一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人，它包括X軸、Y軸以及Z軸移動模塊，Y軸移動模塊的運動輸出端與X軸移動模塊彼此垂直固定相連，它還包括第一、第二轉動模塊，在X軸移動模塊的X軸方向運動輸出端上固定有高低調節(jié)座；Z軸移動模塊包括軌道，在軌道上沿Z軸方向固定有傳動齒條，軌道能夠通過磁座吸附在待焊接工件表面，在軌道上方設置有Z軸基座，在Z軸基座上固定有Z軸轉動輸出裝置，在Z軸轉動輸出裝置的轉動輸出端上固定有傳動齒輪，傳動齒輪與傳動齒條嚙合配合；第一轉動模塊包括固定在高低調節(jié)座上的第一轉動軸基座，第二轉動軸基座轉動連接在第一轉動軸基座上。采用本結構體積小重量輕、能快速定位，提高工作效率。
【專利說明】
一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及自動焊接裝備領域，尤其涉及一種輕量化的軌道式自動焊接機器人，適合現場、高空焊接作業(yè)。
【背景技術】
[0002]船體焊接是船舶制造的重要環(huán)節(jié)，船舶焊接技術主要經歷了從手工焊接、半手工半自動化焊接到自動化、智能化焊接的過程。隨著現代造船業(yè)對船舶質量的要求日益提高，對船體焊接有了更高的要求，先進的船舶自動化焊接技術，在提高船舶建造效率，降低制造成本，提高船舶制造質量等方面具有重要的作用。
[0003]目前，焊接機器人已經廣泛應用于焊接領域，傳統(tǒng)的通用焊接機器人在各類焊縫，甚至是復雜曲線焊縫上表現出不錯的效果。但對一些需要高空作業(yè)的鋼結構焊接，如船體分段合攏焊接、大型建筑物鋼結構焊接等，傳統(tǒng)的焊接機器人由于體積較大，安裝不便，很難適應現場的高空作業(yè)。中國專利201420012191.9給出了一種仿形橫向焊裝備，該橫焊設備采用門式框架安裝，體積較大，安裝復雜，對高空焊接作業(yè)的適應性不足；中國專利201310434530.2給出了一種復雜軌跡全位置雙槍自動焊接機器人，該焊接機器人有四個自由度，結構緊湊，能實現復雜軌跡的焊接，但因焊槍只能實現一個方向的旋轉，對于大厚板的多層多道焊接的效果較差；中國專利201410008280.0給出了一種柔性軌道焊接小車，該焊接小車具有三個移動軸和一個轉動軸，配有柔性導軌，適合平面、曲面工件，但小車安裝形式導致其不適應高空橫焊。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術的缺點，提供一種輕量化的，能夠適應現場高空作業(yè)，完成平焊、橫焊、立焊及多層多道焊等自動化焊接的輕量化的軌道式五軸焊接機器人。
[0005]本發(fā)明的一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人，它包括輸出X軸方向運動的X軸移動模塊、輸出Y軸方向運動的Y軸移動模塊以及輸出Z軸方向運動的Z軸移動模塊，所述的Y軸移動模塊的Y軸方向運動輸出端與X軸移動模塊彼此垂直固定相連，它還包括第一轉動模塊和第二轉動模塊，在所述的X軸移動模塊的X軸方向運動輸出端上沿Y軸方向固定有高低調節(jié)座，在所述的高低調節(jié)座的兩側上下間隔的分別開有多個固定孔;所述的Z軸移動模塊包括軌道，在所述的軌道上沿Z軸方向固定有傳動齒條，所述的軌道能夠通過磁座吸附在待焊接工件表面，在所述的軌道上方設置有Z軸基座，在所述的Z軸基座上固定有Z軸轉動輸出裝置，在所述的Z軸轉動輸出裝置的轉動輸出端上固定有傳動齒輪，所述的傳動齒輪與傳動齒條嚙合配合，所述的Z軸基座前后兩側分別通過轉動連接在Z軸基座上的滾輪與軌道的前后兩側沿Z軸方向移動相連;所述的第一轉動模塊包括兩側分別通過一組所述的固定孔固定在高低調節(jié)座上的第