专利名称：一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车制造设备中的车身焊接柔性生产装备技术领域，确切 地说是一种机器人从水平回转式夹具存储供给单元抓举夹具，实现多车型的工 件和夹具自动快换就位的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系 统。
背景技术：
在当前的汽车焊接装备领域，为提高生产效率，提高焊接质量，改善工作 环境，降低劳动强度和生产成本，机器人焊接技术已经被广泛应用。而在汽车 市场日益激烈的竞争中，车型的多样性是彰显汽车企业强大综合竞争力的一方 面。现今，无论是新线上马，还是旧线改造，都指向同一个敏感方向一多车型 混线机器人柔性焊接生产。
在同一或近似车身平台，实现多种车型混线生产，满足混线生产，主要涉 及快速更换下部工装、侧围工装(顶部工装)。因车身下部相同或变化不大，下 部工装的切换可自动快速切换局部定位支撑和夹紧单元来实现。各种车型侧围 形状的定位支撑和夹紧差异较大， 一般无法用简单更换支撑定位实现，需要整 体更换侧围工装来实现。
目前，轿车车身焊接柔性生产线采用的主要形式有自动快换式主拼夹具、 四面体回转式主拼夹具、多道岔蝶形主拼夹具、内置式主拼夹具等。
近年来，国外有通过机器人抓举各种车型的侧围工装和下部工装形成整体 式夹具结构实现多车型混线生产的方式。但引进国外技术费用高，且不适合国 内厂家生产的某些特定场合。
李文忠在《浅析汽车混流柔性焊接生产线制造技术》 一文中介绍了德国 KUKA公司在世界汽车焊接线，通过8个装载架和3个轨道来实现10种合装 夹具的更换，适应10种车型的混流生产。从日本和韩国进口滚筒式合装夹具， 其原理是通过可水平旋转的滚筒转动来实现侧围夹具的更换，滚筒四面可以安 装4套侧围夹具，可适应4种车型的转换。这一技术填补了国内一种多车型混 线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统技术的空白。但在特定的不同场合，为 满足不同的需要，上述技术方案也不完全适用，因此有必要提供另一种不同于 上述技术方案的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，以进一 步丰富和发展本项技术。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有全程可控、高储能、高 精度、高速和高稳定等特性的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接 系统，本实用新型依托电气自动化控制单元的全程控制，实现了多车型工件和
4夹具自动快换就位，多车型混线生产柔性能力得到提升。
本实用新型是通过如下技术方案实现的 . 一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，其特征在于包括
用于存储多台夹具的水平回转式夹具存储供给单元；安装在固定的安装座上用
于抓举所述夹具实现工件和夹具自动快换就位，以及用于抓举机器人焊枪执行
焊接操作的机器人；用于支承定位工件并用于转运工件的多个雪橇式支承定位 单元；用于定位夹紧雪橇式支承定位单元并使其沿生产线运动的滚床单元；用 于定位锁紧机器人释放到夹具工作位的夹具并用于定位夹紧工件的底板定位夹 紧锁紧单元；用于存储工件和反馈所储存工件适用对应车型的检测信号的工件 存储单元；用于接收到上位计算机传来的车型生产信息后控制所述机器人、水
平回转式夹具存储供给单元、雪橇式支承定位单元、滚床单元、底板定位夹紧 锁紧单元和工件存储单元的动作流程实现所有工件和夹具的自动快换就位等，
从而实现多车型混线柔性生产'的电气自动化控制单元一。 '
