上的行走轮沿螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动行走，由于螺旋绞龙叶片本身是通过点焊固定的，进而行走轮沿螺旋绞龙叶片的螺旋外缘滚动行走会使焊接机器人整体沿螺旋绞龙叶片的螺旋外缘做螺旋运动；而焊接机器人整体做螺旋运动的过程中焊枪末端的焊液喷口也会跟着沿螺旋路径连续扫过螺旋状焊缝，控制焊液喷口连续喷出焊液，进而实现同时对螺旋状焊缝的连续焊接。

有益效果：本发明的本发明能实现专门针对螺旋焊缝的螺旋连续焊接，相较于人工焊接，其焊接效率和一致性都要强。

附图说明

附图1为焊接机器人焊接过程第一结构示意图；

附图2为焊接机器人焊接过程第二结构示意图；

附图3为附图1的剖视图；

附图4为附图3的局部放大示意图；

附图5为附图2的轴向视图；

附图6为焊接机器人整体结构示意图；

附图7为第一行走路径约束器/第二行走路径约束器/第三行走路径约束器结构示意图；

附图8为附图7的剖视图；

附图9为为待焊接的螺旋绞龙叶片与绞龙叶片轴分离时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至9所示的用于焊接绞龙叶片的焊接机器人，包括同轴心套在被水平固定的绞龙叶片轴32外侧的螺旋绞龙叶片34，螺旋绞龙叶片34的螺旋内缘根部形成等待焊接的螺旋状焊缝33；

还包括焊接机器人，焊接机器人能对螺旋状焊缝33连续焊接，焊接机器人包括支架单元、行走动力单元101、行走路径约束单元100和焊接单元；行走动力单元、行走路径约束单元和焊接单元均固定安装在支架单元上。

支架单元包括u形架38，焊接单元安装在u形架38的中部，行走动力单元101、行走路径约束单元100分别安装在u形架38的两端；

当行走动力单元101在绞龙叶片轴32下方时，行走路径约束单元100刚好处于螺旋绞龙叶片34上方，此时走动力单元101对绞龙叶片轴32形成向上的顶压力，行走路径约束单元100对螺旋绞龙叶片34有一个向下的顶压力。

行走动力单元101包括动力电机36，动力电机36的输出端驱动连接有驱动轮37，动力电机36能带动驱动轮37自转；驱动轮37的轮轴线与绞龙叶片轴32的轴线平行，且驱动轮37的轮面与绞龙叶片轴32的外壁滚动相切。

行走路径约束单元100包括同轴心于螺旋绞龙叶片34外侧的弧形支架60，弧形支架固定在u形架38的一端；弧形支架60的弧体内侧沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35的螺旋路径依次安装有第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45；第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45均滚动抱合在螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35上；第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45均能沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35行走滚动。

第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45均包括固定在弧形支架60上的电机座10；电机座10的下方固定安装有竖向的步进电机9，步进电机9的下方设置有中部导向块8，中部导向块8的左右两侧对称设置有向下倾斜的左导向块4和右导向块15，左导向块4和右导向块15通过支架7与电机座10固定连接；中部导向块8上镂空设置有中部导向孔13，中部导向孔13内同轴心滑动设置有中部引导杆19，中部引导杆19内同轴心设置有上端开口的内螺纹通道12，步进电机9的输出端同步同轴心连接有螺纹杆11，螺纹杆11与内螺纹通道12螺纹传动连接；中部引导杆19的下端同轴心固定连接有弹簧挡盘16；

弹簧挡盘16的下侧固定连接有行走轮支座25，行走轮支座25上转动安装有行走轮26；行走轮26的轮面与螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动配合，行走轮支座25的两侧左右对称固定连接有向左延伸的左滑杆1和向右延伸的右滑杆20；行走轮支座25的两侧还对称设置有左联动块30和右连动块20，左联动块30和右连动块20上分别横向贯通设置左滑杆穿过孔2和右滑杆穿过孔23，左滑杆1和右滑杆20分别同轴心滑动穿过左滑杆穿过孔2和右滑杆穿过孔23；左联动块30和右连动块20的下侧分别固定连接有左固定轮轴27和右固定轮轴24，左固定轮轴27和右固定轮轴24的轴线均与中部引导杆19平行；左固定轮轴27上通过左轴承29同轴心转动设置有左约束轮28；右固定轮轴24上通过右轴承21同轴心转动设置有右约束轮22，左约束轮28和右约束轮22分别滚动配合在螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35的两侧；左导向块4和右导向块15上分别镂空设置有左导向孔5和右导向孔14，左导向孔5和右导向孔14内分别同轴心滑动穿过有左导向杆3和右导向杆17，左导向杆3的轴线和右导向杆17的轴线均与中部引导杆19的轴线成15°至30°的夹角；左导向杆3的下端与左联动块30固定连接，右导向杆17的下端与右连动块20固定连接；在左导向杆3和右导向杆17引导下，当中部引导杆19做向上的运动时，会联动左联动块30和右连动块20跟着一同向上运动的同时还做相互远离的运动。

