[發(fā)明專(zhuān)利]環(huán)縫焊接機(jī)器人裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010237301.8
• 申請(qǐng)日: 2010-07-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102049638A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪鷹;楊瑞軍;張智濤
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B23K37/00
• 分類(lèi)號(hào): B23K37/00;B25J9/02;B25J19/00
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 董一寧

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能焊接機(jī)器人，具體涉及一種機(jī)器人對(duì)大型球冠面工件與管件進(jìn)行焊接的裝置。

背景技術(shù)

焊接機(jī)器人一般由多個(gè)關(guān)節(jié)組成操作手臂或其它形式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)末端夾持焊槍等焊接輔助裝置，在焊接操作空間內(nèi)完成工件焊接所要求的焊縫軌跡運(yùn)動(dòng)，它是一種能夠完成較為復(fù)雜工件的自動(dòng)化焊接裝置。但對(duì)于具有特殊質(zhì)量要求以及工件更為復(fù)雜的焊接工程，現(xiàn)有機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仍然不能滿(mǎn)足當(dāng)前某些工程的需要。例如，核反應(yīng)堆壓力容進(jìn)出口接管與主管道之間的連接，其坡口形式為J型，且與球面相冠，要求焊接后變形小。由于焊接空間和焊接變形的特殊要求，需要采用六自由度的機(jī)械手臂，以完成特定條件下的焊接。

2009年公開(kāi)了由中科院申請(qǐng)的“一種大型工件焊接機(jī)器人裝置”發(fā)明專(zhuān)利[公開(kāi)號(hào)：CN101456182]，這種裝置采用視覺(jué)方法感知焊接工件定位信息和焊縫信息，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大范圍高精度跟蹤焊接。而當(dāng)焊接機(jī)器人需要間斷性焊接以及對(duì)焊接空間和軌跡有特殊要求的情況下，該種焊接機(jī)器人無(wú)法達(dá)到要求。中國(guó)石油化工集團(tuán)與哈爾濱工程大學(xué)研制的接管焊接機(jī)器人采用懸掛式四自由度結(jié)構(gòu)[杜宏旺等，接管焊接機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)及軌跡修正.?焊接學(xué)報(bào),?2009,?(07):45-48]，這種焊接機(jī)器人屬于專(zhuān)用焊接機(jī)器人，能滿(mǎn)足特定情況下的管狀件焊接要求。但是當(dāng)焊接部件尺寸較大、焊縫分布分散或者連續(xù)焊接時(shí)，機(jī)器人則需要安裝在大型空間平臺(tái)上，需要結(jié)合視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)跟蹤，完成特定情況下的焊接。唐山開(kāi)元機(jī)器人系統(tǒng)有限公司與日本日立公司共同開(kāi)發(fā)了核電壓力容器J型坡口自動(dòng)焊接機(jī)[李漢宏，核電壓力容器J型坡口自動(dòng)焊接.電焊機(jī),?2010,?(02):84-87]，雖能夠完成特定要求的焊接，但其所采用的半周焊接方式由于溫差難于控制，熔池堆積物成分復(fù)雜，導(dǎo)致焊縫成型不均勻，影響焊接質(zhì)量。

因此上述公開(kāi)的焊接技術(shù)尚無(wú)法滿(mǎn)足管件與球面相冠，并且焊接后變形較小的焊接裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)球冠面工件與管件進(jìn)行焊接的機(jī)器人裝置。

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的原理和技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明。環(huán)縫焊接機(jī)器人具有十個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，一個(gè)宏觀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，兩個(gè)宏觀平移運(yùn)動(dòng)軸，四個(gè)微動(dòng)平移運(yùn)動(dòng)軸和三個(gè)微動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。裝置包括機(jī)架、機(jī)頭、焊接輔助裝置及控制系統(tǒng)等。其中機(jī)架包括：固定底座、立柱、橫梁。機(jī)頭包括：滑套、十字滑臺(tái)、滑環(huán)系統(tǒng)、六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的軸系和焊槍。焊接輔助裝置包括：焊接電源和焊絲。控制系統(tǒng)包括：焊接控制系統(tǒng)、視覺(jué)控制系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。機(jī)器人由機(jī)架提供大范圍運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)機(jī)器人本體到焊接位置，由機(jī)頭十字滑臺(tái)機(jī)構(gòu)對(duì)微觀運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)六自由度環(huán)縫焊接。

