专利名称：一种焊接机器人及其焊枪姿态调整装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及焊接设备技术领域，特别涉及一种用于焊接机器人的焊枪姿态调整装
置。本发明还涉及一种包括上述焊枪姿态调整装置的焊接机器人。
背景技术：
随着我国经济建设的快速发展，焊接技术以其连接可靠、成本较低等优势，越来越 广泛地应用于工程建设的各个领域。 在很长一段时期内，我国普遍采用人工焊接的方式进行焊接施工，工人的劳动强
度大，且焊接质量和焊接效率较低，无法满足生产实际对于焊接技术的要求。 为降低工人的劳动强度，并提高焊接质量和焊接效率，各种焊接设备应运而生，尤
其是各种焊接机器人的开发和研制，推动了焊接技术的现代化进程。 在较大型的球罐、管道以及各种压力容器的焊接施工中，一般均利用焊接机器人 进行焊接作业。在上述各焊接施工过程中，由于被焊接件的空间曲线焊缝比较复杂，在施工 过程中通常会涉及到平焊、立焊、仰焊等各种焊接位置(即全位置焊接)，焊接机器人的末 端安装有焊枪，并通过驱动装置以及控制装置等的共同作用，驱动焊枪在焊缝空间内自由 地运动，以使焊枪在被焊接件的表面走出连续的空间轨迹。 在典型的焊接机器人中，一般仅对焊枪的位置轨迹进行规划，以便焊枪在焊接作 业的过程中可以通过调整其位置轨迹，以根据施工状况选择平焊、仰焊等方式。而在焊接过 程中，例如，当焊接电流较大时，会使得熔池金属较多，这时，在焊枪进行下坡焊时，焊枪的 行走方向与熔池金属的流向相同，会形成较为严重的顺流焊接现象；而当焊枪进行上坡焊 时，焊枪的行走方向与熔池金属的流向相反，会形成较为严重的逆流焊接现象。众所周知 地，焊接过程中产生的顺流焊接和逆流焊接的现象，会导致焊接过程的稳定性较低，并且导 致焊接质量较差。 因此，如何提高焊接稳定性和焊接质量，从而能够长时间连续稳定地焊接，就成为 本领域技术人员亟须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种焊枪姿态调整装置，其能够提高焊接稳定性和焊接质 量，从而能够实现长时间连续稳定地焊接。本发明的另一目的是提供一种包括上述焊枪姿 态调整装置的焊接机器人。 为解决上述技术问题，本发明提供一种焊枪姿态调整装置，用于焊接机器人，包括 安装于所述焊接机器人的第一导向装置，以及安装于焊枪的上部的第一驱动装置，所述第 一驱动装置驱动所述焊枪的上部沿所述第一导向装置摆动，所述第一导向装置的导向中心 重合于所述焊枪的末端端点。 优选地，所述第一驱动装置的输出端为第一齿轮，且通过所述第一齿轮与所述焊 枪固定；所述第一导向装置为以其外圈与所述第一齿轮啮合的第一圆弧齿轮，且其导向中
3心为所述第一圆弧齿轮的圆心。 优选地，还包括安装于所述焊接机器人的第二导向装置，以及与所述焊枪的上部 固定连接并驱动所述焊枪的上部沿所述第二导向装置摆动的第二驱动装置；所述第二导向 装置的导向中心重合于所述焊枪的末端端点，且其导向方向垂直于所述第一导向装置的导 向方向。 优选地，所述第二驱动装置的输出端为第二齿轮，所述第二导向装置为以其外圈
与所述第二齿轮啮合的第二圆弧齿轮，且其导向中心为所述第二圆弧齿轮的圆心。
优选地，还包括均固定于所述焊接机器人的第一支撑架和第二支撑架；所述第一
齿轮通过所述第一支撑架安装于所述焊枪的上部，所述第二齿轮通过所述第二支撑架安装
于所述焊枪的上部。 优选地，所述第一圆弧齿轮的侧壁具有与其圆心相同的第一弧形导轨，所述第一
支撑架具有沿所述第一弧形导轨滑动的第一滑块；所述第二圆弧齿轮的侧壁具有与其圆心
相同的第二弧形导轨，所述第二支撑架具有沿所述第二弧形导轨滑动的第二滑块。 优选地，所述第一滑块和第二滑块均为U型滑块，所述第一弧形导轨和所述第二
弧形导轨卡装于所述U型滑块中。 优选地，还包括输出端为第三齿轮的第三驱动装置，所述第三齿轮安装于所述焊
枪的夹具上，且与安装于所述第二支撑架的第三圆弧齿轮啮合，所述第二支撑架的末端安
装有球形轴承，所述焊枪的上部分别安装于所述夹具和所述球形轴承中。 优选地，所述第三圆弧齿轮通过连接板安装于所述第二支撑架。 本发明还提供一种焊接机器人，包括上述任一项所述的焊枪姿态调整装置。 本发明所提供的焊枪姿态调整装置，用于焊接机器人，包括安装于焊接机器人本
