專利名稱：一種用于大厚板mig/mag多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接影響其制造效率及質(zhì)量，機(jī)器人自動(dòng)化、智能化焊接是解決這一問題的主要手段。對(duì)于大型鋼結(jié)構(gòu)的焊接，部件本身結(jié)構(gòu)、重量影響不適合旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)，因此不適合專機(jī)或固定式機(jī)械手作業(yè)。在的重要部件上，保證穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，是其關(guān)鍵問題。受焊接工人情緒、焊接勞動(dòng)強(qiáng)度的影響，手工MIG/MAG多層多道焊接質(zhì)量很難 得以穩(wěn)定。機(jī)器人焊接系統(tǒng)一般由焊接承載機(jī)構(gòu)、焊接系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。承載機(jī)構(gòu)又分為固定式工業(yè)機(jī)械手、軌道式小車、自主移動(dòng)式機(jī)構(gòu)；焊接系統(tǒng)由MIG/MAG焊接電源、焊槍、保護(hù)氣、送絲機(jī)構(gòu)等組成；控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)承載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)、跟蹤、焊接質(zhì)量控制等。目前常用的大型鋼結(jié)構(gòu)焊接的是軌道式機(jī)器人焊接系統(tǒng)，該系統(tǒng)由機(jī)器人運(yùn)行軌道、機(jī)器人及焊接系統(tǒng)組成，使用時(shí)需要預(yù)先進(jìn)行軌道鋪設(shè)，僅適用于能夠鋪設(shè)軌道的焊縫，并且軌道的柔性在一定范圍內(nèi)，無法適應(yīng)焊縫形式的變換。大型設(shè)備屬于單件小批量產(chǎn)品，多數(shù)焊縫是非標(biāo)結(jié)構(gòu)，焊縫整體結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，因此，這種軌道式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到限制。如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01010180754. 1，申請(qǐng)日為2010年5月14日，名稱為“焊接設(shè)定裝置、焊接機(jī)器人系統(tǒng)及焊接設(shè)定方法”的發(fā)明專利，其主要技術(shù)方案為一種同時(shí)多層堆焊設(shè)定裝置，具備層疊圖案確定部，其基于各輸入數(shù)據(jù)和層疊圖案數(shù)據(jù)基值，確定與對(duì)象的接頭對(duì)應(yīng)的焊道的層疊圖案；單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)用焊道確定部，其在對(duì)象的兩個(gè)接頭的層疊圖案中，表示對(duì)焊道進(jìn)行組合時(shí)的熔敷金屬量的剖面面積的差值超過預(yù)定的閾值時(shí)，將剖面面積大的一方的焊道作為單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)用焊道排除之后，確定同時(shí)焊接的組合；焊接諸條件確定部，其確定包含與基于輸入焊接條件算出的焊絲送給速度相對(duì)應(yīng)的電流值及接縫形成位置的每個(gè)焊道焊接條件；動(dòng)作程序生成部，其生成基于確定的焊接條件的機(jī)器人動(dòng)作程序，并設(shè)定在機(jī)器人控制裝置內(nèi)。上述專利的焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用軌道式排布，無法實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤識(shí)別及自主移動(dòng)功能，而且該焊接系統(tǒng)適合流水線形式的焊接并不適合對(duì)大型鋼結(jié)構(gòu)件實(shí)行自主焊接，焊縫類型區(qū)別較大。又如專利申請(qǐng)?zhí)枮?01019063009. 6，申請(qǐng)日為2010年2月5日，名稱為“一種用
于注塑機(jī)機(jī)架的焊接機(jī)器人工作站系統(tǒng)”的發(fā)明專利，包括焊接機(jī)器人、焊接裝置、機(jī)器人移動(dòng)滑臺(tái)、焊槍冷卻裝置、智能尋位跟蹤裝置和機(jī)器人控制箱，焊接機(jī)器人安裝在機(jī)器人移動(dòng)滑臺(tái)上；焊接裝置分別與焊接機(jī)器人和焊槍冷卻裝置連接；機(jī)器人控制箱分別與焊接機(jī)器人、機(jī)器人移動(dòng)滑臺(tái)、焊接裝置和智能尋位跟蹤裝置相連，用于控制焊接機(jī)器人的移動(dòng)和焊接。上述專利的焊接機(jī)器人系統(tǒng)采用軌道式機(jī)器人焊接系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人本體自動(dòng)跟蹤焊縫自由移動(dòng)并完成焊接而且該機(jī)器人針對(duì)注塑機(jī)機(jī)架焊接，焊縫類型范圍很有限。[0007]清華大學(xué)開發(fā)了履帶式磁吸附自主移動(dòng)焊接機(jī)器人，履帶式吸附移動(dòng)機(jī)構(gòu)吸附可靠性好但轉(zhuǎn)向性能差，造成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性差、作業(yè)位置調(diào)整困難。北京石油化工學(xué)院開發(fā)了磁輪式自主移動(dòng)焊接機(jī)器人，磁輪式吸附移動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活性好但吸附能力差，機(jī)器人吸附可靠性低。所以現(xiàn)有的自主移動(dòng)式焊接機(jī)器人存在運(yùn)動(dòng)靈活性和吸附能力不能兼具的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接自主移動(dòng)式機(jī)器人存在運(yùn)動(dòng)靈活性和吸附能力不能兼具的問題，現(xiàn)在特別提出能滿足大型鋼結(jié)構(gòu)全位置、高效高質(zhì)量智能焊接的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)，其特征在于 機(jī)器人本體包括爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)所述爬行機(jī)構(gòu)包括采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器；所述的操作機(jī)構(gòu)包括十字滑塊和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)前端夾持MIG/MAG焊槍，水平和垂直兩個(gè)方向的自由度由兩個(gè)絲杠導(dǎo)軌組合單元組合而成的十字滑塊實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)搭配蝸輪蝸桿減速器；控制系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、機(jī)器人本體控制箱和機(jī)器人主控系統(tǒng)；MIG/MAG焊接系統(tǒng)包括MIG/MAG焊槍、MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣和焊接冷卻系統(tǒng)；機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)三者通過線纜連接。