中部引导杆19上同轴心套有预紧弹簧18，预紧弹簧18的下端顶压弹簧挡盘16，上端顶压中部导向块8的下侧面，预紧弹簧18起到预紧作用，防止内螺纹通道12与螺纹杆11之间的螺纹配合松动；

焊接单元包括焊接器主体40和可伸缩的焊枪41，焊枪41末端的焊液喷口42与螺旋状焊缝33对应，从焊液喷口42能向螺旋状焊缝33喷出焊液。

用于焊接绞龙叶片的焊接机器人的焊接方法和工作原理如下：

预连接过程：

将螺旋绞龙叶片34同轴心套在被水平固定的绞龙叶片轴32外侧，然后通过工装夹具将水平的绞龙叶片轴32的两端固定；此时螺旋绞龙叶片34的螺旋内缘根部形成等待焊接的螺旋状焊缝33；然后人工将螺旋状焊缝33的首端和尾端分别进行点焊，使螺旋状焊缝33与绞龙叶片轴32的初步一体化，从而实现了预连接的过程；

机器人工装准备过程：

让行走动力单元101处在行走路径约束单元100的下方，为了让工装过程中不会发生干涉，并顺利装在螺旋绞龙叶片34上，需要在工装之前将行走动力单元101与走路径约束单元100之间的间距变大，具体的做法是控制第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45的步进电机9，使各螺纹杆11顺向旋转，从而在螺纹传动配合的作用下使各中部引导杆19向上位移，而各中部引导杆19的向上位移会使各行走轮支座25和行走轮6逐渐向上位移至足够高的位置，从而实现增大行走动力单元101与走路径约束单元100之间的间距；与此同时行走轮支座25通过左滑杆1和右滑杆20同步带动左联动块30与右连动块20同步逐渐向上位移，由于左导向杆3的轴线和右导向杆17的轴线均与中部引导杆19的轴线成15°至30°的夹角，从而使左导向杆3和右导向杆17对左联动块30与右连动块20的运动引导方向也是与中部引导杆19的轴线成15°至30°的夹角的，从而使左联动块30与右连动块20同步逐渐向上位移的过程中，左联动块30与右连动块20还会会做相互远离的运动，从而使左约束轮28和右约束轮22做逐渐向上位移的过程中，左约束轮28和右约束轮22之间的间距也逐渐变大，从而使左约束轮28和右约束轮22之间的间距大于螺旋绞龙叶片43的壁厚；至此完成了机器人工装准备过程：

机器人工装过程：先让行走动力单元101的到达绞龙叶片轴32下侧，然后让行走动力单元101的驱动轮37的轮面与绞龙叶片轴32的外壁滚动相切，此时行走路径约束单元100处于螺旋绞龙叶片34上方，此时同时控制第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45的步进电机9，使各螺纹杆11反向旋转，从而在螺纹传动配合的作用下使各中部引导杆19向下位移

中部引导杆19的向下运动会使各行走轮支座25和行走轮26逐渐做靠近螺旋绞龙叶片34的向下运动，直至第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45上的行走轮26的轮面均顶压在螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35，从而实现第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45上的行走轮26均与螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动配合；与此同时左约束轮28和右约束轮22会在左导向杆3和右导向杆17的引导下做逐渐向下运动的同时，还使左约束轮28和右约束轮22做相互靠近的夹持运动，进而左约束轮28和右约束轮22之间的间距也逐渐变小；当行走轮26刚好与螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动配合时，左约束轮28和右约束轮22刚好运动到夹持在螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35的两侧，并且此时左约束轮28和右约束轮22分别滚动配合在螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35的两侧；在各左约束轮28和右约束轮22的约束下使第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45上的行走轮26能稳定沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动行走；

螺旋焊接过程：

控制焊枪41在逐渐伸出，直至焊枪41末端的焊液喷口42运动至对应到螺旋状焊缝33，从而使焊液喷口42喷出焊液刚好能喷向螺旋状焊缝33；

控制动力电机36，从而使驱动轮37自旋转，进而使驱动轮37沿绞龙叶片轴32的外壁周向滚动，从而带动整个焊接机器人绕绞龙叶片轴32缓慢旋转，此时在左约束轮28和右约束轮22的约束作用下第一行走路径约束器43、第二行走路径约束器44和第三行走路径约束器45上的行走轮26沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动行走，由于螺旋绞龙叶片34本身是通过点焊固定的，进而行走轮26沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35滚动行走会使焊接机器人整体沿螺旋绞龙叶片34的螺旋外缘35做螺旋运动；而焊接机器人整体做螺旋运动的过程中焊枪41末端的焊液喷口42也会跟着沿螺旋路径连续扫过螺旋状焊缝33，控制焊液喷口42连续喷出焊液，进而实现同时对螺旋状焊缝33的连续焊接。

以上仅是本发明的优选实施方式，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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。