一种高空焊接机器人的制作方法

本发明涉及焊接设备技术领域，尤其涉及一种高空焊接机器人。

背景技术：

目前，高处焊接和切割十分常见。由国家标准gb/t3608-2008《高处作业分级》规定：“凡在坠落高度基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。”

随着工业生产能力的不断加强和人们审美水平的提高以及对于生产生活环境要求的不断增加，越来越多的领域需要脱离地面进行高处焊接作业。例如建筑外墙的装饰，绝缘架线和维修，消防救援，飞机维护检查，路灯维护等涉及到金属材料固定、链接的情况都离不开高处焊接；随着人类生活方式多元化的增加，事故、灾害无法避免，很多发生在人力无法快速到达区域，越来越多的领域需要脱离地面进行切割焊接作业。例如市政建筑、抢险救灾、公安破拆、路桥建设、房屋拆迁、园林作业、电力抢修等涉及到金属材料去除和破坏的情况都离不开高处切割。

但现有的现有的高处焊接方法主要为人工搭乘作业平台进行手工焊接，工作十分危险。搭建焊接平台复杂，工况不同焊接平台设计差异较大，工作准备时间长。无论是熔焊、压焊还是钎焊，都需要携带专用设备，受限于工作状况，很不方便。并且根据高空焊接作业规定，高空焊接人员需要长时间专门培训，人才紧缺。现有的高处切割方法主要为人工靠近使用手提切割机等设备进行人工切割。受限于工作环境，工作或抢险人员很难及时靠近工作区域，同时难以运送设备。并且灾难现场往往伴随着二次灾害，工作人员进驻十分危险。

随着科技的发展，无人驾驶飞机，简称无人机(uav)，是一种处在迅速发展中的新概念飞行器，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。中国发明专利cn105081558a的说明书中公开了一种基于自蔓延反应的无人机焊接和切割设备。整个设备包括无人机，无人机辅助部分，自蔓延反应焊接/切割部分和机架及配重部分。无人机实现飞行到达工作区域。无人机辅助部分控制无人机并实时监控环境，保证工作顺利进行。

但是，无人机却因自身体积和重量的要求，携带的焊材重量有限，并且再高空中难以固定位置，导致焊接过程中会产生焊材短缺，难以完成焊接任务的现象，并且高空中易产生晃动，焊接效果差，虽然目前也有地面移动伸缩臂结构的焊接装置，但是焊材都是和焊枪安装在一起，焊枪焊接过程中不稳定，仍然存在上述技术问题。

因此，基于上述缺陷，在焊接设备技术领域，对于新型高空焊接机器人仍存在研究和改进的需求，这也是目前焊接设备领域中的一个研究热点和重点，更是本发明得以完成的出发点和动力所在。