体适当位置的第一导向装置，以及第一驱动装置；第一驱动部分与焊枪的上部固定连接，
并驱动焊枪的上部沿第一导向装置摆动，第一导向装置的导向中心与焊枪的末端端点相重合。 在焊枪的工作过程中，第一驱动装置驱动焊枪的上部沿第一导向装置摆动，由于 第一导向装置的导向中心与焊枪的末端端点相重合，则焊枪的上部在沿第一导向装置摆动 的过程中，焊枪末端端点的位置不会发生变化，从而改变了焊枪在焊接过程中的姿态，并通 过焊枪姿态的改变而提高了焊接稳定性和焊缝质量；同时，在焊枪姿态的调整过程中，焊枪 的末端端点的行走路线始终为预先设定的运动轨迹，避免了焊枪姿态调整对焊枪焊接位置 的影响，且将焊枪的姿态规划自其位置规划中分离，降低了设计中控制算法的复杂性，从而 显著地降低了设计以及制造的成本。 在一种优选的实施方式中，还可以包括安装于焊接机器人本体的第二导向装置， 以及第二驱动装置；第二驱动装置与焊枪的上部固定连接并驱动焊枪的上部沿第二导向装 置摆动，第二导向装置的导向中心重合于焊枪的末端端点，且其导向方向垂直于第一导向 装置的导向方向。这样，在焊枪的工作过程中，焊枪的上部不仅能够沿第一导向装置在第一 平面上摆动，同时还能够沿第二导向装置在第二平面上摆动，从而进一步提高了焊接质量。
在另一种优选的实施方式中，还可以包括输出端为第三齿轮的第三驱动装置，第 三齿轮安装于焊枪的夹具上，且与安装于第二支撑架的第三圆弧齿轮啮合，第二支撑架的 末端安装有球形轴承，焊枪的上部分别安装于夹具和球形轴承中。在焊枪的工作过程中，第三驱动装置驱动第三齿轮旋转，通过第三齿轮与第三圆弧齿轮的啮合，带动与第三齿轮连 接的焊枪夹具在第三圆弧齿轮上摆动，由于焊枪的一端固定在焊枪夹具中，另一端安装于 球形轴承中，焊枪的末端能够绕球形轴承的中心移动，从而实现了焊枪的末端以焊缝中线 为中心，在垂直于焊缝的方向上独立摆动，满足了大坡口焊接的质量要求。
图1为本发明所提供焊枪姿态调整装置一种具体实施方式
的结构示意图； 图2为图1所示焊枪姿态调整装置中焊枪位于两个极限工作位置时的结构示意
图； 图3为图1所示焊枪姿态调整装置的侧视方向的结构示意图；
图4为图1所示焊枪姿态调整装置的立体图； 图5为本发明所提供焊枪姿态调整装置另一种具体实施方式
中焊枪摆动装置的 结构示意图。
具体实施例方式
本发明的核心是提供一种焊枪姿态调整装置，其能够提高焊接稳定性和焊接质 量，从而能够实现长时间连续稳定地焊接。本发明的另一核心是提供一种包括上述焊枪姿 态调整装置的焊接机器人。 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步的详细说明。 请参考图1和图2，图1为本发明所提供焊枪姿态调整装置一种具体实施方式
的结 构示意图；图2为图1所示焊枪姿态调整装置中焊枪位于两个极限工作位置时的结构示意 图。 在一种具体实施方式
中，本发明所提供的焊枪姿态调整装置，用于焊接机器人，包 括第一导向装置和第一驱动装置，上述第一导向装置安装于焊接机器人本体的适当位置， 也即在工作过程中，第一导向装置相对于焊接机器人本体的位置保持不变；第一驱动装置 安装于焊枪0的上部并驱动焊枪0的上部沿第一导向装置在其导向方向上摆动，第一导向 装置的导向中心重合于焊枪0的末端端点。 需要指出的是，上述第一导向装置安装于焊接机器人本体的适当位置，应该理解 为，由于焊接机器人的型号大小相异，并且，在不同的焊接作业场合中，实际所要求的焊枪O 姿态的调整范围不同，则第一导向装置的安装位置不应受到限制；同时，第一导向装置的尺 寸等具体参数也不应受到本说明书的限制。 上述焊枪0的上部是指远离焊枪0焊接点的一段结构，其具体尺寸长度根据使用 过程中的焊枪O姿态调整的预定方案确定，在此不做限定；相应地，上述焊枪0的末端端点 A是指焊枪0在焊接过程中与被焊接件接触的部分。 上述第一驱动装置的输出端可以为第一齿轮ll，此时，第一导向装置可以具体为 第一圆弧齿轮12，该第一圆弧齿轮12为外齿圆弧齿轮，并通过其外齿与上述第一齿轮11啮 合，第一圆弧齿轮12的导向中心为其圆心。这样，在焊枪0的工作过程中，第一驱动装置输 出的动力，驱动第一齿轮11转动，由于第一圆弧齿轮12与第一齿轮11啮合，而第一圆弧齿