所述水平回转式夹具存储供给单元包括多台夹具，水平回转台机构，多个 存储架机构和用于控制所述夹具、水平回转台机构和存储架机构的动作流程的 电气自动化控制子单元。所述水平回转台机构包括回转座和安装在回转座上的 回转台，所述回转台是市面上常见的电机驱动的水平分度回转台，在回转座上 配备有同回转台相联的用于电气自动化控制的快速旋转接头，所述快速旋转接 头是本领域中常见的在旋转的地方提供电气通道的接头。所述存储架机构包括 多个定位锁紧装置和多个保护装置。所述定位锁紧装置由至少2个标准的零点 系统组成；所述零点系统为通用基准接口，其英文标准名称为 Zero-Point-Systems;所述零点系统包括缸体，设置在缸体内的钢球，和与所述 钢球配合的活塞顶块。所'述保护装置包括气'缸缸体，气缸活塞杆和与气缸活塞 杆连接的活动臂。所述存储架机构上配备有多个与夹具相联的用于电气自动化 控制的快换接头，所迗快换接头是本领域中常见的迅速实现电气连通和断开的 接头。所述存储架机构上设置有多个用于存储夹具的存储架。定位锁紧装置、 保护装置和快换接一均分别设置在每个存储架上。 ' 所述机器人为市面上常见的焊接机器人。
所述雪橇式支承定位单元为本领域常见的，由雪橇架、安装在雪橇架上的, 导向块、定位销、-支承块和检测开关组成的支承定位装置。
所述滚床单元是本领域常见的，由滚床本体、安装在滚床本体上的电动机、 轴承座、气缸、压紧臂、限位块、滑块、检测开关、安装在轴承座上的转动轴、 安装在转动轴上的转臂、滚轮和链轮以及连接电动机和链轮的链条组成的传输 定位夹紧装置。 . ~
所述底板定位夹紧锁紧单元是本领域常见的，由底板、安装座、安装在安 装座上的定位f亂、支承块、气缸、压紧臂、零点系统、快换接头和检测开关组 成的定位夹紧锁紧装置。
所述工件存储单元是用于存储多种车型工件的工件存储架。所述工件存储单元反馈所储存工件适用对应车型的检测信号。
所述电气自动化控制单元和电气自动化控制子单元为可编程控制器。 与现有技术相比本实用新型的优点表现在
本实用新型采用水平回转式夹具存储供给单元，机器人，雪橇式支承定位 单元，滚床单元，底板定位夹紧锁紧单元，工件存储单元和电气自动化控制单 元组成的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，并且水平回转 式夹具存储供给单元采用标准的零点系统和回转台使该单元结构简洁、功能有 效，具有高储能、高精度、高速和高稳定的优点。底板定位夹紧锁紧单元也配 备有零点系统。与水平回转式夹具存储供给单元和底板定位夹紧锁紧单元相接 驳的夹具承其特点，结构简洁，实现轻量化，为机器人创造了有利的技术条件。 本一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统整合上述多种优点，依 托电气自动化控制单元的全程控制，实现工件和夹具自动快换就位，其多车型 混线生产柔性能力得到显著提升。因机器人安装在固定的安装座上，从而能满 足需要机器人固定时的特定场合中，进一步丰富和发展了本类技术。
下面结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明，一 其中 '
图1为本实用新型的组成原理图
图2为水平回转式夹具存储供给单元的组成原理图
图3为水平回转式夹具存储供给单元的机构原理图
具体实施方式实施例1
参照说明书附图1，本实用新型公开了一种多车型混线生产的汽车车身机 器人柔性焊接系统。本系统包括用于存储多台夹具l的水平回转式夹具存储供
给单元2;安装在,固定的安装座上用于抓举所述夹具1实现工件和夹具1自动 快换就位，以及用于抓举机器人焊枪执行焊接操作的机器人3;用于支承定位 工件并用于转运工件的雪橇式支承定位单元4;用于定位夹紧雪橇式支承定位 单元4并使其沿生产线运动的滚床单元5;用于定位锁紧机器人3释放到夹具 工作位的夹具1并用于定位夹紧工件的底板定位夹紧锁紧单元6;用于存储工 件和反馈所储存工件适用对应车型的检测信号的工件存储单元7;用于接收到 上位计算机传来的车型生产信息后控制所述机器人3、水平回转式夹具存储供 给单元2、雪橇式支承定位单元4、滚床单元5、底板定位夹紧锁紧单元6和工 件存储单元7的动作流程实现所有工件和夹具1的自动快换就位等，从而实现 多车型混线柔性生产的电气自动化控制单元8。'