一轉動軸基座，在所述的第一轉動軸基座上沿Z軸方向轉動連接有一根旋轉軸，在所述的第一轉動軸基座上固定有第一轉動軸步進電機，所述的第一轉動軸步進電機的轉軸通過同步帶輪結構與轉軸轉動相連，所述的第二轉動模塊包括固定連接在所述的旋轉軸上的第二轉動軸基座，所述的第二轉動軸基座能夠在同步帶輪結構帶動下隨同轉軸繞Z軸旋轉，在所述的第二轉動軸基座上固定有第二轉動軸步進電機，所述的第二轉動軸步進電機的轉軸與曲柄滑塊機構的曲柄的一端固定相連，所述的曲柄的另一端與曲柄滑塊的一端固定相連，一個曲柄滑軌沿Z軸方向固定在用于夾持焊槍的夾持裝置上，所述的曲柄滑塊與曲柄滑軌滑動連接以帶動焊槍繞X軸擺動。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
[0007]1.本發(fā)明結構緊湊、體積小重量輕，能很好地適應現場、高空作業(yè)；
[0008]2.本發(fā)明通過各軸分模塊的設計和采用軌道吸附的方案，安裝方便，能快速定位，提高工作效率；
[0009]3.本發(fā)明可以實現焊槍在空間三方向的移動以及兩個方向的擺動，能適應平焊、橫焊、立焊和多層多道焊等工況，可以應用在船舶、鋼結構工程中。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人的結構示意圖；
[0011]圖2為圖1所示的機器人的主視圖；
[0012]圖3為圖1所示的機器人的俯視圖；
[0013]圖4為圖1所示的機器人的側視圖；
[0014]圖5為圖1所示的機器人的焊槍擺動裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0016]如附圖所示的本發(fā)明的一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人，它包括輸出X軸方向運動的X軸移動模塊、輸出Y軸方向運動的Y軸移動模塊以及輸出Z軸方向運動的Z軸移動模塊，所述的Y軸移動模塊的Y軸方向運動輸出端與X軸移動模塊彼此垂直固定相連，它還包括第一轉動模塊和第二轉動模塊，在所述的X軸移動模塊的X軸方向運動輸出端上沿Y軸方向固定有高低調節(jié)座17，在所述的高低調節(jié)座17的兩側上下間隔的分別開有多個固定孔，所述的高低調節(jié)座用于安裝轉動模塊和焊槍，當Y軸的行程不足時，可以通過調整轉動模塊在固定孔的安裝位置，實現焊槍末端的高度調節(jié)。
[0017]所述的Z軸移動模塊包括軌道37，在所述的軌道37上沿Z軸方向固定有傳動齒條35，所述的軌道37能夠通過磁座38吸附在待焊接工件表面，在所述的軌道37上方設置有Z軸基座31，在所述的Z軸基座31上固定有Z軸轉動輸出裝置，在所述的Z軸轉動輸出裝置的轉動輸出端上固定有傳動齒輪34，所述的傳動齒輪34與傳動齒條35嚙合配合，所述的Z軸基座31前后兩側分別通過轉動連接在Z軸基座31上的滾輪36與軌道37的前后兩側沿Z軸方向移動相連。作為本發(fā)明的一種實施方式，在所述的滾輪的中間沿圓周方向開有凹槽，在所述的導軌的前后側壁上分別設置有能夠和所述的凹槽形狀相吻合的凸臺，所述的滾輪能夠沿插在凹槽內的凸臺前后滑移。優(yōu)選的所述的凹槽采用V型槽，所述的凸臺采用V型凸臺。
[0018]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的Z軸轉動輸出裝置包括通過Z軸電機固定座33固定在Z軸基座上的Z軸電機，所述的Z軸電機的輸出軸和減速器32固定相連，所述的減速器32的輸出軸作為轉動輸出端與傳動齒輪34固定相連，當然所述的Z軸轉動輸出裝置也可以采用電機驅動鏈傳動結構。Z軸基座帶著整個機器人沿軌道Z軸方向行走，其移動范圍由軌道長度決定，從而實現焊槍沿焊縫方向的移動。
