舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人的制作方法

本发明涉及激光熔覆设备技术领域，具体地说，涉及一种舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人。

背景技术：

近几年来，能源问题越来越成为世界关注的重点和焦点，以充分利用资源、减少对环境污染为目标的绿色再制造技术得到大力推广应用。作为综合工业之冠的船舶工业，鉴于其对众多产业的关联和构成的复杂性，其绿色制造的发展进程明显迟缓于其他行业，军用舰船更是如此，绿色再制造技术在舰船设计建造、使用保障过程中推行刻不容缓，特别是在舰船服役期间的维修中更应全面关注，着力施行。

激光熔覆技术是一种新型的表面涂层技术，该技术是将合金材料、粉末预置于再制造零部件表面，或者采用自动送料装置(送粉器或者送丝机)将待熔覆材料输送到再制造零部件表面，经高能量激光束熔化，使之和基体表面熔合，形成低稀释度的、与基体呈冶金结合的熔覆层。此种方法可在零部件表面获得具有优良的耐腐蚀、耐磨损和抗冲击性能，结合力强及适合后续机械加工性能的无裂纹高性能涂层。零部件使用寿命显著延长，而且不存在环境污染问题，并能提高或改善基体材料表面的特性，具有耐磨、耐蚀、耐热、畸变小、热熔区小、涂覆范围大、自动化效率高等特点，是—种集成光、机、电、计算机、材料、物理、化学等多门学科的高新技术。精密加工是将经激光熔覆后的零部件表面进行精密机械加工，使其恢复其原尺寸精度的要求。

由于我国海外军事基地数量很少，且舰船损坏部件和部件损坏方式存在不确定的特点，因此对舰船的随舰保障和离岸保障将有更高的要求，特别是舰船航行过程中的应急维修；另，鉴于舰船上的空间宝贵以及减少海洋环境污染方面的需求，因此，研究如何将激光熔覆绿色再制造技术应用于舰船的随舰保障、离岸保障和应急维修，研制并列装移动灵活、小型轻便、将激光熔覆与精密加工于一体的高性能综合装备，成为本领域技术人员亟待解决的重要课题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，实现激光熔覆与精密加工不同工作方式的集成，减少占用空间，实现绿色再制造，且机器人的移动灵活方便，满足舰船的随舰保障、离岸保障和应急维修需要，提高海军舰船保障能力。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，包括机器人，在所述机器人的机身底部设置有移动支撑装置，在所述机器人的机械手端部设置有快换装置，所述快换装置包括：

安装底板，所述安装底板固定安装在所述机器人的机械手端部；

作业头夹持部件，所述作业头夹持部件包括弧形底座和弧形压盖，所述弧形底座的背面与所述安装底板固定连接，所述弧形底座的前面与所述弧形压盖可拆式固定连接，所述弧形底座与所述弧形压盖扣合出用于容纳作业头的环形空腔，所述作业头为激光头或电主轴。

本发明的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，由于在机械手端部设置有快换装置，将激光头夹持并固定于弧形底座与弧形压盖扣合出的环形空腔内，启动机器人，激光头发射高能量激光束，将待熔覆材料融化，对舰船零部件表面进行激光熔覆；激光熔覆完成后，将整个作业头夹持部件拆下，将激光头更换为电主轴后，重新将作业头夹持部件安装到安装底板上，或者仅拆卸弧形压盖，将激光头更换为电主轴后再上紧弧形压盖，即可对激光熔覆后的零部件表面进行精密机械加工，使其恢复原尺寸精度的要求；由于在机器人的机身底部设置有移动支撑装置，可以方便、灵活地将机器人移动至舰船上需要加工或者维修的作业现场，并提供稳定支撑。

以下为对本发明的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人所作的多项进一步优化设计：

其中，所述安装底板和所述弧形底座上设置有定位结构，所述定位结构包括设置于所述安装底板的前面上的底板十字型键槽，和对应设置于所述弧形底座的背面上的底座十字型键槽，所述底板十字型键槽与所述底座十字型键槽之间连接有平键。由于设置有定位结构，可以提高作业头夹持部件中的弧形底座与安装底板的定位精度，装夹方便。

其中，进一步地，所述底板十字型键槽、所述底座十字型键槽皆包括相交叉的横向槽和纵向槽，所述横向槽的宽度与所述纵向槽的宽度不相等。横向槽的宽度与纵向槽的宽度不相等，可以保证装夹方向的准确性，避免误装夹，提高装夹效率。