MIG/MAG焊槍、MIG/MAG焊接電源以及MIG/MAG焊接系統(tǒng)之間的連接關(guān)系與其他焊接系統(tǒng)的焊槍、焊接電源以及焊接系統(tǒng)的連接關(guān)系存在明顯不同，但是上述不同之處以及具體如何連接是則本領(lǐng)域技術(shù)人員所知曉的。所述前輪模塊和后輪模塊分別安裝在車架兩端，在后輪模塊處設(shè)置有后輪底盤，后輪底盤上設(shè)置有永磁體；前輪模塊為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體和車輪，前輪的永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體；后輪模塊采用永磁間隙吸附方式，包括永磁間隙吸附裝置和車輪，永磁間隙吸附裝置包括環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體，永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙；所述爬行機(jī)構(gòu)采用三輪結(jié)構(gòu)，各車輪均為驅(qū)動(dòng)輪，依靠?jī)珊筝喌牟钏偌扒拜喌氖芸剞D(zhuǎn)向角實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向和直線運(yùn)動(dòng)。所述的操作機(jī)構(gòu)包括十字滑塊橫軸、十字滑塊縱軸、連接臂、焊縫跟蹤傳感器連接件和擺動(dòng)器連接件，十字滑塊橫軸與十字滑塊縱軸是分別包括步進(jìn)電機(jī)與精密滾珠絲杠導(dǎo)軌，焊縫跟蹤傳感器安裝在連接件的前端，擺動(dòng)器連接件安裝在連接臂的端部，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在擺動(dòng)器連接件上，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)前端夾持MIG/MAG焊槍，MIG/MAG焊槍夾持及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。[0020]所述傳感系統(tǒng)包括激光跟蹤傳感器、環(huán)境監(jiān)控傳感器和熔池監(jiān)控傳感器，操作機(jī)構(gòu)及環(huán)境監(jiān)控傳感器安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，操作機(jī)構(gòu)末端安裝激光跟蹤傳感器、熔池監(jiān)控傳感器和MIG/MAG焊槍，機(jī)器人本體控制箱安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，機(jī)器人控制箱與主控系統(tǒng)通過電纜相連；所述焊接系統(tǒng)MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣與機(jī)上部分的焊槍通過線纜相連。所述的機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作方式為機(jī)器人本體先由人工遙控至焊接作業(yè)起始點(diǎn)位置附近，再由機(jī)器人自主識(shí)別跟蹤焊縫實(shí)施焊接；機(jī)器人控制系統(tǒng)采用PCC或工業(yè)PC作為主控系統(tǒng)，各功能板塊為模塊化設(shè)計(jì)，利用激光跟蹤傳感器的反饋控制機(jī)器人本體爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；利用開關(guān)量控制焊接啟動(dòng)、停止等動(dòng)作；具備遠(yuǎn)程焊接參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能；具備宏觀焊接環(huán)境監(jiān)控及微觀焊接熔池監(jiān)控功能；具備手操盒遠(yuǎn)程控 制機(jī)器人系統(tǒng)功能。所述的機(jī)器人本體上設(shè)置有多自由度云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)宏觀焊接環(huán)境的監(jiān)控，采用熔池監(jiān)控傳感器實(shí)現(xiàn)微觀焊接熔池的監(jiān)控，云臺(tái)屬于傳感系統(tǒng)。所述的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，在進(jìn)行多層多道MIG/MAG焊接時(shí)，機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度范圍為0-600mm/min，操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊槍焊縫坡口對(duì)中的微調(diào)，底層焊接時(shí)保證背面成型；擺動(dòng)器實(shí)現(xiàn)焊槍姿態(tài)調(diào)整，采用月牙式擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-60°到+60°。所述的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，在進(jìn)行厚板布道時(shí)，設(shè)計(jì)兩端對(duì)稱布道，前道成型保證后道激光傳感跟蹤時(shí)的坡口特征點(diǎn)。所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪具體結(jié)構(gòu)為側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端安裝在車體固定框架上，另一端轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板、轉(zhuǎn)臺(tái)支撐立柱和轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺(tái)蓋板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，圓錐滾子軸承安裝在兩個(gè)支撐板上，轉(zhuǎn)向軸支承在圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸與60齒直齒齒輪連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板連接，20齒直齒錐齒輪固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪連接安裝在錐齒輪軸上，錐齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板的第一深溝球軸承支承，錐齒輪軸的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸的下端與轉(zhuǎn)向基板連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板連接，驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板連接，小同步帶輪軸與驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶輪軸上，前輪模塊永磁體和車輪軛鐵通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶輪和小同步帶輪之間由同步帶聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上，驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶傳動(dòng)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向軸，轉(zhuǎn)向軸下部安裝有車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及滾輪，所述轉(zhuǎn)向軸線與車輪軸線垂直正交。