機(jī)架部分的結(jié)構(gòu)原理為：立柱繞底座旋轉(zhuǎn)，橫梁與立柱以滑塊結(jié)構(gòu)構(gòu)成T形機(jī)架，橫梁沿立柱上下移動(dòng)，滑套作為機(jī)頭部分與機(jī)架部分的連接件。機(jī)架是一個(gè)宏觀平動(dòng)機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)方向滿(mǎn)足柱坐標(biāo)系R、Z軸及轉(zhuǎn)角Ф。即立柱繞Z軸沿Ф角轉(zhuǎn)動(dòng)，橫梁沿立柱（Z軸）上下平移，滑套沿橫梁（R軸）水平方向平移（如圖1）。滑套下方設(shè)有十字滑臺(tái)和滑環(huán)系統(tǒng)。其中十字滑臺(tái)由帶有滑道的上下兩塊滑板組成，兩塊滑板間可相互垂直移動(dòng)，用于補(bǔ)償焊槍短距離位移。十字滑臺(tái)的下方按順序同軸裝有滑環(huán)系統(tǒng)，滑環(huán)包括流體滑環(huán)和導(dǎo)線(xiàn)滑環(huán)。流體滑環(huán)用來(lái)裝配流體（液或氣）管線(xiàn)；導(dǎo)線(xiàn)滑環(huán)用來(lái)裝配線(xiàn)束。因?yàn)樵诤附訒r(shí)為了防止焊縫氧化，需要傳輸惰性氣體至焊槍周?chē)ＷC焊縫質(zhì)量；同時(shí)為了使焊接后焊縫熔池能迅速冷卻，需要采用液體（水）冷卻。同時(shí)為了完成機(jī)器人大范圍的轉(zhuǎn)移，并相對(duì)減少繞線(xiàn)，需要將線(xiàn)路整理好裝在機(jī)器人本體內(nèi)，遇到360度旋轉(zhuǎn)時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)可以自如隨動(dòng)。所以設(shè)置了滑環(huán)系統(tǒng)。

滑環(huán)系統(tǒng)下方安裝具有六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的軸系和焊具。六自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)包括：繞中心Z軸的圓周運(yùn)動(dòng)軸；沿垂直方向的運(yùn)動(dòng)軸；沿徑向方向的運(yùn)動(dòng)軸；徑向方向的擺動(dòng)軸；切向方向的擺動(dòng)軸以及依切向方向擺動(dòng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸。這六個(gè)軸系的結(jié)構(gòu)方式為：垂直方向運(yùn)動(dòng)軸嵌套在圓周運(yùn)動(dòng)軸外側(cè)，垂直方向運(yùn)動(dòng)軸可沿圓周運(yùn)動(dòng)軸上下移動(dòng)。垂直方向運(yùn)動(dòng)軸凸臺(tái)下方組裝徑向方向運(yùn)動(dòng)軸。徑向方向擺動(dòng)軸的一端與徑向方向運(yùn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)軸連接；徑向方向擺動(dòng)軸的另一端與切向方向擺動(dòng)軸的軸臂轉(zhuǎn)軸連接。切向方向擺動(dòng)軸的軸臂前端中心裝有切向方向擺動(dòng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸，焊具裝于切向方向擺動(dòng)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸頂端。垂直方向的運(yùn)動(dòng)軸、徑向方向的運(yùn)動(dòng)軸、切向方向擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軸均做直線(xiàn)平移運(yùn)動(dòng)，三個(gè)軸均為導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)，由減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)滑塊平移。即將軸臂固連于滑塊上，由電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠帶動(dòng)導(dǎo)軌上的軸臂做平移運(yùn)動(dòng)。將絲杠的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為軸臂的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到控制精度要求。