[0019]所述的軌道37可根據實際焊接工件表面形狀，選擇剛性軌道或柔性軌道，磁座38優(yōu)選的采用市場上的開關式磁鐵，便于操作。
[0020]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的X軸移動模塊包括沿水平方向設置的X軸基座11，在所述的X軸基座11上固定有X軸運動輸出裝置，所述的X軸運動輸出裝置的沿Y軸方向設置的轉動輸出端與一個X軸絲杠固定相連，所述的X軸絲杠的上下端分別通過軸承轉動安裝在X軸絲杠固定座15上，所述的X軸絲杠固定座15固定在X軸基座11上，在沿水平方向設置的X軸移動平板16上安裝有X軸絲杠螺母13，所述的X軸絲杠與X軸絲杠螺母組成X軸絲杠螺母副，在所述的X軸移動平板16的左右兩側分別沿X軸方向安裝有X軸滑軌，在所述的X軸基座11的左右兩側分別安裝有能夠在X軸絲杠螺母副的帶動下在X軸滑軌內滑動的X軸滑塊。X軸移動平板16可帶動焊槍沿X軸正負方向移動，其移動范圍由X軸絲杠螺母13的有效行程決定。當然所述的X軸移動模塊也可以采用齒輪齒條傳動等結構。所述的X軸運動輸出裝置可以包括X軸電機，所述的X軸電機的輸出軸和X軸減速器12固定相連，所述的X軸減速器12的輸出軸作為轉動輸出端與X軸絲杠固定相連。當然所述的X軸運動輸出裝置也可以采用伺服或步進電機驅動齒輪齒條傳動等結構。
[0021]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的Y軸移動模塊包括與X軸基座11的一端垂直固定相連的Y軸基座21，在所述的Y軸基座21的左右兩側分別沿Y軸方向固定有兩個Y軸導軌24，在所述的Y軸基座21上安裝有Y軸運動輸出裝置，所述的Y軸運動輸出裝置的轉動輸出端與沿Y軸方向設置的Y軸絲杠固定相連，Y軸絲杠的上下端分別通過軸承轉動安裝在上下兩個Y軸絲杠固定座25中，所述的兩個Y軸絲杠固定座25固定在Y軸基座21上，在一個Y軸移動平板26上固定有與Y軸絲杠螺紋連接的Y軸絲杠螺母23，所述的Y軸移動平板26通過安裝在Y軸移動平板26左右兩側的滑塊與相應側的Y軸導軌24上下滑動連接。所述的Y軸運動輸出裝置可以包括Y軸電機，所述的Y軸電機的輸出軸與Y軸減速器22相連，所述的Y軸減速器22的輸出軸作為轉動輸出端與Y軸絲杠固定相連。Y軸移動平板26可帶動焊槍沿Y軸正負方向移動，其移動范圍由Y軸絲杠螺母23的有效行程決定，當然所述的Y軸運動輸出裝置也可以采用伺服或步進電機驅動齒輪齒條傳動等結構。
[0022]所述的第一轉動模塊包括兩側分別通過一組所述的固定孔固定在高低調節(jié)座17上的第一轉動軸基座41，在所述的第一轉動軸基座41上沿Z軸方向轉動連接有一根旋轉軸，在所述的第一轉動軸基座41上固定有第一轉動軸步進電機42，所述的第一轉動軸步進電機42的轉軸通過同步帶輪結構43與轉軸轉動相連，所述的第二轉動模塊包括固定連接在所述的旋轉軸上的第二轉動軸基座51，所述的第二轉動軸基座51能夠在同步帶輪結構帶動下隨同轉軸繞Z軸旋轉，實現焊槍角度的調整，以保證不同焊縫和多層多道焊接的焊接質量。
[0023]在所述的第二轉動軸基座51上固定有第二轉動軸步進電機52，所述的第二轉動軸步進電機52的轉軸與曲柄滑塊機構53的曲柄的一端固定相連，所述的曲柄的另一端與曲柄滑塊的一端固定相連，一個曲柄滑軌沿Z軸方向固定在用于夾持焊槍55的夾持裝置54上，所述的曲柄滑塊與曲柄滑軌滑動連接以帶動焊槍繞X軸擺動，即沿焊縫方向擺動，可以實現起收弧和焊縫始末端盲區(qū)的焊接。
[0024]XYZ采用笛卡爾空間坐標系。
[0025]在現場進行焊接時，根據焊縫位置可先將軌道37安裝在工件表面的合適位置，再將焊接機器人安裝到軌道上，并在焊接前確保各軸的行程滿足焊接要求，必要時可通過重新安放軌道位置來調整X方向和Z方向距離以及通過高低調節(jié)座17調整Y方向距離。
