一种管桩焊接机器人的制作方法

本发明属于工业机器人技术领域，尤其涉及一种管桩焊接机器人。

背景技术：

随着中国工业化进程拓展到各个行业，工业机器人正在迅速补充或取代传统各个行业的人工操作。在传统桩基设备方面，由于技术、工艺能力限制以及其他原因，自动化程度仍然处于较低水平。根据调查，在条件相对较为恶劣的工地，目前全部采用手工焊接方式进行管桩焊接作业，尚无一款设备能取代人工焊接管桩。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有可靠性、快速性、方便性的管桩焊接机器人，以满足国内建筑领域对管桩焊接快速发展的需求。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，包括小车焊接平台、轨道机构、支撑机构、标定机构，所述的支撑机构由三组支撑构件组成，并呈等均120°分布固定在管桩体圆周面上，该支撑构件由支撑轴、调整支架、紧钉螺钉、压板、支撑板、防滑橡胶垫、垂直A尺标和垂直B尺标组成；所述的轨道机构由轨道、轨道A支撑板、铰链轴、插销和轨道B支撑板组成，该轨道由三片圆弧状轨道组成，每片圆弧状轨道的两端分别设有轨道A支撑板、轨道B支撑板，相邻两片圆弧状轨道之间由轨道A支撑板、轨道B支撑板通过铰链轴、插销的连接固定在一起；该轨道机构布置在支撑机构上，并通过插销与支撑构件的紧钉螺钉固定在一起，且三组支撑构件分别位于该相邻两片圆弧状轨道之间的节点上；所述的小车焊接平台由焊枪、Z轴机构、Y轴机构、旋转轴、摇臂、第一伺服电机、第一减速机、小车、第一摇臂螺栓、第一滚轮组成，该小车焊接平台通过第一摇臂螺栓和摇臂，沿第一滚轮的凹槽扣紧轨道机构内的轨道并锁紧螺母，通过小车焊接平台内的三个第一滚轮的三点定位方式，将整个小车焊接平台固定到位；所述的标定机构由标定轮、中心标定杆、标定轮端盖、标定轮轴、标定杆弹簧、滚轮轴、底板、第二滚轮、摇臂轴、标定摇臂、第二摇臂螺栓、标定架柱、标定杆螺母、弹簧拨销组成，当需同心度标定时，该标定机构通过标定摇臂和第二摇臂螺栓，通过第二滚轮中间的凹槽卡住轨道机构内的轨道并锁紧螺母，标定轮与管桩体圆周面相接触并通过标定器标定。

作为优选，所述的标定机构内的标定轮通过标定轮轴安装在中心标定杆的一端上，并在其下方盖上标定轮端盖，中心标定杆的另一端通过标定杆弹簧、弹簧拨销固定在标定架柱上，该标定架柱固定在底板上，且该中心标定杆上的末端设有标定杆螺母，第二滚轮通过滚轮轴固定在底板上，该底板通过摇臂轴与标定摇臂相连接。

作为优选，所述的支撑构件内的压板、支撑板、防滑橡胶垫固定相连，支撑轴通过紧钉螺钉固定在调整支架上，调整支架固定在支撑板上，垂直A尺标和垂直B尺标位于支撑板上，其中压板、支撑板间通过链条和卡扣将三组支撑构件固定在管桩体圆周面上，且管桩体圆周面与支撑板间设有防滑橡胶垫。

作为优选，所述的小车焊接平台内的Z轴机构装配在Y轴机构的终端，Y轴机构安装在小车上，焊枪固定在Z轴机构上，摇臂通过旋转轴与小车连接，第一伺服电机与第一减速机相连，且该第一减速机通过同步带与第一滚轮相连接。

作为优选，所述的Z轴机构由第二伺服电机、第二减速机、轴承压套、张紧器、第一同步A带轮、第一同步带、第一调整轮、第一同步B带轮、电机固定板、Z轴组模底板、第一导轨、第一丝杆、套筒、第一滑块、Z轴螺母座、焊枪夹持套、焊枪固定座、第一挡块组成，该第二伺服电机与第二减速机相连接，该第二减速机位于电机固定板的下方，并与电机固定板设有轴承压套，第二减速机的输出轴与第一同步A带轮相连接，该第一同步A带轮通过第一同步带与第一同步B带轮相连接，第一同步B带轮与第一丝杆相连接，第一丝杆上设有套筒，套筒上设有焊枪固定座，该焊枪固定座与焊枪夹持套间固定有焊枪，电机固定板的下方固定有Z轴组模底板，在该Z轴组模底板上设有第一导轨，第一滑块位于该第一导轨上并做上下运动，与该第一滑块固定相连有Z轴螺母座，该Z轴螺母座与套筒相连接。