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于I、本實(shí)用新型所述的MIG/MAG多層多道焊接自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)爬行機(jī)構(gòu)采用接觸式磁輪吸附和非接觸式間隙吸附的復(fù)合方式以及三輪全驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)方式，機(jī)器人可在作業(yè)對(duì)象表面全位置自主靈活移動(dòng)、可靠吸附并實(shí)施全位置焊接作業(yè)，系統(tǒng)綜合性能好。2、本實(shí)用新型采用“宏觀遙控、微觀自主”的控制方式，可通過激光跟蹤傳感器自主識(shí)別跟蹤焊縫，具備遠(yuǎn)程焊接參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能；采用多自由度云臺(tái)實(shí)現(xiàn)工件環(huán)境監(jiān)控，完成焊前起始點(diǎn)宏觀操作；采用熔池監(jiān)控傳感器實(shí)現(xiàn)焊接過程的熔池微觀監(jiān)控。具備宏觀微觀焊接監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)了智能化焊接。3、本實(shí)用新型所述的操作和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)適用于爬行式焊接機(jī)器人，由操作機(jī)構(gòu)的十字滑塊提供Y軸和Z軸兩個(gè)自由度，由擺動(dòng)機(jī)構(gòu)為前段夾持的MIG/MAG焊槍提供一個(gè)繞X軸的旋轉(zhuǎn)自由度實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)功能。十字滑塊采用高精度滾珠絲杠導(dǎo)軌配合步進(jìn)電機(jī)組合而成，定位精度可以達(dá)到O. 02mm,以保證焊槍跟蹤焊縫的工藝精度要求。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由蝸輪蝸桿搭配步進(jìn)電機(jī)為焊槍提供旋轉(zhuǎn)自由度，輸出扭矩不小于10Nm，可以使焊槍以任意旋角為中心實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)焊接。4、本實(shí)用新型所述的操作機(jī)構(gòu)的連接臂臂展可手動(dòng)調(diào)節(jié)，最大臂展可達(dá)450_。焊 縫跟蹤傳感器的夾持機(jī)構(gòu)夾持位置可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，X軸可調(diào)范圍120_，Y軸最大可調(diào)范圍350mm, Z軸可調(diào)范圍100mm，較大的可調(diào)空間范圍保證多種焊接工藝下焊縫跟蹤傳感器位置可以適應(yīng)MIG/MAG焊槍的各種姿態(tài)需求。5、驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)與車輪軸之間通過同步帶傳動(dòng)，通過調(diào)節(jié)傳動(dòng)中心距可以獲得較大的安裝空間，安裝較大功率的驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)從而提高驅(qū)動(dòng)力矩。6、設(shè)置了獨(dú)立的轉(zhuǎn)向自由度且使轉(zhuǎn)向軸線與車輪軸線垂直正交，可以實(shí)現(xiàn)車輪的獨(dú)立轉(zhuǎn)向，提高爬壁機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活性。7、設(shè)置了被動(dòng)的側(cè)傾自由度且通過側(cè)傾限制塊限制側(cè)傾轉(zhuǎn)角在正負(fù)10度以內(nèi)，使爬壁機(jī)器人具有了較好的曲面適應(yīng)能力。8、側(cè)傾限制塊通過機(jī)械限位實(shí)現(xiàn)限制側(cè)傾角度的功能。9、所述轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)和車輪滾動(dòng)都設(shè)置有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。10、自主移動(dòng)式機(jī)器人結(jié)合MIG/MAG焊槍的優(yōu)點(diǎn)能自主移動(dòng)的達(dá)到在氬或富氬氣體保護(hù)下的焊接電弧穩(wěn)定，不但射滴過渡與射流過渡時(shí)電弧穩(wěn)定，而且在小電流MAG焊的短路過渡情況下，電弧對(duì)熔滴的排斥作用較小，從而保證了 MIG/MAG焊短路過渡的飛濺量減少50% ;由于MIG/MAG焊熔滴過渡均勻和穩(wěn)定，所以焊縫成形均勻、美觀；電弧氣氛的氧化性很弱，甚至無氧化性，MIG/MAG焊不但可以焊接碳鋼、高合金鋼，而且還可以焊接許多活潑金屬及其合金，如鋁及鋁合金、鎂及鎂合金；大大地提高了焊接工藝性和焊接效率。

圖I為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)的機(jī)器人本體圖。圖3為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)的爬行機(jī)構(gòu)。圖4為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)的爬行機(jī)構(gòu)后輪模塊部分。[0041]圖5為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)的操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型提出的大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人焊縫布道圖。圖7為永磁間隙吸附裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為前輪過轉(zhuǎn)向軸和錐齒輪軸的剖視圖。圖10為磁輪剖視圖。