5轮12固定于焊接机器人的本体上，因此，第一齿轮11将在第一圆弧齿轮12上运动，从而带 动固定于第一齿轮11上的焊枪0的上部以焊枪0的末端端点A(该点同时也是第一导向装 置的导向中心，也即第一圆弧齿轮12的圆心)为圆心，以第一圆弧齿轮12的弧线为运动轨 迹实现摆动，从而实现根据预定的轨迹程序，实现对焊枪O的姿态调整，进而提高了焊缝质 上述第一驱动装置可以包括电动机和减速装置，电动机产生的动力传递至减速装
置，减速装置的输出端为上述第一齿轮ll，从而将动力通过第一齿轮11传出。 上述第一圆弧齿轮12的模数、齿数等具体参数应根据施工要求确定，其具体参数
数值在此不做限定；相应地，第一齿轮11的模数、齿数以及其与第一圆弧齿轮12的传动比
也均通过预定的轨迹模式确定。 上述第一圆弧齿轮12和第一齿轮11的材料可以为具有较好刚度和强度的齿轮 钢，当然，其材料也不局限于齿轮钢，也可以为本领域中常规使用的其他金属材料，例如铸铁等。 上述通过第一圆弧齿轮12和第一齿轮11啮合的方式，以实现焊枪0的姿态调整， 仅为一种具体实施方式
，在不脱离其原理的情况下的其他具体实施方式
也应为本发明权利 要求的保护范围。 在焊枪0的工作过程中，第一驱动装置驱动焊枪O的上部沿第一导向装置摆动，由 于第一导向装置的导向中心与焊枪O的末端端点A相重合，则焊枪0的上部在沿第一导向 装置摆动的过程中，焊枪0末端端点A的位置不会发生变化，从而改变了焊枪0在焊接过程 中的姿态，进而提高了焊接稳定性和焊缝质量；同时，在焊枪姿态的调整过程中，焊枪0的 末端端点A的行走路线始终为预先设定的运动轨迹，避免了焊枪姿态调整对焊枪0焊接位 置的影响，且将焊枪0的姿态规划自其位置规划中分离，降低了设计中控制算法的复杂性， 从而显著地降低了设计以及制造的成本。 请参考图3和图4，并请继续参考图1和图2 ;图3为图1所示焊枪姿态调整装置
的侧视方向的结构示意图；图4为图1所示焊枪姿态调整装置的立体图。 在上述具体实施方式
的基础上，本发明所提供的焊枪姿态调整装置，还可以包括
安装于焊接机器人本体适当位置的第二导向装置，以及与焊枪0的上部固定连接并驱动焊
枪O的上部沿第二导向装置摆动的第二驱动装置；第二导向装置的导向中心重合于焊枪O
的末端端点，且其导向方向垂直于第一导向装置的导向方向。 这样，在焊枪0的工作过程中，焊枪0的上部不仅能够沿第一导向装置在第一平面 上摆动，同时还能够沿第二导向装置在第二平面上摆动，从而进一步提高了焊接过程中的 焊缝质量。 上述第二驱动装置的输出端可以为第二齿轮21，此时，第二导向装置可以具体为 第二圆弧齿轮22，该第二圆弧齿轮22为外齿圆弧齿轮，并通过其外齿与上述第二齿轮21啮 合，第二圆弧齿轮22的导向中心为其圆心。这样，在焊枪O的工作过程中，第二驱动装置输 出的动力，驱动第二齿轮21转动，由于第二圆弧齿轮22与第二齿轮21啮合，而第二圆弧齿 轮22固定于焊接机器人的本体上，因此，第二齿轮21将在第二圆弧齿轮22上运动，从而带 动固定于第二齿轮21上的焊枪0的上部以焊枪0的末端端点A(该点同时也是第一导向装 置和第二导向装置的导向中心，也即第一圆弧齿轮12和第二圆弧齿轮22的圆心)为圆心，
6以第二圆弧齿轮22的弧线为运动轨迹实现摆动，从而实现根据预定的轨迹程序，实现对焊 枪0的另一方向的姿态调整，进而提高了焊缝质量。 显然地，上述第一圆弧齿轮12和第二圆弧齿轮22为同心圆弧齿轮，以保证在焊枪 0的姿态调整过程中不会对焊枪0的末端端点A的位置造成影响。 上述第一圆弧齿轮12和焊枪0末端端点A的连线，垂直于第二圆弧齿轮22和焊 枪0末端端点A的连线，以较好地满足焊枪0姿态的调整，显然地，二者不局限于垂直的关 系。 需要指出的是，前述导向中心是指，在各导向装置的导向面上的各点与焊枪O末 端端点的连线的交点；上述导向方向是指焊枪O以其末端端点为导向中心所形成的摆动轨 迹。 在上述具体实施方式