参照说明书附图2和3，所述水平回转式夹具存储供给单元2包括多台夹 具l，水平回转台机构9，多个存储架机构IO和用于控制所述夹具1、水平回" 转台机构9和存储架机构10的动作流程的电气自动化控制子单元11。所述水 平回转台机构9包括回转座12和安装在回转座12上的回转台，所述回转台是由市面上常见的电、机驱动的水平分度回转台，在回转座12上配备有与回转台相 联的用于电气自动化控制的快速旋转接头。所述存储架机构io包括多个定位锁 紧装置和多个保护装置。所述定位锁紧装置在至少2个标准的零点系统组成； 所述零点系统包括缸体14，设置在缸体内的钢球15，和与所述钢球—15配合的 活塞顶块16;所述保护装置包括气缸缸体17，气缸活塞杆18和与气缸、活塞杆 18连接的活动臂19。所述存储架机构.10上配备有多个与夹具1相联的用于电 气自动化控制的快换接头。所述存储架机构10上设置有多个用于存储夹具1 的存储架。定位锁紧装置、保护装置和快换接头均分别设置在每个存储架上。 实施例2 —
作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型具体方案如下-
见图1，本实用新型的组成 . 1，包括一个水平回转式夹具存储供给单元2; 2，包括一台机器人3; 3，包括多个雪橇式支承定位单元4; 4，包括一个滚床单元5; 5，包括一个底板定位夹紧锁紧单元6; 6，包括一个工件存储单元7;
7，包括一套电气自动化控制单元8。 对上面各组成部分做如下简要说明
水平回转式夹具存储供给单元2是一种用于存储该工位该区域的全部车型
夹具1的单元。本单元通过水平回转，将系统所需的夹具1回转到本单元的夹
具切换位，以供机器人3抓取。反之，存储机器人3还回释放到本单元夹具切
换位的夹具1。该单元的组成原理和机构原理在后面将详细说明。
机器人3安装在固定的安装座上，既可抓举夹具1实现工件和夹具1自动
快换就位，又可抓举机器人焊枪执行焊接。
雪橇式支承定位单元4是一种支承定位装置，用于支承定位工件并用于转— 运工件。其数量依不同车型的彼此差异和焊接工艺而定。本系统设置有2个雪 橇式支承定位单元4，每个单元可以实现其中3种车型共用，因此本系统最多 可实现6种车型共用。本单元在滚床单元5的作用下，依次到达生产线上各工 位的设定位置，进而将所承载工件转运到各工位上的精确位置。本单元没有任 何动作执行元件。 、
滚床单元5是一种l专输定位夹紧装置，用于定位夹紧雪橇式支承定位单元4 并使其沿生产线运动。
底板定位夹紧锁紧单元6是一种定位夹紧锁紧装置，用于定位锁紧机器人3 释放到夹具工作位的夹具1并用于定位夹紧工件。
工件存储单元7是一种工件存储架，用于储存多种车型的工件，并反馈所 储存工件适用于对应车型的检测信号。
电气自动化控制单元8是可编程控制器，本单元在接收到上位计算机通过以太网传输来的车型生产信息后，通过控制机器人3、水平回转式夹具存储供 给单元2、雪橇式支承定位单元4、'滚床单元5、底板定位夹紧锁紧单元6和工 件存储单元7'等的动作流程实现所有工件和夹具1的自动快换就位等，从而实 现多车型混线柔性生产。
本一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统的工作原理如下
*电气自动伴控制单元8接受车型生产指令，滚床单元5定位夹紧从上工 位传输来的承载着上工位工件(起始位可能没有ID件)的雪橇式支承定 位单元4，实现上工位工件在本工位的精确定位；