附圖中I操作機(jī)構(gòu)，2熔池監(jiān)控傳感器，3MIG/MAG焊槍，4激光跟蹤傳感器，5焊縫，6爬行機(jī)構(gòu)，7多自由度云臺(tái)，8機(jī)器人本體控制箱，9線纜，10焊接對(duì)象，11送絲機(jī)，12MIG/·MAG焊接電源，13保護(hù)氣，14焊接冷卻系統(tǒng)，15機(jī)器人主控系統(tǒng)，16遙控操作盒。17前輪模塊，18車架，19電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，20后輪模塊。21永磁體，22底盤，23車輪，24渦輪蝸桿減速器，25行星齒輪減速器，26電機(jī)。27同步帶，28減速器，29轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)板，30 . 20齒直齒錐齒輪。31轉(zhuǎn)向軸，32. 60齒圓柱齒輪，33. 19齒圓柱齒輪，34錐齒輪軸，35. 40齒直齒錐齒輪。36前輪模塊永磁體，37軛鐵。41十字滑塊橫軸、42十字滑塊縱軸、43連接臂、44焊縫跟蹤傳感器連接件、45擺動(dòng)器連接件，46擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，47焊槍，48焊縫跟蹤傳感器。
具體實(shí)施方式
一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)所述爬行機(jī)構(gòu)包括采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器；所述的操作機(jī)構(gòu)包括十字滑塊和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)前端夾持MIG/MAG焊槍，水平和垂直兩個(gè)方向的自由度由兩個(gè)絲杠導(dǎo)軌組合單元組合而成的十字滑塊實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)搭配蝸輪蝸桿減速器；控制系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、機(jī)器人本體控制箱和機(jī)器人主控系統(tǒng)；MIG/MAG焊接系統(tǒng)包括MIG/MAG焊槍、MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣和焊接冷卻系統(tǒng)；機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)三者通過線纜連接。前輪模塊和后輪模塊分別安裝在車架兩端,在后輪模塊處設(shè)置有后輪底盤,后輪底盤上設(shè)置有永磁體；前輪模塊為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體和車輪，前輪的永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體；后輪模塊采用永磁間隙吸附方式，包括永磁間隙吸附裝置和車輪，永磁間隙吸附裝置包括環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體，永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙；所述爬行機(jī)構(gòu)采用三輪結(jié)構(gòu)，各車輪均為驅(qū)動(dòng)輪，依靠?jī)珊筝喌牟钏偌扒拜喌氖芸剞D(zhuǎn)向角實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向和直線運(yùn)動(dòng)。操作機(jī)構(gòu)包括十字滑塊橫軸、十字滑塊縱軸、連接臂、焊縫跟蹤傳感器連接件和擺動(dòng)器連接件，十字滑塊橫軸與十字滑塊縱軸是分別包括步進(jìn)電機(jī)與精密滾珠絲杠導(dǎo)軌，焊縫跟蹤傳感器安裝在連接件的前端，擺動(dòng)器連接件安裝在連接臂的端部，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在擺動(dòng)器連接件上，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)前端夾持MIG/MAG焊槍，MIG/MAG焊槍夾持及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。傳感系統(tǒng)包括激光跟蹤傳感器、環(huán)境監(jiān)控傳感器和熔池監(jiān)控傳感器，操作機(jī)構(gòu)及環(huán)境監(jiān)控傳感器安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，操作機(jī)構(gòu)末端安裝激光跟蹤傳感器、熔池監(jiān)控傳感器和MIG/MAG焊槍，機(jī)器人本體控制箱安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，機(jī)器人控制箱與主控系統(tǒng)通過電纜相連；所述焊接系統(tǒng)MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣與機(jī)上部分的焊槍通過線纜相連。機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作方式為機(jī)器人本體先由人工遙控至焊接作業(yè)起始點(diǎn)位置附近，再由機(jī)器人自主識(shí)別跟蹤焊縫實(shí)施焊接；機(jī)器人控制系統(tǒng)采用PCC或工業(yè)PC作為主控系統(tǒng)，各功能板塊為模塊化設(shè)計(jì)，利用激光跟蹤傳感器的反饋控制機(jī)器人本體爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；利用開關(guān)量控制焊接啟動(dòng)、停止等動(dòng)作；具備遠(yuǎn)程焊接參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能；具備宏觀焊接環(huán)境監(jiān)控及微觀焊接熔池監(jiān)控功能；具備手操盒遠(yuǎn)程控制機(jī)器人系統(tǒng)功能?！C(jī)器人本體上設(shè)置有多自由度云臺(tái)，實(shí)現(xiàn)宏觀焊接環(huán)境的監(jiān)控，采用熔池監(jiān)控傳感器實(shí)現(xiàn)微觀焊接熔池的監(jiān)控，云臺(tái)屬于傳感系統(tǒng)。機(jī)器人焊接系統(tǒng)，在進(jìn)行多層多道MIG/MAG焊接時(shí)，機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度范圍為0-600mm/min，操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊槍焊縫坡口對(duì)中的微調(diào)，底層焊接時(shí)保證背面成型；擺動(dòng)器實(shí)現(xiàn)焊槍姿態(tài)調(diào)整，采用月牙式擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-60°到+60°。機(jī)器人焊接系統(tǒng)，在進(jìn)行厚板布道時(shí)，設(shè)計(jì)兩端對(duì)稱布道，前道成型保證后道激光傳感跟蹤時(shí)的坡口特征點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖I所示，MIG/MAG多層多道焊接自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、MIG/MAG焊接系統(tǒng)組成。