專利名稱：曲面鋼板水火成型機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人，其屬于大型復(fù)雜曲面鋼板加工自動(dòng)化智能設(shè)備。
在現(xiàn)有的造船生產(chǎn)中，從前期的船舶設(shè)計(jì)，板材號(hào)料和下料，到后期的船體裝配都已基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化，機(jī)械化和自動(dòng)化流水線。而船體復(fù)雜曲面鋼板水火加工成型工藝仍然憑經(jīng)驗(yàn)靠手工操作，即由人工使用氧氣乙炔火焰進(jìn)行局部線狀加熱后用水冷卻的方法來(lái)完成的，作業(yè)工人直接接觸火焰和水蒸氣，勞動(dòng)環(huán)境惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大。由于有經(jīng)驗(yàn)的老工人近年來(lái)急劇減少，青年工人在短時(shí)期內(nèi)還難以掌握這一復(fù)雜技術(shù)，所以造成這項(xiàng)技術(shù)后繼乏人，直接影響各造船廠的生產(chǎn)進(jìn)度、造船質(zhì)量和造船周期。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人，采用現(xiàn)有的微機(jī)控制技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合，配以相應(yīng)的控制軟件來(lái)自動(dòng)完成行走、測(cè)量、調(diào)整、噴火和噴水等作業(yè)。該裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，加工精度高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，能滿足各種板材被加工成所要求曲面的自動(dòng)化作業(yè)。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人，它由行走機(jī)構(gòu)、控制器、機(jī)械手和控制軟件組成，控制器按控制軟件控制機(jī)器人完成自動(dòng)行走和機(jī)械手的自動(dòng)操作。機(jī)械手沿Y向橫梁的移動(dòng)靠齒形皮帶傳動(dòng)；機(jī)械手沿Z向調(diào)高架的移動(dòng)靠絲杠傳動(dòng)；Z1機(jī)械手和Z2機(jī)械手固定在旋轉(zhuǎn)架上可繞X1-X1軸旋轉(zhuǎn)Z1機(jī)械手可沿Z1-Z1軸靠絲杠移動(dòng)，也可沿X2-X2軸靠絲杠移動(dòng)；Z2機(jī)械手只能沿Z2-Z2軸靠絲杠移動(dòng)。本實(shí)用新型的特殊之處在于上述的行走機(jī)構(gòu)由龍門(mén)架、4個(gè)滾輪和2個(gè)X向?qū)к壗M成。龍門(mén)架由2個(gè)立柱和Y向橫梁構(gòu)成，每個(gè)立柱下裝有座落在X向?qū)к壣系?個(gè)滾輪，固定在立柱上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)與X向?qū)к墏?cè)面齒條嚙合的齒輪。上述的Z1機(jī)械手和Z2機(jī)械手上都裝有一個(gè)噴火頭和4個(gè)噴水頭。
上述的龍門(mén)架沿X向?qū)к壍男谐虨?1～16m；機(jī)械手沿Y向橫梁的行程為3～6m；機(jī)械手沿Z向調(diào)高架的行程為0.5～2m；Z1機(jī)械手在X1-X1軸上相對(duì)于Z2機(jī)械手之間的可調(diào)行程為200～600mm；Z1機(jī)械手在Z1-Z1軸向的可調(diào)行程為50～150mm；Z2機(jī)械手在Z2-Z2軸向的可調(diào)行程也為50～150mm；旋轉(zhuǎn)架可使Z1機(jī)械手和Z2機(jī)械手以垂直面為基準(zhǔn)向左右的可調(diào)角度各為45°。
上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是這種曲面鋼板水火成型機(jī)器人是模仿人工采用火燒水澆讓鋼板變形后定型成所要求曲面的工作過(guò)程，該機(jī)器人除了應(yīng)裝備微機(jī)控制器和控制軟件以外，機(jī)器人應(yīng)行走和操作自如。因此機(jī)器人的機(jī)械手在三維空間具有4個(gè)自由度，即X向、Y向、Z向和繞X1-X1軸旋轉(zhuǎn)。此外，Z1機(jī)械手可在Z1-Z1軸和X2-X2軸向微調(diào)，Z2機(jī)械手也可在Z2-Z2軸向微調(diào)，以便于對(duì)作業(yè)點(diǎn)的精確選控。機(jī)器人的行走和機(jī)械手的傳動(dòng)采用傳統(tǒng)的齒輪齒條傳動(dòng)、齒形皮帶傳動(dòng)和絲杠傳動(dòng)，配以減速器、制動(dòng)器和電機(jī)很容易由微機(jī)進(jìn)行精確控制。電驅(qū)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、造價(jià)低廉。機(jī)器人的行走行程，機(jī)械手的工作行程和微調(diào)量，能滿足國(guó)內(nèi)外各種型號(hào)鋼板的加工要求。所以該機(jī)器人不僅可用于船舶制造，也可用于大型金屬容器的制造、海上油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)的大型支腳的制造和大型鋼結(jié)構(gòu)的制造等。