其中，所述环形空腔的内壁面上设有三处凸起部，三处所述凸起部使所述环形空腔的内壁面与所述作业头之间呈三条线接触。所述弧形底座的内壁面上设有两处所述凸起部，所述弧形压盖的内壁面上设有一处所述凸起部。作业头与夹持部件三线定位接触，使得夹持部件对作业头的夹持更稳定、牢固、可靠。

其中，所述弧形底座的两外侧分别设有通槽，所述通槽位于所述弧形底座的背面与所述弧形底座的前面之间。弧形底座的两外侧分别设有通槽，既可以减重，又方便弧形底座与安装底板、弧形压盖的安装。

其中，所述安装底板上设有定位孔。进一步地，所述定位孔位于所述底板十字型键槽内。便于安装底板与机器人的机械手端部准确定位、安装。

其中，所述移动支撑装置包括：支撑座；所述支撑座的底部设有滚轮机构；所述支撑座的外周设有多个支撑调节机构，所述支撑调节机构包括展臂，所述展臂的一端通过铰轴与所述支撑座铰接，所述展臂的另一端连接有水平调节脚。

通过支撑座底部的滚轮机构可以方便、灵活地将机器人移动至舰船上需要加工或者维修的作业现场；由于展臂与支撑座铰接连接，移动机器人设备过程中，向内转动展臂使其靠向支撑座，从而减小占用空间，提高机器人设备在舰船上的通过性；到达作业现场，向外转动展臂，调节水平调节脚，使机器人设备处于水平状态，展臂及水平调节脚为机器人设备提供较大的支撑面积，从而提高机器人设备工作的稳定性。

其中，所述支撑座的上部设有定位台。定位台的设置，便于对机器人的机身底部准确、快速定位，实现与机器人的快捷安装。

其中，所述支撑座的外周设有向外伸出的若干对耳板，每对所述耳板上下设置，每相邻的两对所述耳板之间设有用于所述展臂贴靠的贴靠面，所述耳板上设有用于所述铰轴穿过的耳板通孔。耳板的设置，便于实现展臂与支撑座的铰接连接；由于支撑座上设有贴靠面，移动机器人设备过程中，展臂可以靠向贴靠面，减小占用空间，提高机器人设备在舰船上的通过性。

其中，所述展臂的一种结构是，为一刚性杆件。该种结构的展臂，结构简单，易于制造。

其中，所述展臂的另一种结构是，采用组件结构，所述组件结构包括连接套和连接杆，所述连接杆的一端插入所述连接套的内腔中，所述连接套和所述连接杆通过紧定螺钉连接。该种结构的展臂，其长度可调，能满足不同作业现场的需要，适应性好。

其中，所述水平调节脚的一种结构是：包括螺杆和设置于所述螺杆下端的脚座。该种结构的水平调节脚，结构简单，易于制造。

其中，所述水平调节脚的另一种结构是：包括丝套，所述丝套的下端设置有脚座，所述丝套的内腔与螺杆螺纹连接，所述螺杆的上端连接有手柄；

所述丝套的外侧套设有套筒，所述套筒与所述丝套通过防转螺钉连接；所述丝套的外侧壁上设有沿其轴向延伸的限位槽，所述防转螺钉位于所述限位槽内；

所述套筒的上端固定有限位端盖，所述套筒内位于所述限位端盖的下方设有限位挡环；所述螺杆的上端设有限位挡头，所述限位挡头位于所述限位端盖与所述限位挡环之间。

该种结构的水平调节脚，其整体高度可调，能满足不同作业现场的需要，适应性好。在作业现场调节水平调节脚，使滚轮机构脱离地面，通过水平调节脚提供更大的支撑面积。

其中，所述滚轮机构包括多个万向轮，每一所述铰轴的下端安装有一个所述的万向轮。万向轮设置于铰轴的下端，可提供较大的滚动支撑面积，提高机器人设备在舰船上通行时的稳定性。

综上所述，采用了上述技术方案后，本发明的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，实现了激光熔覆与精密加工不同工作方式的有效集成；机器人设备集成度高，小型轻便，占用空间少，移动灵活方便，通过性好，支撑稳定性好；实现了对舰船零部件的激光熔覆与精密加工绿色再制造，满足了舰船的随舰保障、离岸保障和应急维修需要，提高了海军舰船保障能力。

附图说明

图1是本发明实施例的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人的结构示意图(对其中的快换装置做了分解示意)；

