管板焊接机器人的制作方法

1.本实用新型属于管板自动焊接技术领域，具体涉及一种管板焊接机器人。


背景技术：

2.管板，是在圆形钢板上钻出比管外径略大一些的孔，是换热器中起到固定管子以及密封介质作用的圆钢。管板主要用于化工容器，诸如列管式换热器、压力容器、锅炉、冷凝器中，起支撑固定列管的作用，管板的直径按照需要其最大直径可达六米，且管板上面有上千个孔，利用人工手动或者半自动焊接耗时时间长，生产效率低下，焊缝质量不能保证均一，次品率高。
3.虽然目前采用一些焊接机器人来对管板进行自动焊接，但是，这些焊接机器人多为十字轴式，且多数为六个自由度，不仅结构复杂，存在明显的自由度浪费，控制困难，而且，面对大型管板焊接工作时，这些焊接机器人设备体型大，占用空间大，不利于焊接工作的开展。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种管板焊接机器人，结构简单，体积小，容易控制，克服了六自由度机器人自由度浪费的缺点，克服了直角坐标型机器人体积大且工作空间小的缺点。
5.本实用新型所述的管板焊接机器人，包括底座以及设置在底座上的立柱，所述立柱能够在底座上作水平运动，在所述立柱的顶部设有转轴，转轴的轴线垂直于立柱的轴线，转轴连接摇臂，摇臂能够围绕转轴的轴线旋转，摇臂的一端设有焊接机头，且焊接机头能够在摇臂的臂体上移动。
6.进一步地，摇臂的另一端设有配重块。
7.进一步地，摇臂内包括依次串联的第一腔体、第二腔体以及第三腔体，焊接机头设置于第一腔体内，第二腔体内设有楔块，楔块上设置转轴孔，转轴与转轴孔通过键连接，配重块设置于第三腔体内。
8.进一步地，所述第三腔体内设有空心导管，所述配重块设置在第三腔体内的端部，且嵌套在空心导管上，在所述空心导管上设有挡块，所述挡块与配重块之间设有弹性元件。
9.进一步地，第一腔体内设有摇臂丝杠，摇臂丝杠上摇臂滑块，所述摇臂滑块连接焊接机头。
10.进一步地，在所述第二腔体内设有联轴器和摇臂丝杠驱动电机，所述联轴器与摇臂丝杠相连接，所述摇臂丝杠驱动电机通过传动机构与联轴器相连接。
11.进一步地，所述底座上设有水平放置的底座丝杠，底座丝杠设有底座滑块，底座滑块连接底板，底板固定连接立柱的底部。
12.进一步地，底座丝杠一侧或两侧设有滑杆，滑杆与底座丝杠并排布置，所述滑杆上设有辅助滑块，所述辅助滑块与底板相连接。
13.进一步地，立柱的顶部可拆卸地连接驱动箱体，转轴设置在驱动箱体内，所述驱动箱体内设有控制转轴旋转的驱动件。
14.进一步地，驱动箱体的顶部设有顶盖，所述顶盖通过合页与驱动箱体相连接。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
16.1、本实用新型提供的管板焊接机器人仅仅通过立柱在底座上的水平运动，摇臂围绕转轴轴线旋转以及焊接机头在摇臂的臂体上移动，这三个自由度实现了对管板的焊接，相比多自由焊接机器人，结构简单，体积小，容易控制，克服了六自由度机器人自由度浪费的缺点，克服了直角坐标型机器人体积大且工作空间小的缺点。
17.2、通过在摇臂的一端设置焊接机头，摇臂的另一端设置配重块，平衡了焊接机头产生的颠覆力矩，提高了焊接过程中的稳定性。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人的结构图；
19.图2是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人中底座的结构示意图；
20.图3是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人中立柱的结构示意图；
21.图4是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人中摇臂部分的整体示意图；
22.图5是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人中摇臂配重块处的结构图；
23.图6是本实用新型实施例提供的管板焊接机器人中摇臂中心驱动组部分的细节图。
24.图中：1、底座；2、立柱；3、摇臂；4、焊接机头；
25.111、步进电机；112、前挡板；113、右挡板；114、底座滑块；115、辅助滑块；116、底座丝杠；117、滑杆；118、后挡板；119、拧头；120、底板；121、左挡板；
26.21、中心支架；22、驱动箱体；23、驱动轴；24、合页；25、伺服电机；26、连接板；
27.311、配重块；312、外壳；313、摇臂滑块；314、摇臂丝杠；
28.321、联轴器；322、同步带；323、楔块；324、伺服电机；
29.331、空心导管；332、挡块；333、弹簧。
具体实施方式
30.实施例1
31.如图1所示，本实用新型实施例提供了管板焊接机器人，该管板焊接机器人包括底座1，在所述底座设有一根竖直放置的立柱2，所述立柱2能够在底座1上作水平运动，在所述立柱的顶部设有转轴，转轴的轴线垂直于立柱的轴线，转轴连接摇臂3，摇臂3能够围绕转轴的轴线旋转，摇臂的一端设有焊接机头4，且焊接机头能够在摇臂的臂体上移动；摇臂另一端设有配重块。