機(jī)器人本體包括操作機(jī)構(gòu)和爬行機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)(多自由度云臺(tái)、激光跟蹤傳感器和熔池監(jiān)控傳感器)、機(jī)器人本體控制箱和機(jī)器人主控系統(tǒng)，MIG/MAG焊接系統(tǒng)包括MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣和焊接冷卻系統(tǒng)。機(jī)器人系統(tǒng)從空間上可分為行走在大型鋼結(jié)構(gòu)件表面上的“機(jī)上部分”和安裝于待作業(yè)表面之外的“機(jī)下部分”。機(jī)上部分包括機(jī)器人本體(操作機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu))、機(jī)器人本體控制箱、傳感系統(tǒng)、焊槍，傳感系統(tǒng)主要由激光跟蹤傳感器、環(huán)境監(jiān)控傳感器和熔池監(jiān)控傳感器組成。操作機(jī)構(gòu)及環(huán)境監(jiān)控傳感器安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，操作機(jī)構(gòu)末端安裝激光跟蹤傳感器、熔池監(jiān)控傳感器和焊槍，機(jī)器人本體控制箱安裝在爬行機(jī)構(gòu)上。機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)下部分包括控制主機(jī)、遙控操作、MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣、焊接冷卻系統(tǒng)。機(jī)上部分的機(jī)器人控制箱與機(jī)下部分的控制主機(jī)通過電纜相連，MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣與機(jī)上部分的焊槍通過線纜相連。線纜包含電管、水管、氣管和信號(hào)線。操作機(jī)構(gòu)末端帶有焊槍擺動(dòng)器，MIG/MAG焊槍夾持及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。機(jī)上部分包括機(jī)器人本體(操作機(jī)構(gòu)、爬行機(jī)構(gòu))、機(jī)器人本體控制箱、傳感系統(tǒng)(多自由度云臺(tái)、激光跟蹤傳感器和熔池監(jiān)控傳感器)、焊槍。操作機(jī)構(gòu)及多自由度云臺(tái)安裝在爬行機(jī)構(gòu)上，操作機(jī)構(gòu)末端安裝激光跟蹤傳感器、熔池監(jiān)控傳感器、焊槍，機(jī)器人本體控制箱安裝在爬行機(jī)構(gòu)上。其中爬行機(jī)構(gòu)和安裝在爬行機(jī)構(gòu)上的操作機(jī)構(gòu)合稱為機(jī)器人本體。機(jī)下部分包括機(jī)器人主控系統(tǒng)、遙控操作盒、MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣、焊接冷卻系統(tǒng)。機(jī)上部分的機(jī)器人本體控制箱與機(jī)下部分的機(jī)器人主控系統(tǒng)通過電纜相連，MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣與機(jī)上部分的焊槍通過線纜相連。線纜包含電管、水管、氣管和信號(hào)線。如圖2所示，機(jī)器人本體包括爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)。如圖3和圖4所示，爬行機(jī)構(gòu)包括采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊、連接前后輪的車架和安裝在車架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器。其中，后輪底盤采用低碳鋼(如Q235)制造，除作為支撐后輪結(jié)構(gòu)的功能外，還作為軛鐵與環(huán)繞車輪安裝在后輪底盤上的永磁體一起構(gòu)成磁路的一部分。電機(jī)后接二級(jí)減速器帶動(dòng)車輪，第一級(jí)為行星齒輪減速器，第二級(jí)為渦輪蝸桿減速器，渦輪蝸桿減速器通過螺釘連接安裝在后 輪底盤上。磁輪由I塊永磁體和2塊軛鐵構(gòu)成。所述永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體，永磁體可采用高性能永磁材料如NdFeB等制造,軛鐵采用低碳鋼(如Q235等)制造。如圖5所示，操作機(jī)構(gòu)主要由十字滑塊橫軸、十字滑塊縱軸、連接臂、焊縫跟蹤傳感器連接件、擺動(dòng)器連接件組成。十字滑塊橫軸與十字滑塊縱軸是分別由步進(jìn)電機(jī)與精密滾珠絲杠導(dǎo)軌組成。橫軸通過支架安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，縱軸安裝在橫軸滑塊上。橫軸提供Y軸自由度，工作范圍90mm ;縱軸提供Z軸自由度，工作范圍75mm。十字滑塊單軸定位精度O. 02mm。連接臂通過夾塊安裝在縱軸滑塊上，連接臂最大臂展450mm，并可通過調(diào)節(jié)夾塊夾持位置進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。焊縫跟蹤傳感器連接件夾持在連接臂上，手動(dòng)調(diào)節(jié)連接件的夾持位置可以為焊縫跟蹤傳感器提供350_的位置范圍。焊縫跟蹤傳感器安裝在連接件的前端，工作時(shí)向焊縫發(fā)射激光束并掃描焊縫，指導(dǎo)十字滑塊與移動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)作。擺動(dòng)器連接件安裝在連接臂的端部，連接件的高度可以手動(dòng)調(diào)節(jié)，為擺動(dòng)機(jī)構(gòu)提供Z軸向80_的調(diào)整范圍。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在連接件上，前端夾持焊槍。擺動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括步進(jìn)電機(jī)、蝸輪蝸桿減速器、焊槍夾持機(jī)構(gòu)。蝸輪蝸桿減速器由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)輸出扭矩，減速器輸出扭矩不小于10Nm。蝸輪蝸桿減速器輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)保證焊槍可以以任何角度的偏角為中心進(jìn)行擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度與頻率可以通過控制步進(jìn)電機(jī)輕松調(diào)整，經(jīng)過蝸輪蝸桿減速器減速，調(diào)節(jié)精度可達(dá)O. 03°，輕松滿足擺動(dòng)焊接的工藝要求。焊槍夾持機(jī)構(gòu)上設(shè)有一個(gè)可手動(dòng)調(diào)節(jié)角度的圓柱關(guān)節(jié)，圓柱關(guān)節(jié)軸心采用絕緣材料包覆，防止所夾持的焊槍上可能帶有的強(qiáng)電傳導(dǎo)至機(jī)器人本體，同時(shí)焊槍的俯仰姿態(tài)也可根據(jù)焊接工藝要求通過圓柱關(guān)節(jié)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整?？