如有车型切换指令，水平回转式夹具存储供给单元2水平回转，将相应 夹具1水平回转到夹具切换位，待水平回转式夹具存储供纟佘单元2打开 对夹具1的保护后，机器人3到夹具切换位抓举夹具1,待水平回转式 夹具存储供给单元2解开对夹具1的锁紧后归位;如没有车型切换指令， 水平回转式夹具存储供给单元2保持原状态；
*如有抓件上件工艺要求，机器人3抓举夹具1运行到工件存储单元7， 待夹具1完成拾取工件后，再将夹具1释放到底板定位夹紧锁紧单元6 的夹具工作位，待在底板定位夹紧锁紧单元6定位锁紧夹具1后归位； 如没有抓件上件工艺要求，机器人3抓举夹具1并释放夹具1到底板定 位夹紧锁紧单元6的夹具工作位，待底板定位夹紧锁紧单元6定位锁紧
— 后夹具1后归位；
*夹具1夹紧工件；底板定位夹紧锁紧单元6夹紧工件；机器人3在与其 它机器人3共同完成焊接后归位。特殊情况下，机器人3可以仅用于抓 举夹具1。
、夹具l松开工件；底板定位夹紧锁紧单元6松开工件； *机器人3到夹具工作位。如有车型切换指令，机器人3抓举在底板定位 夹紧锁紧单元6夹具工作位上的夹具1 ，待底板定位夹紧锁紧单元6解
开对夹具1的锁紧后还回释放夹具1到原水平回转式夹具存储供给单元
2的夹具切换位，待水平回转式夹具存储供给单元2定位锁紧夹具1后 归位；如没有车型切换指令，机器人3抓举在底板定位夹紧锁紧单元6 夹具工作上的夹具1，待底板定位夹紧锁紧单元6解开对夹具1的锁紧 后归位；
*滚床单元5解开对雪橇式支承定位单元4的定位夹紧，然后将承载着本
工位工件的雪橇式支承定位单元4向下一工位传输。 详细介绍水平回转式夹具存储供给单元2。 见图2，.为水平回转式夹具存储供给单元2的组成原理图 1，包括多台夹具l; 2，包括一个水平回转台机构9; 3，包括多个储架机构10; 4，包括一套电气自动化控制子单元ll。对上面各组成部分做如下说明
夹具1是用于生产不同车型的夹具。其种类的数量依不同车型的数据和焊 接土艺的彼此差异而定。每种夹具1都配备同水平回转式夹具存储供给单元2、 底板定位夹紧锁紧单元6和其它相关夹具1相接驳的定位锁紧装置和用于电气 自动化控制的快换接头。每种夹具1都配备机器人3相联接的机器人工具快换 装置，所述机器人工具快换装置为市面上常见的向机器人提供自动更换末端执 行器或其它外围工具的能力机快换装置i每种夹具1都配备定位夹紧工件的装 置。
水平回转台机构9是一种驱动一本单元回转的妈构，由回转座和安装在回转 座上的回转台组成。在回转座上配备有同回转台相联的用于电气自动化控制的 快速旋转接头。所述分度回转台可360°无限水平回转匸回转方向'可控，在设 定120°角度间隔上可高精度停车。水平回转台机构9在120。角度内起停一次 的时间最多仅达10s，速度快。
存储架机构10是用于存储多台夹具1的机构。所述存储架机构包括多个定 位锁紧装置和多个保护装置。定位锁紧装置具有互换性，而保护装置的互换性 有限。定位锁紧装置最少可由2个标准零点系统组成， 一般采ffl4个。零点系 统的工作原理是在气压和弹簧力的作用下，通过钢球15锁紧到位的夹具1上的 带锥度的定位销来实现定位与锁紧，通过气压松动钢球15来解锁。零点系统的 重复精度O.005mm，而导向精度为12mm;零点系统的抱紧力量可高达55KN， 而拉紧力可高达17KN，其锁紧和解锁都约耗时间0.5s。零点系统的运用也使 与其接驳的夹具1结构简洁，实现轻量化。零点系统能输出锁紧到位和解锁到 位的检测信号。该定位锁紧装置简洁有效，具有高精度、高速、高稳定性和可 检测的特点。所述存储架机构上配备有多个与夹具1相联的用于电气自动化控 制的快换接头。本单元的夹具1存储量是据夹具1的实际情况灵活布置存储架 机构10的结果。本单元设置有3个存储架机构10，每个存储架机构10都设置 有2个用于存储存夹具1的存储架，因此本单元可存储6台夹具1。定位锁紧 装置、保护装置和快换接头均分别设置在每个存储架上。整个存储架机构10 能实现全程电气自动化控制。 一