32.所以，本实施例提供的管板焊接机器人仅有三个自由度进行控制，控制简单且不会存在自由度浪费，其采用圆柱坐标，在缩小机器人体积的同时提高机器人的工作空间范围。
33.优选地，本实施例中的含焊接机头可以采用市面上的带视觉的焊接工装，用于提高焊接精度。
34.具体地，参见图2所示，本实施例中的所述底座1为一个矩形框架，所述矩形框架主要是由前挡板112、后挡板118、左挡板121以及右挡板113组成的框架结构，在所述前挡板和后挡板的中间位置设有底座丝杠116，在所述底座丝杠116的两侧分别设有一个滑杆117，底座丝杠116与滑杆117并排布置，所述滑杆117长度方向的两端分别与前挡板和后挡板相连接。也可以在底座丝杠116一侧仅设有一个滑杆117。
35.进一步，在所述底座丝杠116上设有底座滑块114，所述底座滑块114与底座丝杠116滑动连接，通过底座丝杠116的自转可以实现底座滑块114在底座丝杠116上进行移动，所述滑杆上设有辅助滑块115，所述辅助滑块115通过轴承设置在滑杆117上，所述辅助滑块115和底座滑块114统一连接底板120，所述立柱的底部连接底板120上，这样通过底板的运动可以实现立柱2在水平方向上的移动。底座丝杠和滑杆共同对立柱起到支撑作用，立柱在底座丝杠和滑杆上移动更加稳定，能够提高管板焊接机器人工作定位精度，更容易精准控制立柱移动位置。
36.在本实施例中的前挡板的外侧中间位置上连接有步进电机111，所述步进电机的输出轴通过联轴器与底座丝杠116的端部相连接，在所述后挡板的外侧中间位置上设有拧头119用于避免底座丝杠116从后挡板上脱离。
37.所以，本实施例中所述的底座通过内部的一根底座丝杠116和两根滑杆117组成的一个自由度的通道。工作时步进电机驱动使得立柱连接的底板具有一个自由度的移动范围。
38.参见图3所示，在本实施例中的所述立柱2主要包括中心支架21，中心支架21为支撑结构件，中心支架21用于稳定和支撑作用，所述中心支架21的底部直接焊接在底板120上，或者中心支架21通过螺栓连接在底板上。
39.所述中心支架21的顶部两侧分别通过l形连接板连接一个驱动箱体22，驱动箱体22底部可以设有连接板26，连接板26可以通过螺栓连接立柱。如图3所示，所述驱动箱体22内安装有伺服电机25，所述伺服电机的输出轴通过联轴器与驱动轴23相连接，所述驱动轴23的中心线与立柱2的中心线相垂直，所述驱动轴23用于连接摇臂，这样又可以提供一个旋转自由度。
40.所述驱动箱体22的顶部开口边缘处设有合页24，通过所述合页可以与箱体的顶盖相连接，这样当驱动箱体内部出现问题需要修复的时候，可以直接打开箱体的顶盖进行检修。
41.进一步地，如图4所示，在本实施中的所述摇臂包括外壳312，在所述外壳312内部在长度方向主要由三部分组成，分别由第一腔体、第二腔体以及第三腔体组成，这三个腔体相互串联，其中第三腔体内部设有配重块311，第二腔体与立柱顶部的驱动轴相连接，主要用于驱动所述的摇臂转动，在所述第三腔体的内部设有摇臂滑块313，所述摇臂滑块313能够在第三腔体内滑动，所述摇臂滑块313直接连接焊接机头4相连接，这样为焊接机构提供一个方向的自由度。
42.本实施中所述第三腔体内设有配重块311，主要是为了避免当摇臂在转动的时候，由于第一腔体上连接焊接机头4，焊接机头4会有一定的重量产生移动的力矩，所以通过在第三腔体放置配重块来平衡焊接机头产生的颠覆力矩。
43.参见图5所示，所述第三腔体内还设有空心导管331，所述空心导管331可以设置在
第三腔体的中心，与第三腔体的轴线相重合，所述空心导管主要是用于支撑配重块，所述配重块嵌套在空心导管上，配重块设置在空心导管的端部，在所述空心导管上设有挡块332，所述挡块332通过底部挂钩安装在空心导管331内，挡块332与配重块之间设有弹性元件，弹性元件可以为弹簧333，弹性元件也可以为弹片。通过弹簧333的拉力，档块锁住配重块以提高其稳定性。
44.为了实现在所述第一腔体内摇臂滑块313的移动，参见图3所示，所述第一腔体内设有摇臂丝杠314，所述摇臂丝杠314可以设置在第一腔体的中心，所述摇臂丝杠314上设有摇臂滑块313，摇臂滑块313连接焊接机头，通过摇臂丝杠的转动从而实现摇臂滑块的移动，带动焊接机头移动。
45.为了实现摇臂丝杠的转动，参见图6所示，所述第二腔体内的中心设有楔块323，楔块323上设有转轴孔，所述楔块与所述驱动轴通过键连接，这样可以实现摇臂的转动。
46.进一步地，在第二腔体内所述楔块323的底部还设有伺服电机324，在所述第二腔体与第一腔体相对接的地方设有联轴器321，伺服电机324通过同步带322与所述联轴器321相连接，所述联轴器321再与第一腔体内的摇臂丝杠相连接，这样通过驱动伺服电机324，从而带动第一腔体内的摇臂丝杠进行转动，从而实现摇臂滑块在第一腔体内的移动。
47.上述实施例中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本实用新型的限制，仅为描述方便。