本實(shí)用新型的效果在于這種曲面鋼板水火成型機(jī)器人由于采用微機(jī)控制技術(shù)和控制軟件，機(jī)器人的行走和機(jī)械手的操作采用機(jī)械傳動(dòng)，使其能自動(dòng)完成行走、測(cè)量、調(diào)整、噴火和噴水等作業(yè)。該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，加工精度高，能滿足各種板材被加工成所要求曲面的自動(dòng)化作業(yè)。造船廠使用這種設(shè)備不僅能成倍增加該工序的生產(chǎn)量，保證了后續(xù)工作船體裝配的加工質(zhì)量，而且能從整體上提高造船速度，為全面實(shí)現(xiàn)整船建造的精度控制創(chuàng)造有利的條件。


附圖1是一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
下面是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)對(duì)該實(shí)施例的描述和附圖給出本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)。
圖1是一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，龍門(mén)架由2個(gè)立柱(1)和Y向橫梁(2)構(gòu)成，每個(gè)立柱(1)下裝有2個(gè)滾輪(3)，滾輪(3)可在X向?qū)к?4)上滑動(dòng)，帶有制動(dòng)器和減速器的電機(jī)(5)固定在立柱(1)上，電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)安裝在與X向?qū)к?4)側(cè)面的齒條(7)嚙合的齒輪(6)，龍門(mén)架最大行程為13.5m、最大速度為0.2m/s，最大加速度為0.137m/s2在Y向橫梁(2)內(nèi)裝有使Z向調(diào)高架(8)在Y向移動(dòng)的齒形皮帶傳動(dòng)裝置，帶制動(dòng)器和減速器的電機(jī)(20)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)皮帶輪經(jīng)齒形皮帶讓從動(dòng)皮帶輪帶動(dòng)Z向調(diào)高架(8)沿Y向橫梁(2)的滑道移動(dòng)，Z向調(diào)高架(8)在Y向的最大行程為4.3m、最大速度為0.5m/s，最大加速度為1.237m/s2。
安裝在Z向調(diào)高架(8)上的機(jī)械手由旋轉(zhuǎn)架(11)、Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)組成，通過(guò)帶制動(dòng)器的電機(jī)(19)經(jīng)絲杠可使機(jī)械手沿Z向調(diào)高架(8)的滑道移動(dòng)，機(jī)械手的Z向最大行程為1.2m，最大速度為0.5m/s，最大加速度為0.851m/s2。
帶制動(dòng)器和減速器的電機(jī)(16)經(jīng)驅(qū)動(dòng)器(21)使旋轉(zhuǎn)架(11)以X1-X1的垂直面為基準(zhǔn)向左右的可調(diào)角度各為45°。
Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)都安裝在旋轉(zhuǎn)架(11)上。Z1機(jī)械手(9)通過(guò)電機(jī)(18)經(jīng)絲杠(26)沿2個(gè)光杠(25)在Z1-Z1軸向移動(dòng)，最大行程為96mm；Z1機(jī)械手(9)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)(15)經(jīng)絲杠(24)沿旋轉(zhuǎn)架(11)上的滑道在X2-X2軸向移動(dòng)，借以調(diào)節(jié)2個(gè)噴火頭(12)之間的距離，調(diào)節(jié)范圍為200～450mm。Z2機(jī)械手(10)通過(guò)電機(jī)(17)經(jīng)絲杠(23)沿2個(gè)光杠(22)在Z2-Z2軸向移動(dòng)，最大行程為96mm。
在Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)上都設(shè)有一個(gè)噴火頭(12)和4個(gè)噴水頭(13)。噴火頭(12)使用的丙烷和氧氣，噴水頭(13)使用的水經(jīng)安裝在閥箱(14)中的電磁閥控制供給。
上述的曲面鋼板水火成型機(jī)器人由微機(jī)控制器按控制軟件和輸入的加工數(shù)據(jù)自動(dòng)行走尋找工作點(diǎn)，然后通過(guò)各種傳感器對(duì)現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)量，自動(dòng)調(diào)整機(jī)械手的工位，點(diǎn)火對(duì)鋼板進(jìn)行無(wú)氧加熱，邊加熱邊測(cè)量鋼板的變形，在達(dá)到變形要求時(shí)噴水冷卻使鋼板定型。然后機(jī)器人自動(dòng)走到下一個(gè)工作點(diǎn)，依此類推。
權(quán)利要求1.一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人，它由行走機(jī)構(gòu)、控制器、機(jī)械手和控制軟件組成，控制器按控制軟件控制機(jī)器人完成自動(dòng)行走和機(jī)械手的自動(dòng)操作，機(jī)械手沿Y向橫梁(2)的移動(dòng)靠齒形皮帶傳動(dòng)，機(jī)械手沿Z向調(diào)高架(8)的移動(dòng)靠絲杠傳動(dòng)，Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)固定在旋轉(zhuǎn)架(11)上，可繞X1-X1軸旋轉(zhuǎn)，Z1機(jī)械手(9)可沿Z1-Z1軸靠絲杠移動(dòng)，也可沿X2-X2軸靠絲杠移動(dòng)，Z2機(jī)械手只能沿Z2-Z2軸靠絲杠移動(dòng)，本實(shí)用新型的特征在于，上述的行走機(jī)構(gòu)由龍門(mén)架、4個(gè)滾輪(3)和2個(gè)X向?qū)к?4)組成，龍門(mén)架由2個(gè)立柱(1)和Y向橫梁(2)構(gòu)成，每個(gè)立柱(1)下裝有座落在X向?qū)к?4)上的2個(gè)滾輪(3)，固定在立柱(1)上的電機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)與X向?qū)к?4)側(cè)面齒條(7)嚙合的齒輪(6)，上述的Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)上都裝有一個(gè)噴火頭(12)和4個(gè)噴水頭(13)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的曲面鋼板水火成型機(jī)器人，其特征在于，上述的龍門(mén)架沿X向?qū)к?4)的行程為11～16m，機(jī)械手沿Y向橫梁(2)的行程為3～6m，機(jī)械手沿Z向調(diào)高架(8)的行程為0.5～2m，Z1機(jī)械手(9)在X2-X2軸上相對(duì)于Z2機(jī)械手(10)之間的可調(diào)行程為200～600mm，Z1機(jī)械手(9)在Z1-Z1軸向的可調(diào)行程為50～150mm，Z2機(jī)械手(10)在Z2-Z2軸向的可調(diào)行程也為50～150mm，旋轉(zhuǎn)架(11)可使Z1機(jī)械手(9)和Z2機(jī)械手(10)以垂直面為基準(zhǔn)向左右的可調(diào)角度各為45°。
專利摘要一種曲面鋼板水火成型機(jī)器人,其屬于大型復(fù)雜曲面鋼板加工自動(dòng)化智能設(shè)備。該機(jī)器人由微機(jī)控制器、控制軟件、行走機(jī)構(gòu)和機(jī)械手組成,行走機(jī)構(gòu)和機(jī)械手采用機(jī)械傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工作可靠,能自動(dòng)完成行走、測(cè)量、調(diào)整、點(diǎn)火和噴水等作業(yè),可把各種板材加工成所要求的曲面,加工精度高。該設(shè)備不僅廣泛應(yīng)用于船舶制造業(yè),可縮短造船周期,提高造船質(zhì)量,增強(qiáng)國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力,而且深受大型金屬容器、海上油氣開(kāi)發(fā)平臺(tái)的大型支腳和大型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)的歡迎。
文檔編號(hào)B25J5/02GK2505244SQ0125085
公開(kāi)日2002年8月14日 申請(qǐng)日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月25日
發(fā)明者紀(jì)卓尚, 劉玉君, 鄧燕萍, 金世良, 于文喜, 郭洪仁 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué), 大連新船重工有限責(zé)任公司