机器人3也就是上面系统中的机器人3,而电气自动化控制子单元11是隶 属于上面系统中的电气自动化控制单元8。
图3为水平回转式夹具存储供给单元2的机构原理图
整个单元的机构由回转座12、回转台及存储架B、零点系统的缸体14、
钢球15、活塞顶块16、气缸缸体17、气缸活塞杆18、活动臂19和夹具1等组 成。整个单元的机构有五个运动源，A是回转运动源，用以实现回转台及存储 架13整体回转到位；B和C是气动滑动运动源，用以实现定位锁紧装置对夹 具1的定位锁紧及解锁；D是气动滑动运动源，用以实现保护装置对夹具1的 保护及打开保护；E是机器人3平移运动源，用以实现机器人3抓举夹具1平 移进出定位锁紧装置。 '
9水平回转式夹具存储供给单元2供给夹具1的机构原理如下-回转台及存储架13通过回转运动源A整体回转到位；气动滑动运动源D驱 .动气缸活塞杆18在气缸缸体17内滑动退回，活动臂19旋转，打开保护；活塞 顶块16在气动滑动运动源B和C的作用下退回，钢球15对夹具1带锥度的定 位销的锁紧解开；夹具1通过机器人3平移运动源E退出零点系统的缸体14 取消定位。 '
水平回转式夹具存储供给单元2存储夹具1的机构原理如下 回转台及存储架13通过回转运动源A整体回转到位；夹具1 3E过机器人3 平移运动源E进入零点系统的缸体14实现定位；活塞顶块16在气动滑动运动 源B和C的作用下滑出通过钢球15锁紧夹具1的带锥度的定位销；气动滑动 运动源D驱动气缸活塞杆18在气缸缸体17内滑动伸出，驱动活动臂19旋转， 实现保护。 ^
本水平回转式夹具存储供乡合单,元2供给夹具1的工作原理如下 *在电气自动化控制单元11的控制下，存储架机构10定位锁紧并保护好 夹具1;
*水平回转台机构9将存储架机构10中的相应夹具1水平回转到夹具切 换位； ' *机器人3就位；
*存储架机构10打开对夹具1的保护；
*机器人3抓举夹具1 ，在存储架机构10解开对夹具1的锁紧后将夹具1
移走。 — 一
本水平回转式夹具存储供给单元2存储夹具1的工作原理如下
在电气自动化控制单元11的控制下，机器人3抓举夹具1还回释放到
存储架机构10的夹具切换位； *存储架机构IO定位锁紧夹具； *机舉人3归位；
*存储架机构10对夹具1实行保护；
*水平回转台机构9将系统所需的夹具 水平回转到夹具切换位。
权利要求1、一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，其特征在于包括用于存储多台夹具(1)的水平回转式夹具存储供给单元(2)；安装在固定的安装座上用于抓举所述夹具(1)实现工件和夹具(1)自动快换就位，以及用于抓举机器人焊枪执行焊接操作的机器人(3)；用于支承定位工件并用于转运工件的多个雪橇式支承定位单元(4)；用于定位夹紧雪橇式支承定位单元(4)并使其沿生产线运动的滚床单元(5)；用于定位夹紧工件的底板定位夹紧锁紧单元(6)；用于存储工件和反馈所储存工件适用对应车型的检测信号的工件存储单元(7)；和用于接收到上位计算机传来的车型生产信息后控制所述机器人(3)、水平回转式夹具存储供给单元(2)、雪橇式支承定位单元(4)、滚床单元(5)、底板定位夹紧锁紧单元(6)和工件存储单元(7)的动作流程实现所有工件和夹具(1)的自动快换就位的电气自动化控制单元(8)，所述水平回转式夹具存储供给单元(2)包括夹具(1)、水平回转台机构(9)、存储架机构(10)和用于控制所述夹具(1)、水平回转台机构(9)和存储架机构(10)的动作流程的电气自动化控制子单元(11)，所述水平回转台机构(9)包括回转座(12)和安装在回转座(12)上的回转台，所述回转座(12)上配备有同回转台相联的用于电气自动化控制的快速旋转接头，所述存储架机构(10)包括多个定位锁紧装置和多个保护装置，所述定位锁紧装置由至少2个标准的零点系统组成，所述存储架机构(10)上配备有多个与夹具1相联的用于电气自动化控制的快换接头，所述保护装置包括气缸缸体(17)，气缸活塞杆(18)和与气缸活塞杆(18)连接的活动臂(19)。