技术实现要素：

针对上述存在的诸多缺陷，本发明人经过大量的深入研究，在付出了充分的创造性劳动后，从而完成了本发明。

具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种高空焊接机器人，焊枪高空稳定效果好，能够供用充足的焊料，焊接质量高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，提供一种高空焊接机器人，包括底座，所述底座上安装有伸缩臂，所述底座上位于所述伸缩臂的一侧转动安装有焊料盘，所述焊料盘上设有焊料卷；所述伸缩臂的顶端安装有传动箱，所述传动箱内设有由电机驱动的主动锥齿轮，所述传动箱上安装有由所述主动锥齿轮传动的机械手，所述机械手的顶端安装有焊枪，所述传动箱上设有向所述焊枪传输焊料的送丝机构；所述传动箱的一侧沿所述传动箱的周边安装有若干吸盘，所述传动箱上安装有夹臂，若干所述吸盘环绕于所述夹臂的外周。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述机械手包括转动安装于所述传动箱上的第一连杆，所述第一连杆一端与所述主动锥齿轮传动连接，所述第一连杆另一端转动安装有由第一伺服电机驱动的第一传动轴，所述第一传动轴固定连接第二连杆，所述第一传动轴的轴线垂直于所述第一连杆的中心线和所述第二连杆的中心线所在的平面，所述第二连杆的端部转动安装有由第二伺服电机驱动的第二传动轴，所述第二传动轴固定连接第三连杆，所述第二传动轴的轴线与所述第三连杆的延伸方向一致，所述第二传动轴的轴线与所述第一传动轴的轴线垂直，所述第三连杆的端部转动安装有由第三伺服电机驱动的第三传动轴，所述第三传动轴固定连接第四连杆，所述第三传动轴的轴线垂直于所述第三连杆的中心线和第四连杆的中心线所在的平面，所述焊枪安装于所述第四连杆的端部；所述第一连杆与第二连杆之间设有第一锁紧机构，所述第二连杆与第三连杆之间设有第二锁紧机构，所述第三连杆与第四连杆之间设有第三锁紧机构。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述第一锁紧机构包括固定安装于所述第一连杆上的第一安装座，所述第一安装座上固定安装有第一支撑座，所述第一传动轴贯穿所述第一安装座且转动安装于所述第一支撑座上，所述第一支撑座上设有第一液压腔，所述第一液压腔内滑动安装有第一活塞，所述第一活塞与所述第一安装座之间设有第一摩擦片组；所述第一传动轴的端部穿出所述第一支撑座且连接所述第一伺服电机。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述第二锁紧机构包括固定安装于所述第二连杆上的第二安装座，所述第二安装座上固定安装有第二支撑座，所述第二传动轴贯穿所述第二安装座且转动安装于所述第二支撑座上，所述第二支撑座上设有第二液压腔，所述第二液压腔内滑动安装有第二活塞，所述第二活塞与所述第二安装座之间设有第二摩擦片组；所述第二传动轴的一端固定连接所述第三连杆，另一端穿出所述第二支撑座且连接所述第二伺服电机。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述机械手上设有若干转向导轮，焊料依次绕经所述转向导轮传输至所述焊枪。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述机械手设有两个，另一个机械手上安装有由电机驱动的砂轮，两个机械手与所述主动锥齿轮之间均设有离合机构。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述离合机构包括与所述第一连杆连接的花键轴，所述传动箱内设有齿轮箱，所述主动锥齿轮设置于所述齿轮箱内，所述花键轴穿入所述齿轮箱且端部固定安装有与所述主动锥齿轮相啮合的从动锥齿轮，所述齿轮箱外侧的所述花键轴上设有轴肩，所述轴肩与齿轮箱之间设有复位弹簧；所述传动箱内设有离合液压缸，所述离合液压缸的活塞杆端部固定安装有驱动柄，所述驱动柄上安装有轴承，所述轴承位于所述轴肩远离所述复位弹簧的一侧且与所述轴肩相抵靠。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述送丝机构包括转动安装于所述传动箱上的主动包胶辊和从动包胶辊，所述主动包胶辊连接主动电机，焊料设置于所述主动包胶辊与从动包胶辊之间。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述夹臂包括固定安装于所述传动箱上的固定座，所述固定座上转动安装有由伺服电机驱动的转动座，所述转动座上对称安装有两夹爪，所述夹爪铰接安装于所述转动座上，所述夹爪一端为自由端，另一端连接夹紧液压缸。

在本发明的高空焊接机器人中，作为一种优选技术方案，所述焊枪旁安装有火焰切割头和点火器，所述火焰切割头和点火器位置相对应。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

(1)由于传动箱的一侧安装有夹臂和若干吸盘，当被焊接物周围有平整平面时，可以通过吸盘将传动箱吸附在平整平面上，当被焊接物周围具有凸起或者护栏时，可以使用夹臂夹紧，将传动箱固定在被焊接物旁，使得焊枪在高空稳定效果更好；又由于焊料卷设置在底座上，而不是设置在焊枪部位，因此焊料的供用不会受焊枪载体的载重量限制，能够提供充足的焊料，尤其适合长距离的间断焊。