中，本发明所提供的焊枪姿态调整装置还可以包括第一支撑 架31，该第一支撑架31的一端固定于焊接机器人本体的适当位置，上述第一齿轮11通过第 一支撑架31安装于焊枪0的上部；第一齿轮11在第一圆弧齿轮12上运动时，带动与其固 定的第一支撑架31的一端以适当的角度摆动，从而带动焊枪0的上部摆动，这样，使得第一 齿轮11较为方便地安装于焊枪0上，并且提高了焊枪0的姿态调整精度。
相应地，上述焊枪姿态调整装置还可以包括以其一端固定于焊接机器人本体的第 二支撑架32，第二齿轮21通过第二支撑架32安装于焊枪0的上部，当第二齿轮21在第二 圆弧齿轮22上运动时，带动与其固定的第二支撑架32的一端以适当的角度摆动，从而带动 焊枪O的上部摆动。 上述第一圆弧齿轮12的侧壁可以具有与其圆心相同的第一圆弧导轨121，且上述 第一支撑架31上具有沿第一弧形导轨121滑动的第一滑块311 ;相应地，第二圆弧齿轮22 的侧壁也可以具有与其圆心相同的第二圆弧导轨221，且上述第二支撑架32上具有沿第二 弧形导轨221滑动的第二滑块321。这样，当第一支撑架31和第二支撑架32分别带动焊 枪0的上部以其末端端点A为中心摆动时，第一滑块311和第二滑块321分别在第一弧形 导轨121和第二弧形导轨221上滑动，从而进一步提高了焊枪0姿态调整的可靠性。
上述第一滑块311和第二滑块321可以均为U形滑块，上述第一弧形导轨121和 第二弧形导轨221分别卡装于上述第一滑块311和第二滑块321中；由于导轨的长度范围 较大，将其设计为简单的条形结构，能够降低生产成本，且加工过程较为简单。
显然地，滑块和弧形导轨的具体形式也不限于前述的形式，能够实现可靠导向的 其他形式也可以作为具体的方式，例如，上述第一滑块311和第二滑块321为简单的条状结 构，而将第一弧形导轨121和第二弧形导轨221为U型结构。当然，上述下凹的结构也不局 限于U型，也可以为V型等形式。 请参考图5，并请一并参考图4 ;图5为本发明所提供焊枪姿态调整装置另一种具 体实施方式中焊枪摆动装置的结构示意图。 在另一种具体实施方式
中，本发明所提供的焊枪姿态调整装置还可以包括输出端 为第三齿轮41的第三驱动装置，第三齿轮41安装于焊枪0的夹具上，上述第二支撑架山峰 安装有第三圆弧齿轮42，上述第三齿轮41与第三圆弧齿轮42啮合，第二支撑架32的末端 安装有球形轴承，焊枪0的上部分别安装于焊枪0夹具和球形轴承中。
在焊枪的工作过程中，第三驱动装置驱动第三齿轮41旋转，通过第三齿轮41与第
7三圆弧齿轮42的啮合，带动与第三齿轮41连接的焊枪0夹具在第三圆弧齿轮42上摆动， 由于焊枪0的一端固定在焊枪0的夹具中，另一端安装于球形轴承中，焊枪0的末端能够绕 球形轴承的中心移动，从而实现了焊枪0的末端端点A以焊缝中线为中心，在垂直于焊缝的 方向上独立摆动，进而进一步满足了大坡口焊接的要求。 上述第三圆弧齿轮42可以通过连接板安装于上述第二支撑架32，以简化安装过 程，并提高安装可靠性。 除了上述焊枪姿态调整装置，本发明还提供一种包括上述焊枪姿态调整装置的焊
接机器人，该焊接机器人的其他各部分的结构请参考现有技术，在此不再赘述。 以上对本发明所提供的一种焊接机器人及其焊枪姿态调整装置进行了详细介绍。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用
于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也
落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
一种焊枪姿态调整装置，用于焊接机器人，其特征在于，包括安装于所述焊接机器人的第一导向装置，以及安装于焊枪(0)的上部的第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述焊枪(0)的上部沿所述第一导向装置摆动，所述第一导向装置的导向中心重合于所述焊枪(0)的末端端点。