2、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊 接系统，其特征在于所述零点系统包括缸体(14)，设置在缸体(14)内的钢 球(15)，和与所述钢球(15)配合的活塞顶块(16)。
3、 根据权利要求1或2所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔 性焊接系统，其特征在于所述零点系统为4个。 '
4、 根据权利要求1或2所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔 性焊接系统，其特征在于所述水平回转式夹具存储供给单元(2)设置有3 个存储架机构(10)，每个存储架机构(10)上设置有2个存储架，定位锁紧装 置、保护装置和快换接头均分别设置在每个存储架上。
5、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊 接系统，其特征在于所述机器人(3)为市面上常见的焊接机器人。
6、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊 接系统，其特征在于所述雪橇式支承定位单元(4)为焊接领域常见的由雪橇 架、安装在雪橇架上的导向块、定位销、支承块和检测开关组成的支承定位装 置。
7、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，其特征在于所述滚床单元(5)是本领域常见的由滚床本体、安装在 滚床本体上的电动机、轴承座、气缸、压紧臂、限位块、滑块、检测开关、安 装在轴承座上的转动轴、安装在转动轴上的转臂、滚轮和链轮以及连接电动机 和链轮的链条组成的传输定位夹紧装置。
8、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机磊人柔性焊 接系统，其特征在于所述底板定位夹紧锁紧单元(6)是本领域常见的底板、 安装座、安装在安装座上的定位销、支承块、气缸、压紧臂、零点系统、快换 接头和检测开关组成的定位夹紧锁紧装置。'
9、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊 接系统，其特征在于所述工件存储单元(7)是用于存储多种车型工件的工件 存储架。
10、 根据权利要求1所述的一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊 接系统，其特征在于所述电气自动化控制单元(8)和电气自动化控制子单元(11)为可编程控制器,
专利摘要本实用新型公开了一种多车型混线生产的汽车车身机器人柔性焊接系统，包括水平回转式夹具存储供给单元，安装在固定的安装座上的机器人，用于支承定位工件并用于转运工件的多个雪橇式支承定位单元，用于定位夹紧雪橇式支承定位单元并使其沿生产线运动的滚床单元，用于定位锁紧机器人释放到夹具工作位的夹具并用于定位夹紧工件的底板定位夹紧锁紧单元，用于存储工件和反馈所储存工件适用对应车型的检测信号的工件存储单元，和电气自动化控制单元。本实用新型依托电气自动化控制单元的全程控制，实现了工件和夹具自动快换就位，多车型混线生产柔性能力得到提升。
文档编号B23K37/00GK201385192SQ20092008056
公开日2010年1月20日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者张瑞海, 朱品朝, 蔡跃军, 阳 赵, 勇 陈 申请人:四川成焊宝玛焊接装备工程有限公司