(2)由于机械手上每个连杆都可以单独活动，相邻的两连杆之间能够锁紧，实现了空间多角度位移变换，使得焊枪能够到达伸缩臂无法直接到达的狭小空间，甚至实现不外露位置的焊接。

(3)由于转动座上对称安装有两夹爪，可以通过改变转动座的方向而调整夹臂的夹持角度，以适用不同方位的被夹持物。

(4)由于焊枪旁安装有火焰切割头和点火器，火焰切割头和点火器位置相对应，拓展了本发明的使用性能，不仅可以实现高空焊接，而且还可以实现高空切割作业。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中传动箱的结构示意图；

图3是图2的右视结构示意图；

图4是本发明实施例中机械手的结构示意图；

图5是本发明实施例中第一锁紧机构的结构示意图；

图6是本发明实施例中第二锁紧机构的结构示意图；

图7是本发明实施例中转向导轮的结构示意图；

图8是本发明实施例中夹臂的结构示意图；

图9是本发明实施例中摄像头的布置示意图；

图10是本发明实施例中防风罩的安装示意图；

其中，在图1至图10中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。

图中：1、底座，2、伸缩臂，3、焊料盘，4、显示器，5、传动箱，6、焊枪，7、吸盘，8、齿轮箱，9、主动锥齿轮，10、从动锥齿轮，11、花键轴，12、轴肩，13、复位弹簧，14、离合液压缸，15、驱动柄，16、浮动辊，17、传感器，18、主动包胶辊，19、从动包胶辊，20、机械手，2001、第一连杆，2002、第二连杆，2003、第三连杆，2004、第四连杆，2005、第一安装座，2006、第一活塞，2007、第一液压腔，2008、第一传动轴，2009、第一伺服电机，2010、第一支撑座，2011、隔套，2012、第一摩擦片组，2013、第二安装座，2014、第二活塞，2015、第二液压腔，2016、第二传动轴，2017、第二伺服电机，2018、第二支撑座，2019、第二摩擦片组，21、防风罩，22、砂轮，23、摄像头，24、火焰切割头，25、点火器，26、夹臂，2601、固定座，2602、转动座，2603、夹紧液压缸，2604、夹爪，2605、限位油缸，27、转向导轮，2701、轮座，2702、转动杆，2703、滚子轴承，28、照明灯，29、齿圈，30、驱动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体的实施方式对本发明进行详细说明，但这些列举性实施方式的用途和目的仅用来列举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

如图1、图2和图3共同所示，本发明公开了一种高空焊接机器人，包括底座1，底座1可以通过驱动机构带动履带或者轮胎进行行走，底座1上安装有伸缩臂2，伸缩臂2在工程车辆以及吊装机械中较为常见，可以直接参考引用，在此不再赘述，底座1上位于伸缩臂2的一侧转动安装有焊料盘3，焊料盘3上设有焊料卷；伸缩臂2的顶端安装有传动箱5，通常，传动箱5铰接安装在伸缩臂2的顶端，并且伸缩臂2上铰接安装有驱动油缸，驱动油缸的活塞杆与传动箱5铰接，通过驱动油缸活塞杆的伸缩改变传动箱5的位置，传动箱5内设有由电机驱动的主动锥齿轮9，传动箱5上安装有由主动锥齿轮9传动的机械手20，机械手20的顶端安装有焊枪6，传动箱5上设有向焊枪6传输焊料的送丝机构，焊料卷设置在底座1上，而不是设置在焊枪6部位，因此焊料的供用不会受焊枪6载体的载重量限制，能够提供充足的焊料；传动箱5的一侧沿传动箱5的周边安装有若干吸盘7，传动箱5上安装有夹臂26，若干吸盘7环绕于夹臂26的外周，当被焊接物周围有平整平面时，可以通过吸盘7将传动箱5吸附在平整平面上，当被焊接物周围具有凸起或者护栏时，可以使用夹臂26夹紧，将传动箱5固定在被焊接物旁，使得焊枪6在高空稳定效果更好。为了地面工作人员能够实时观察焊接过程，如图9所示，在焊枪6旁设有摄像头23，在底座1上设有显示器4，摄像头23与显示器4电连接，并且，为了避免出现影像阴影，环绕焊枪6周围设有若干个照明灯28，实现了无影照明，提高了传输影像效果。