作为优选，所述的Y轴机构由第三伺服电机、过渡板、第三减速机、电机安装板、机构安装板、第二同步A带轮、第二同步带、第二同步B带轮、第二调整轮、锁紧螺母、轴承端盖、Y轴组模底板、Y轴螺母座、第二丝杆、第二挡块、第二滑块、第二导轨组成，该第三伺服电机与第三减速机相连接，并固定在过渡板上，第三减速机的输出轴与第二同步A带轮相连接，该第二同步A带轮通过第二同步带与第二同步B带轮相连接，第二同步B带轮与第二丝杆相连接，该第二丝杆固定在Y轴组模底板与轴承端盖内，该Y轴组模底板分别与Y轴螺母座和第二滑块固定，第二滑块位于该第二导轨上并做前后运动，所述的Y轴螺母座与Z轴机构的Z轴螺母座相固定连接。

本发明的有益效果为：

一、本发明以轨道圆周旋转焊接的方式，通过伺服驱动调节，对焊缝进行较为复杂的焊接操作；支撑机构保证了整体的刚度满足管桩焊接工艺的要求；多自由度的可调让焊枪焊接的姿态有多种选择；整体机构的可靠性，保证了最终的焊接质量的稳定与可靠；

二、本发明解放了生产力，不再需要有专业技能良好的技术工种，普通工人经过简单培训即可代替原本必须的特殊工种，另外，使用焊接机器人焊接作业，避免在焊接过程中对工人造成可能的损伤，且机器人不存在疲劳现象，可以进行连续工作，大大减轻了施工方的人员成本与压力；

综上，本发明加快了我国建筑自动化的步伐，减轻了对日益紧缺的技术性工种需求，提高了管桩的焊接质量。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的小车焊接平台结构示意图。

图3是本发明的标定机构结构示意图。

图4是本发明的Z轴机构结构示意图。

图5是本发明的Y轴机构结构示意图。

图6是本发明的标定机构、支撑机构和轨道机构结构关系图。

图7是本发明的支撑机构结构示意图。

图8是本发明的轨道机构结构示意图。

附图中的标号分别为：1、管桩体；2、轨道机构；3、小车焊接平台；4、钣金箱体；5、防风罩；6、支撑机构；7、标定机构；8、链条；9、卡扣；2-1、轨道；2-2、轨道A支撑板；2-3、铰链轴；2-4、插销；2-5、轨道B支撑板；2-11、圆弧状轨道；3-0、焊枪；3-1、Z轴机构；3-2、Y轴机构；3-3、旋转轴；3-4、摇臂；3-5、第一伺服电机；3-6、第一减速机；3-7、小车；3-8、第一摇臂螺栓；3-9、第一滚轮；6-1、支撑轴；6-2、调整支架；6-3、紧钉螺钉；6-4、压板；6-5、支撑板；6-6、防滑橡胶垫；6-7、垂直A尺标；6-8、垂直B尺标；7-0、标定轮；7-1、中心标定杆；7-2、标定轮端盖；7-3、标定轮轴；7-4、标定杆弹簧；7-5、滚轮轴；7-6、底板；7-7、第二滚轮；7-8、摇臂轴；7-9、标定摇臂；7-10、第二摇臂螺栓；7-11、标定架柱；7-12、标定杆螺母；7-13、弹簧拨销；3-1-1、第二伺服电机；3-1-2、第二减速机；3-1-3、轴承压套；3-1-4、张紧器；3-1-5、第一同步A带轮；3-1-6、第一同步带；3-1-7、第一调整轮；3-1-8、第一同步B带轮；3-1-9、电机固定板；3-1-10、Z轴组模底板；3-1-11、第一导轨；3-1-12、第一丝杆；3-1-13、套筒；3-1-14、第一滑块；3-1-15、Z轴螺母座；3-1-16、焊枪夹持套；3-1-17、焊枪固定座；3-1-18、第一挡块；3-2-1、第三伺服电机；3-2-2、过渡板；3-2-3、第三减速机；3-2-4、电机安装板；3-2-5、机构安装板；3-2-6、第二同步A带轮；3-2-7、第二同步带；3-2-8、第二同步B带轮；3-2-9、第二调整轮；3-2-10、锁紧螺母；3-2-11、轴承端盖；3-2-12、Y轴组模底板；3-2-13、Y轴螺母座；3-2-14、第二丝杆；3-2-15、第二挡块；3-2-16、第二滑块；3-2-17、第二导轨。