刂葡到y(tǒng)采用PCC或其他工業(yè)PC作為主控系統(tǒng)，各功能板塊為模塊化設(shè)計(jì)。利用激光跟蹤傳感器的反饋控制機(jī)器人本體爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)；利用開關(guān)量控制焊接啟動(dòng)、停止等動(dòng)作；具備遠(yuǎn)程焊接參數(shù)設(shè)置及在線調(diào)整功能；具采用多自由度云臺(tái)實(shí)現(xiàn)宏觀焊接環(huán)境的監(jiān)控，采用熔池監(jiān)控傳感器實(shí)現(xiàn)微觀焊接熔池的監(jiān)控；具備手操盒遠(yuǎn)程控制機(jī)器人系統(tǒng)功能。監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)①②的連接設(shè)置編程計(jì)算機(jī)控制器的參數(shù)，并且接受視頻服務(wù)器的視頻數(shù)據(jù)。可編程計(jì)算機(jī)控制器通過CAN總線③與手操盒、驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接。驅(qū)動(dòng)器控制著爬行執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操作執(zhí)行機(jī)構(gòu)可編程計(jì)算機(jī)控制器通過RS485總線④進(jìn)行焊機(jī)適配器的設(shè)置，通過RS232總線⑨和IO⑦讀取激光跟著傳感器和位置開關(guān)的狀態(tài)信息。視頻服務(wù)器通過視頻接口⑧⑩接受環(huán)境監(jiān)控云臺(tái)、環(huán)境監(jiān)控?cái)z像機(jī)、熔池監(jiān)控?cái)z像機(jī)的視頻信息。MIG/MAG多層多道焊接系統(tǒng)包含數(shù)字化MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣、焊接冷卻系統(tǒng)、焊槍。機(jī)器人主控系統(tǒng)通過RS485與MIG/MAG焊接電源進(jìn)行通訊，通過主機(jī)控制界面完成焊接參數(shù)設(shè)置及焊接參數(shù)在線調(diào)整，焊接啟動(dòng)及停止。在多層多道焊接時(shí)，布道不同，其焊接參數(shù)也有所變化，控制系統(tǒng)根據(jù)焊接經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了焊接參數(shù)初設(shè)，給操作者在不同布道上的參數(shù)設(shè)置提供參考。多層多道MIG/MAG焊槍采用I. 2和I. 6兩種焊絲，焊接時(shí)機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)速度為200mm/min，操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行焊槍焊縫坡口對(duì)中的微調(diào)，電壓區(qū)間20-30V，電流區(qū)間80-300A，保護(hù)氣流量16L。底層焊接時(shí)保證背面成型。大厚板V型坡口，布道時(shí)采用兩端對(duì)稱形式如圖6所示，保證下道激光傳感跟蹤時(shí)的坡口特征點(diǎn)，在最后一道焊接時(shí)，采用擺動(dòng)方式，保證焊縫蓋面寬度。圖6中標(biāo)號(hào)表示焊接順序。 永磁間隙吸附裝置如圖7所示，由12塊厚度方向充磁的釹鐵硼永磁體組成，每個(gè)后輪各布置6塊永磁體，N極和S極交錯(cuò)排列構(gòu)成磁路，環(huán)繞后輪安裝在底盤上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，通過調(diào)節(jié)底盤和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定所述永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙。圖8是前輪的三維模型圖，圖9是前輪過轉(zhuǎn)向軸和錐齒輪軸的剖視圖，圖10是過前輪車輪軸的剖視圖。其中，直流無刷電機(jī)及行星齒輪減速器經(jīng)過20齒直齒錐齒輪和40齒直齒錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)錐齒輪軸旋轉(zhuǎn)，錐齒輪軸再通過19齒圓柱齒輪和60齒圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向基礎(chǔ)板通過螺釘聯(lián)接固定。前輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及減速器采用直流有刷電機(jī)和行星齒輪減速器，通過同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)前輪。前輪為磁輪，結(jié)構(gòu)見圖10。磁輪由I塊前輪模塊的永磁體和2塊軛鐵構(gòu)成。所述永磁體采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體，永磁體可采用高性能永磁材料如NdFeB等制造,軛鐵采用低碳鋼(如Q235等)制造。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪的一種實(shí)施方式為，側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端由安裝在車體固定框架上的滑動(dòng)軸承支承，另一端與轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板通過螺紋聯(lián)接固接，轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板、轉(zhuǎn)臺(tái)支撐立柱和轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板通過螺釘連接，轉(zhuǎn)臺(tái)蓋板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板通過螺釘連接，兩個(gè)圓錐滾子軸承面對(duì)面安裝在兩個(gè)支撐板上，轉(zhuǎn)向軸支承在這兩個(gè)圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸與60齒直齒齒輪通過平鍵連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板通過螺釘連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿通過螺釘連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板通過螺釘連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板通過螺釘連接，20齒直齒錐齒輪固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪通過平鍵聯(lián)接安裝在錐齒輪軸上，錐齒輪軸由安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板的第一深溝球軸承支承，錐齒輪軸的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合,轉(zhuǎn)向軸的下端與轉(zhuǎn)向基板通過螺釘連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板通過螺釘連接，驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板通過螺釘連接，小同步帶輪軸與驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)的輸出軸固接，小同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶輪軸上，前輪模塊永磁體和車輪軛鐵通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶輪和小同步帶輪之間由同步帶聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上。