【主權項】
1.一種輕量化的軌道式五軸焊接機器人，它包括輸出X軸方向運動的X軸移動模塊、輸出Y軸方向運動的Y軸移動模塊以及輸出Z軸方向運動的Z軸移動模塊，所述的Y軸移動模塊的Y軸方向運動輸出端與X軸移動模塊彼此垂直固定相連，其特征在于:它還包括第一轉動模塊和第二轉動模塊，在所述的X軸移動模塊的X軸方向運動輸出端上沿Y軸方向固定有高低調節(jié)座，在所述的高低調節(jié)座的兩側上下間隔的分別開有多個固定孔;所述的Z軸移動模塊包括軌道，在所述的軌道上沿Z軸方向固定有傳動齒條，所述的軌道能夠通過磁座吸附在待焊接工件表面，在所述的軌道上方設置有Z軸基座，在所述的Z軸基座上固定有Z軸轉動輸出裝置，在所述的Z軸轉動輸出裝置的轉動輸出端上固定有傳動齒輪，所述的傳動齒輪與傳動齒條嚙合配合，所述的Z軸基座前后兩側分別通過轉動連接在Z軸基座上的滾輪與軌道的前后兩側沿Z軸方向移動相連;所述的第一轉動模塊包括兩側分別通過一組所述的固定孔固定在高低調節(jié)座上的第一轉動軸基座，在所述的第一轉動軸基座上沿Z軸方向轉動連接有一根旋轉軸，在所述的第一轉動軸基座上固定有第一轉動軸步進電機，所述的第一轉動軸步進電機的轉軸通過同步帶輪結構與轉軸轉動相連，所述的第二轉動模塊包括固定連接在所述的旋轉軸上的第二轉動軸基座，所述的第二轉動軸基座能夠在同步帶輪結構帶動下隨同轉軸繞Z軸旋轉，在所述的第二轉動軸基座上固定有第二轉動軸步進電機，所述的第二轉動軸步進電機的轉軸與曲柄滑塊機構的曲柄的一端固定相連，所述的曲柄的另一端與曲柄滑塊的一端固定相連，一個曲柄滑軌沿Z軸方向固定在用于夾持焊槍的夾持裝置上，所述的曲柄滑塊與曲柄滑軌滑動連接以帶動焊槍繞X軸擺動。2.根據權利要求1所述的輕量化的軌道式五軸焊接機器人，其特征在于:在所述的滾輪的中間沿圓周方向開有凹槽，在所述的導軌的前后側壁上分別設置有能夠和所述的凹槽形狀相吻合的凸臺，所述的滾輪能夠沿插在凹槽內的凸臺前后滑移。3.根據權利要求2所述的輕量化的軌道式五軸焊接機器人，其特征在于:所述的凹槽采用V型槽，所述的凸臺采用V型凸臺。4.根據權利要求1-3之一所述的輕量化的軌道式五軸焊接機器人，其特征在于:所述的X軸移動模塊包括沿水平方向設置的X軸基座，在所述的X軸基座上固定有X軸運動輸出裝置，所述的X軸運動輸出裝置的沿Y軸方向設置的轉動輸出端與一個X軸絲杠固定相連，所述的X軸絲杠的上下端分別通過軸承轉動安裝在X軸絲杠固定座上，所述的X軸絲杠固定座固定在X軸基座上，在沿水平方向設置的X軸移動平板上安裝有X軸絲杠螺母，所述的X軸絲杠與X軸絲杠螺母組成X軸絲杠螺母副，在所述的X軸移動平板的左右兩側分別沿X軸方向安裝有X軸滑軌，在所述的X軸基座的左右兩側分別安裝有能夠在X軸絲杠螺母副的帶動下在X軸滑軌內滑動的X軸滑塊。5.根據權利要求1-3之一所述的輕量化的軌道式五軸焊接機器人，其特征在于:所述的Y軸移動模塊包括與X軸基座的一端垂直固定相連的Y軸基座，在所述的Y軸基座的左右兩側分別沿Y軸方向固定有兩個Y軸導軌，在所述的Y軸基座上安裝有Y軸運動輸出裝置，所述的Y軸運動輸出裝置的轉動輸出端與沿Y軸方向設置的Y軸絲杠固定相連，Y軸絲杠的上下端分別通過軸承轉動安裝在上下兩個Y軸絲杠固定座中，所述的兩個Y軸絲杠固定座固定在Y軸基座上，在一個Y軸移動平板上固定有與Y軸絲杠螺紋連接的Y軸絲杠螺母，所述的Y軸移動平板通過安裝在Y軸移動平板左右兩側的滑塊與相應側的Y軸導軌上下滑動連接。
【文檔編號】B23K9/12GK106041260SQ201610475180
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】王國棟, 馬文杰, 洪鷹, 倪雁冰, 李桓, 趙志豐
【申請人】天津大學