具体实施方式

下面将结合附图1至8对本发明做详细的介绍：本发明包括小车焊接平台3、轨道机构2、支撑机构6、标定机构7，所述的支撑机构6总共有三组支撑构件组成，大致呈120°分布，并由链条8和卡扣9固定在管桩体1圆周面上。链条8和卡扣9通过压板6-4与支撑板6-5与支撑机构6配合。轨道机构2布置在支撑机构6上，通过紧钉螺钉6-3、插销2-4等方式固定限制自由度，在最后标定完同心度与高度之后再进行固定扭紧。通过垂直A尺标6-7和垂直B尺标6-8 标定轨道2-1和焊接工位的高度，使轨道距离焊接点的距离变化量满足工艺要求。使用标定器，打开第二摇臂螺栓7-10，释放图3标定摇臂7-9，用第二滚轮7-7中间的凹槽卡住轨道2-1，然后卡上标定摇臂7-9，把第二摇臂螺栓7-10卡进标定摇臂7-9的凹槽内，锁紧螺母，然后使用标定器进行标定。通过不断调整标定轮3-0与管桩体1铁片的距离，最后得到符合工艺要求的同心度。标定完成后，拧开螺母，打开第二摇臂螺栓7-10、标定摇臂10，取下标定器放置。准备将小车焊接平台3安装上轨道2-1。小车焊接平台3以及轨道2-1部分均采用高强度铝，保证结构强度的同时，尽可能的降低质量，让使用者用起来更加轻便，也一定程度降低了焊接工作台的运动惯量。

采用标定器标定的方法，能较为准确的控制实际焊接点位与轨道的距离，在工地复杂的工况下，使误差得到有效的控制，直接保证了最后焊接焊缝的质量。

小车焊接平台3与标定器的安装方式一样，打开第一摇臂螺栓3-8和摇臂3-4，沿第一滚轮3-9的凹槽扣紧导轨2-1，锁紧螺母，通过小车三个第一滚轮3-9的三点定位方式，将整个小车焊接平台3固定到位。

第一伺服电机3-5，通过第一减速机3-6将动力输送给同步带轮，通过同步带传动机构将动力输出到第一滚轮3-9的其中一个主动轮，主动轮沿着轨道做圆周运动，进行圆周焊接作业。小车焊接平台3的Y轴机构3-2，通过对过渡板3-2-2螺丝的调整，整个Y轴机构3-2能沿着靠山往外平移，可以同时满足了400mm直径管桩、500mm直径管桩和600mm直径管桩的焊接要求。通过动力的传递，Y轴机构3-2能满足实际焊接中，第二圈焊接时，焊接工艺对焊枪3-0在前后方向上的位移调整要求。小车焊接平台3的Z轴机构3-1中的焊枪固定座3-1-17，通过拆卸螺钉，可沿着圆周进行60°角的上下旋转，满足焊接时，工艺上对焊枪3-0角度的调整需求。通过动力的传递，Z轴机构3-1能满足焊枪3-0在垂直方向上的摆弧调整工艺需求。

焊接实施过程中，考虑到风雨等复杂环境因素的可能性，在小车焊接平台3和支撑机构6上安装了防风罩5和钣金箱体4，防止机械伤害并保护本发明的核心机构组件。

本发明的工作原理为：当前期的准备工作完成后，小车焊接平台3的第一伺服电机3-5工作时，通过同步带传动机构将动力输出到主动轮，主动轮沿着轨道进行焊接作业。按照工艺要求，图5的第三伺服电机3-2-1工作，通过第三减速机3-2-3驱动第二同步A带轮3-2-6，第二同步带3-2-7将力传递到第二丝杆3-2-14，Y轴螺母座3-2-13沿着第二导轨3-2-17作前后运动。图4的第二伺服电机3-1-1工作，通过第二减速机3-1-2驱动第一同步A带轮3-1-5，第一同步带3-1-6将力传递到第一丝杆3-1-12，Z轴螺母座3-1-15沿着第一导轨3-1-11作上下运动。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。