2. 根据权利要求1所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，所述第一驱动装置的输出 端为第一齿轮(ll)，且通过所述第一齿轮(11)与所述焊枪(0)固定；所述第一导向装置为 以其外圈与所述第一齿轮(11)啮合的第一圆弧齿轮(12)，且其导向中心为所述第一圆弧 齿轮(12)的圆心。
3. 根据权利要求2所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，还包括安装于所述焊接机 器人的第二导向装置，以及与所述焊枪(0)的上部固定连接并驱动所述焊枪(0)的上部沿 所述第二导向装置摆动的第二驱动装置；所述第二导向装置的导向中心重合于所述焊枪 (0)的末端端点，且其导向方向垂直于所述第一导向装置的导向方向。
4. 根据权利要求3所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，所述第二驱动装置的输出 端为第二齿轮(21)，所述第二导向装置为以其外圈与所述第二齿轮(21)啮合的第二圆弧 齿轮(22)，且其导向中心为所述第二圆弧齿轮(22)的圆心。
5. 根据权利要求4所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，还包括均固定于所述焊接 机器人的第一支撑架(31)和第二支撑架(32);所述第一齿轮(11)通过所述第一支撑架 (31)安装于所述焊枪(0)的上部，所述第二齿轮(21)通过所述第二支撑架(32)安装于所 述焊枪(0)的上部。
6. 根据权利要求5所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，所述第一圆弧齿轮(12)的 侧壁具有与其圆心相同的第一弧形导轨(121)，所述第一支撑架(31)具有沿所述第一弧形 导轨(121)滑动的第一滑块(311);所述第二圆弧齿轮(22)的侧壁具有与其圆心相同的第 二弧形导轨(221)，所述第二支撑架(32)具有沿所述第二弧形导轨(221)滑动的第二滑块 (321)。
7. 根据权利要求6所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，所述第一滑块(311)和第二 滑块(321)均为U型滑块，所述第一弧形导轨(121)和所述第二弧形导轨(221)卡装于所 述U型滑块中。
8. 根据权利要求7所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，还包括输出端为第三齿轮 (41)的第三驱动装置，所述第三齿轮(41)安装于所述焊枪(0)的夹具上，且与安装于所述 第二支撑架(32)的第三圆弧齿轮(42)啮合，所述第二支撑架(32)的末端安装有球形轴 承，所述焊枪(0)的上部分别安装于所述夹具和所述球形轴承中。
9. 根据权利要求8所述的焊枪姿态调整装置，其特征在于，所述第三圆弧齿轮(42)通 过连接板安装于所述第二支撑架(32)。
10. —种焊接机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的焊枪姿态调整装置。
全文摘要
本发明公开了一种焊枪姿态调整装置，用于焊接机器人，包括安装于所述焊接机器人的第一导向装置，以及安装于焊枪(0)上部的第一驱动装置，第一驱动装置驱动所述焊枪(0)的上部沿所述第一导向装置摆动的，所述第一导向装置的导向中心重合于所述焊枪(0)的末端端点。在焊枪的工作过程中，第一驱动装置驱动焊枪(0)的上部沿第一导向装置摆动，由于第一导向装置的导向中心与焊枪(0)的末端端点相重合，则焊枪(0)的上部在沿第一导向装置摆动的过程中，焊枪(0)末端端点的位置不会发生变化，改变了焊枪(0)在焊接过程中的姿态，从而能够长时间稳定地保证焊接稳定性和焊缝质量。
文档编号B25J19/00GK101712157SQ20091021019
公开日2010年5月26日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者凌京蕾, 廖建中, 杨乃来, 杨原, 汪苏, 沈忠睿, 王海俊, 苗新刚, 许扬先, 邝炳立, 韩凌攀, 黄佳 申请人:北京航空航天大学;广州广重企业集团有限公司