图2是图1中的快换装置装配结构示意图；

图3是图2中的安装底板结构示意图；

图4是图2中的弧形底座结构示意图(从背面看)；

图5是图2中的弧形底座结构示意图(从前面看)；

图6是图2中的弧形压盖结构示意图；

图7是图2中的平键结构示意图；

图8是图2中的弧形底座与弧形压盖扣合示意图；

图9是图1中的移动支撑装置结构示意图；

图10是图9中支撑座的结构示意图；

图11是图10的俯视示意图；

图12是图9中展臂的一种结构示意图；

图13是图9中展臂的另一种结构示意图；

图14是图9中水平调节脚的一种结构示意图；

图15是图9中水平调节脚的另一种结构示意图；

图16是图15中的A-A剖视示意图(省略了脚座)；

图中：I-机器人；II-移动支撑装置；III-快换装置；

1-安装底板；11-底板十字型键槽；11x-横向槽；11y-纵向槽；12-安装孔；13-安装孔；14-安装孔；15-定位孔；2-平键；201-安装孔；3-弧形底座；31-底座十字型键槽；31x-横向槽；31y-纵向槽；32-通槽；33-安装孔；34-安装孔；4-弧形压盖；41-安装孔；5-作业头；6-防护罩；A-接触线；B-接触线；C-接触线；D-环形空腔；

21-支撑座；211-定位台；212-耳板；2121-耳板通孔；213-贴靠面；22-万向轮；23-铰轴；24-展臂；241-连接杆；2411-杆部；2412-头部；242-连接套；243-紧定螺钉；25-水平调节脚；251-螺杆；2511-限位挡头；252-脚座；253-丝套；2531-限位槽；254-套筒；2541-限位挡环；2542-限位端盖；255-防转螺钉；256-手柄；257-销轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做非限制性的详细说明。

本文中，为便于描述，将构件靠近机器人的机械手端部的一面定义为“背面”，该构件中与“背面”相背的一面定义为“前面”。

如图1所示，本发明的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，包括：机器人I，在机器人I的机身底部设置有移动支撑装置II，在机器人I的机械手端部设置有快换装置III。

如图2、图3、图4、图5和图6所示，所述快换装置III包括安装底板1和安装于其上的作业头夹持部件。安装底板1上设有安装孔12，通过螺栓穿设安装孔12，实现安装底板1与机器人的机械手端部的固定安装。作业头夹持部件包括弧形底座3和弧形压盖4，弧形底座3与弧形压盖4扣合出用于容纳作业头5的环形空腔D，作业头5为激光头或电主轴。其中，弧形底座3背面上设有安装孔33，弧形底座3前面上设有安装孔34，通过螺栓穿设安装孔33与安装孔13，实现弧形底座3与安装底板1的固定连接，通过螺栓穿设安装孔34和弧形压盖4上的安装孔41，实现弧形底座3与弧形压盖4的可拆式固定连接。作业头夹持部件夹持好作业头5之后，可安装上防护罩6，防止灰尘进入。

如图2、图3、图4和图7所示，其中，在安装底板1和弧形底座3上设置有定位结构，该定位结构包括设置于安装底板1的前面上的底板十字型键槽11，和对应设置于弧形底座3的背面上的底座十字型键槽31，底板十字型键槽11与底座十字型键槽31之间连接有平键2，平键2上设有安装孔201，通过沉头螺钉穿设安装孔201与安装孔14，实现平键2与安装底板1的固定连接，平键2优选采用锥度平键。其中，底板十字型键槽11包括相交叉的横向槽11x和纵向槽11y，底座十字型键槽31包括相交叉的横向槽31x和纵向槽31y，横向槽11x与横向槽31x宽度相同，纵向槽11y与纵向槽31y宽度相同；进一步地，横向槽11x的宽度与纵向槽11y的宽度不相等，横向槽31x的宽度与纵向槽31y横向槽的宽度不相等。由于设置有定位结构，可以提高弧形底座3与安装底板1的定位精度，装夹方便。横向槽的宽度与纵向槽的宽度不相等，可以保证装夹方向的准确性，避免误装夹，提高装夹效率。

如图4和图8所示，其中，在弧形底座3的两外侧分别设有通槽32，通槽32位于弧形底座3的背面与其前面之间。弧形底座3的两外侧分别设有通槽32，既可以减轻构件重量，又方便了弧形底座3与安装底板1、弧形压盖4的安装。

如图3所示，其中，在安装底板1上设有定位孔15，进一步地，定位孔15位于底板十字型键槽11内，使结构紧凑整齐；定位孔15的设置，便于安装底板1与机器人的机械手端部准确定位、安装。