磁輪包括前輪模塊永磁體和車輪軛鐵。本系統(tǒng)整體工作的流程具體為首先進(jìn)行焊接前的準(zhǔn)備。檢查各系統(tǒng)的布置與連接，特別是將機(jī)器人本體吸附在工件上，車體前后方向平行于焊縫并保證焊槍基本對(duì)準(zhǔn)焊縫。通過監(jiān)控計(jì)算機(jī) 對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器等進(jìn)行檢查。其次，進(jìn)行初始化狀態(tài)的人工設(shè)置。通過調(diào)節(jié)焊槍夾持及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)手動(dòng)調(diào)整焊槍高度及焊槍姿態(tài)至合適的狀態(tài)。利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)環(huán)境監(jiān)控?cái)z像機(jī)的視頻信息進(jìn)行焊縫位置、狀態(tài)的觀察，通過手操盒移動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)和十字滑塊，進(jìn)行人工的對(duì)中。然后，進(jìn)行焊接參數(shù)的設(shè)置，在監(jiān)控計(jì)算機(jī)或手操盒上進(jìn)行焊接電壓、焊接電流、送絲速度、擺動(dòng)器擺動(dòng)動(dòng)作及爬行機(jī)構(gòu)前進(jìn)速度的設(shè)置。最后，通過手操盒啟動(dòng)焊接，通過熔池監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行熔池的監(jiān)控。在焊接過程中，激光跟蹤傳感器實(shí)時(shí)反饋焊縫掃描信息并以此指導(dǎo)爬行機(jī)構(gòu)微調(diào)前進(jìn)方向、指導(dǎo)操作機(jī)構(gòu)微調(diào)兩個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)，以此保證焊槍在焊接時(shí)始終準(zhǔn)確地沿焊縫軌跡進(jìn)給。焊接完成后，通過手操盒結(jié)束焊接程序。導(dǎo)磁壁面是指工件面，工件是指焊接對(duì)象，并且同時(shí)在工件上移動(dòng)。本申請(qǐng)中的MIG/MAG焊槍是指本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的、能應(yīng)用到MIG/MAG焊接系統(tǒng)的焊槍。
權(quán)利要求1.一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)，其特征在于 機(jī)器人本體包括爬行機(jī)構(gòu)(6)和操作機(jī)構(gòu)(I):所述爬行機(jī)構(gòu)(6)包括采用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪的前輪模塊(17)、采用永磁間隙吸附裝置的后輪模塊(20)、連接前后輪的車架(18)和安裝在車架(18)上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器(19);所述的操作機(jī)構(gòu)(I)包括十字滑塊和擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)前端夾持MIG/MAG焊槍(3)，水平和垂直兩個(gè)方向的自由度由兩個(gè)絲杠導(dǎo)軌組合單元組合而成的十字滑塊實(shí)現(xiàn)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)采用步進(jìn)電機(jī)搭配蝸輪蝸桿減速器(28)； 控制系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、機(jī)器人本體控制箱(8)和機(jī)器人主控系統(tǒng)(15)； MIG/MAG焊接系統(tǒng)包括MIG/MAG焊槍(3)、MIG/MAG焊接電源(12)、送絲機(jī)(11 )、保護(hù)氣(13)和焊接冷卻系統(tǒng)(14)； 機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)三者通過線纜(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述前輪模塊(17)和后輪模塊(20)分別安裝在車架(18)兩端，在后輪模塊(20)處設(shè)置有后輪底盤(22),后輪底盤(22)上設(shè)置有永磁體(21)； 前輪模塊(17)為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪，包括永磁體(21)和車輪(23)，前輪的永磁體(21)采用沿厚度方向磁化的環(huán)形永磁體(21);后輪模塊(20)采用永磁間隙吸附方式，包括永磁間隙吸附裝置和車輪(23)，永磁間隙吸附裝置包括環(huán)繞車輪(23)安裝在后輪底盤(22)上的永磁體(21)，永磁間隙吸附裝置環(huán)繞后輪安裝在底盤(22)上，所述永磁間隙吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間是非接觸的，通過調(diào)節(jié)底盤(22)和導(dǎo)磁壁面之間的距離設(shè)定永磁吸附裝置和導(dǎo)磁壁面間的氣隙； 所述爬行機(jī)構(gòu)(6)采用三輪結(jié)構(gòu)，各車輪(23)均為驅(qū)動(dòng)輪，依靠?jī)珊筝喌牟钏偌扒拜喌氖芸剞D(zhuǎn)向角實(shí)現(xiàn)在導(dǎo)磁壁面上的轉(zhuǎn)向和直線運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述的操作機(jī)構(gòu)(I)包括十字滑塊橫軸(41 )、十字滑塊縱軸(42)、連接臂(43)、焊縫跟蹤傳感器(48)連接件(44)和擺動(dòng)器連接件(45)，十字滑塊橫軸(41)與十字滑塊縱軸(42)是分別包括步進(jìn)電機(jī)與精密滾珠絲杠導(dǎo)軌，焊縫跟蹤傳感器(48)安裝在連接件的前端，擺動(dòng)器連接件(45)安裝在連接臂(43)的端部，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(46)安裝在擺動(dòng)器連接件(45 )上，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(46 )前端夾持MIG/MAG焊槍(3 )，MIG/MAG焊槍(3 )夾持及姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述傳感系統(tǒng)包括激光跟蹤傳感器(4)、環(huán)境監(jiān)控傳感器和熔池監(jiān)控傳感器(2)，操作機(jī)構(gòu)(I)及環(huán)境監(jiān)控傳感器安裝在爬行機(jī)構(gòu)(6)上，操作機(jī)構(gòu)(I)末端安裝激光跟蹤傳感器(4 )、熔池監(jiān)控傳感器(2 )和MIG/MAG焊槍(3 )，機(jī)器人本體控制箱(8 )安裝在爬行機(jī)構(gòu)(6)上，機(jī)器人控制箱與主控系統(tǒng)通過電纜相連；所述焊接系統(tǒng)MIG/MAG焊接電源(12)、送絲機(jī)(11 )、保護(hù)氣(13)與機(jī)上部分的焊槍通過線纜(9)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述的機(jī)器人本體上設(shè)置有多自由度云臺(tái)(7)，實(shí)現(xiàn)宏觀焊接環(huán)境的監(jiān)控，采用熔池監(jiān)控傳感器(2 )實(shí)現(xiàn)微觀焊接熔池的監(jiān)控，云臺(tái)屬于傳感系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述的機(jī)器人焊接系統(tǒng)，在進(jìn)行多層多道MIG/MAG焊接時(shí)，機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)(6)運(yùn)動(dòng)速度范圍為0-600mm/min，操作機(jī)構(gòu)(I)進(jìn)行焊槍焊縫(5)坡口對(duì)中的微調(diào)，底層焊接時(shí)保證背面成型；擺動(dòng)器實(shí)現(xiàn)焊槍(47)姿態(tài)調(diào)整，采用月牙式擺動(dòng)，擺動(dòng)范圍為-60。到+60。。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向一體化磁輪具體結(jié)構(gòu)為側(cè)傾轉(zhuǎn)軸一端安裝在車體固定框架上，另一端轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板、轉(zhuǎn)臺(tái)支撐立柱和轉(zhuǎn)臺(tái)下支撐板連接，轉(zhuǎn)臺(tái)蓋板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，圓錐滾子軸承安裝在兩個(gè)支撐板上，轉(zhuǎn)向軸(31)支承在圓錐滾子軸承上，轉(zhuǎn)向軸(31)與60齒直齒齒輪連接，角度傳感器輸入軸與轉(zhuǎn)向軸(31)固接，角度傳感器支撐桿與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，角度傳感器與角度傳感器支撐桿連接，轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板連接，轉(zhuǎn)向減速電機(jī)(26 )與轉(zhuǎn)向電機(jī)安裝板連接，20齒直齒錐齒輪(30)固接在轉(zhuǎn)向減速電機(jī)(26)輸出軸上，與之相嚙合的40齒直齒錐齒輪(35)連接安裝在錐齒輪軸(34)上,錐齒輪軸(34)由安裝在轉(zhuǎn)臺(tái)上支撐板的第一深溝球軸承支承,錐齒輪軸(34)的另一側(cè)與19齒直齒齒輪通過平鍵聯(lián)接，19齒直齒齒輪與60齒直齒齒輪嚙合，轉(zhuǎn)向軸(31)的下端與轉(zhuǎn)向基板連接，車輪左側(cè)安裝板、車輪右側(cè)安裝板、驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板與轉(zhuǎn)向基板連接，驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)(26)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝板連接，小同步帶(27)輪軸與驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)(26)的輸出軸固接，小同步帶(27)輪通過平鍵聯(lián)接安裝在小同步帶(27)輪軸上，前輪模塊永磁體(21)和車輪軛鐵(37)通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸上，車輪軸通過第一深溝球軸承和第二深溝球軸承支承在車輪左側(cè)安裝板和車輪右側(cè)安裝板之間，大同步帶(27 )輪通過平鍵聯(lián)接安裝在車輪軸的另一側(cè)，大同步帶(27)輪和小同步帶(27)輪之間由同步帶(27)聯(lián)接，張緊輥輪與張緊輥輪支撐桿之間通過螺釘連接，張緊輥輪支撐桿通過螺釘安裝在車輪左側(cè)安裝板上，驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)(26)與車輪軸之間通過同步帶(27)傳動(dòng)，轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括轉(zhuǎn)向軸(31)，轉(zhuǎn)向軸(31)下部安裝有車輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)及滾輪，所述轉(zhuǎn)向軸(31)線與車輪軸線垂直正交。
專利摘要本實(shí)用新型屬于機(jī)器人焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種用于大厚板MIG/MAG多層多道焊接的自主移動(dòng)式機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)和MIG/MAG焊接系統(tǒng)，機(jī)器人本體包括爬行機(jī)構(gòu)和操作機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)包括傳感系統(tǒng)、機(jī)器人本體控制箱和機(jī)器人主控系統(tǒng)；MIG/MAG焊接系統(tǒng)包括MIG/MAG焊槍、MIG/MAG焊接電源、送絲機(jī)、保護(hù)氣和焊接冷卻系統(tǒng)；本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于爬行機(jī)構(gòu)采用接觸式磁輪吸附和非接觸式間隙吸附的復(fù)合方式以及三輪全驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)方式，機(jī)器人可在作業(yè)對(duì)象表面全位置自主靈活移動(dòng)、可靠吸附并實(shí)施全位置焊接作業(yè)，系統(tǒng)綜合性能好。
文檔編號(hào)B23K9/28GK202684288SQ20122026624
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者桂仲成, 董娜, 李永龍, 陳博翁, 肖唐杰, 姜周, 張帆, 賀驥, 徐立強(qiáng), 吳建東 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司