如图8所示，示意出了弧形底座3与弧形压盖4扣合出的环形空腔D中夹持有作业头5的情形。环形空腔D的内壁面大致呈圆形，其中，在环形空腔D的内壁面上设有三处凸起部，三处凸起部使得环形空腔D的内壁面与作业头5之间呈三条线接触；其中，弧形底座3的内壁面上设有两处凸起部，弧形底座3与作业头5之间呈两条线接触，即接触线A和接触线B；其中，弧形压盖4的内壁面上设有一处凸起部，弧形压盖4与作业头5之间呈一条线接触，即接触线C。作业头5与夹持部件之间为三线定位接触，使得夹持部件对作业头的夹持更稳定、牢固、可靠。

如图9所示，所述移动支撑装置II包括：支撑座21；在支撑座21的底部设有滚轮机构，滚轮机构包括多个万向轮22；在支撑座21的外周设有多个支撑调节机构，每个支撑调节机构包括展臂24，展臂24的一端通过铰轴23与支撑座21铰接连接，展臂24的另一端连接有水平调节脚25。

如图10和图11所示，其中，在支撑座21的上部设有定位台211；进一步地，定位台211的上端设有斜度；定位台211的设置，便于对机器人的机身底部定位，实现与机器人的准确、快捷安装。其中，在支撑座21的外周设有向外伸出的若干对耳板212，每对耳板212上下设置，每相邻的两对耳板212之间设有用于展臂24贴靠的贴靠面213，在耳板上设有用于铰轴23穿过的耳板通孔2121。耳板212的设置，便于实现展臂24与支撑座21的铰接连接；由于支撑座21上设有贴靠面213，移动机器人设备过程中，可以转动展臂24使其靠向贴靠面213，从而减小占用空间，提高机器人设备在舰船上的通过性。

如图9、图10和图11所示，铰轴23穿过支撑座21的耳板通孔2121，滚轮机构中的万向轮22对应安装在每一铰轴23的下端。万向轮22设置于铰轴23的下端，可提供较大的滚动支撑面积，提高机器人设备在舰船上通行时的稳定性。

如图12所示，其中，展臂24的一种结构是，为一个刚性杆件。该种结构的展臂，结构简单，易于制造，但展臂的长度不能调节。

如图13所示，其中，展臂24的另一种结构是，采用组件结构，该组件结构包括连接套242和连接杆241，连接杆241包括一体设置的杆部2411和头部2412，杆部2411插入连接套242的内腔中，连接套242和杆部2411通过紧定螺钉243连接。该种结构的展臂，可以调节杆部2411插入连接套242的内腔中长度，从而使整个展臂24的长度可调，能满足不同作业现场的需要，适应性好。

如图14所示，其中，水平调节脚25的一种结构是：包括螺杆251和设置于螺杆251下端的脚座252。该种结构的水平调节脚，结构简单，易于制造，但水平调节脚的整体高度不能调节。

如图15所示，其中，水平调节脚25的另一种结构是：包括丝套253，丝套253的下端设置有脚座252，丝套253的内腔与螺杆251螺纹连接，螺杆251的上端通过销轴257连接有手柄256。在丝套253的外侧套设有套筒254，套筒254与丝套253通过防转螺钉255滑动连接；如图16所示，在丝套253的外侧壁上设有沿其轴向延伸的限位槽2531，防转螺钉255位于限位槽2531内。在套筒254的上端固定有限位端盖2542，在套筒254内位于限位端盖2542的下方设有限位挡环2541；在螺杆251的上端设有限位挡头2511，限位挡头2511位于限位端盖2542与限位挡环2541之间。该种结构的水平调节脚，将套筒254与展臂24采用焊接或其他固定方式，通过手柄256转动螺杆251，可带动丝套253和脚座252上升或下降，实现对机器人设备的水平调节，水平调节脚的整体高度可调，能满足不同作业现场的需要，适应性好。

本发明的舰船用移动式激光熔覆与精密加工一体化机器人，通过万向轮22可以方便、灵活地将机器人移动至舰船上需要加工或者维修的作业现场；由于展臂24与支撑座21铰接连接，移动机器人设备过程中，向内转动展臂24使其靠向支撑座21的贴靠面，可以减小占用空间，提高机器人设备在舰船上的通过性；到达作业现场，向外转动展臂24，调节水平调节脚25，使万向轮22脱离地面，继续调节水平调节脚25，直至机器人设备处于水平状态。启动机器人，激光头发射高能量激光束，对舰船零部件表面进行激光熔覆，将待熔覆材料融化；激光熔覆完成后，将整个作业头夹持部件拆下，将激光头更换为电主轴后，重新将作业头夹持部件安装到安装底板1上；或者仅拆卸弧形压盖4，将激光头更换为电主轴后再上紧弧形压盖4；即可通过带有刀具的电主轴对激光熔覆后的零部件表面进行精密机械加工，使其恢复原尺寸精度的要求。