如图4所示，机械手20包括转动安装于传动箱5上的第一连杆2001，第一连杆2001一端与主动锥齿轮9传动连接，通过主动锥齿轮9带动第一连杆2001转动，第一连杆2001另一端转动安装有由第一伺服电机2009驱动的第一传动轴2008，第一传动轴2008固定连接第二连杆2002，第一伺服电机2009带动第二连杆2002转动，第一传动轴2008的轴线垂直于第一连杆2001的中心线和第二连杆2002的中心线所在的平面，第二连杆2002的端部转动安装有由第二伺服电机2017驱动的第二传动轴2016，第二传动轴2016固定连接第三连杆2003，第二伺服电机2017带动第三连杆2003转动，第二传动轴2016的轴线与第三连杆2003的延伸方向一致，第二传动轴2016的轴线与第一传动轴2008的轴线垂直，第三连杆2003的端部转动安装有由第三伺服电机驱动的第三传动轴，第三传动轴固定连接第四连杆2004，第三伺服电机带动第四连杆2004转动，第三传动轴的轴线垂直于第三连杆2003的中心线和第四连杆2004的中心线所在的平面，焊枪6安装于第四连杆2004的端部；第一连杆2001与第二连杆2002之间设有第一锁紧机构，第二连杆2002与第三连杆2003之间设有第二锁紧机构，第三连杆2003与第四连杆2004之间设有第三锁紧机构，机械手20上每个连杆都可以单独活动，相邻的两连杆之间能够锁紧，实现了空间多角度位移变换，使得焊枪6能够到达伸缩臂2无法直接到达的狭小空间，甚至实现不外露位置的焊接。

如图5所示，第一锁紧机构包括固定安装于第一连杆2001上的第一安装座2005，第一安装座2005上固定安装有第一支撑座2010，第一传动轴2008贯穿第一安装座2005且转动安装于第一支撑座2010上，第一支撑座2010上设有第一液压腔2007，第一液压腔2007内滑动安装有第一活塞2006，第一活塞2006与第一安装座2005之间设有第一摩擦片组2012，第一摩擦片组2012固定安装在一隔套2011上，隔套2011固定安装在第一传动轴2008上，需要锁紧时，第一液压腔2007内充液压油，使得第一活塞2006顶紧第一摩擦片组2012，使得第一摩擦片组2012与第一安装座2005压紧在一起，锁止第一传动轴2008的转动，从而将第二连杆2002的位置锁定；第一传动轴2008的端部穿出第一支撑座2010且连接第一伺服电机2009。

如图6所示，第二锁紧机构包括固定安装于第二连杆2002上的第二安装座2013，第二安装座2013上固定安装有第二支撑座2018，第二传动轴2016贯穿第二安装座2013且转动安装于第二支撑座2018上，第二支撑座2018上设有第二液压腔2015，第二液压腔2015内滑动安装有第二活塞2014，第二活塞2014与第二安装座2013之间设有第二摩擦片组2019，同样，第二摩擦片组2019也固定安装在隔套2011上，隔套2011固定安装在第二传动轴2016上；第二传动轴2016的一端固定连接第三连杆2003，另一端穿出第二支撑座2018且连接第二伺服电机2017，需要锁紧时，第二液压腔2015内充液压油，使得第二活塞2014顶紧第二摩擦片组2019，使得第二摩擦片组2019与第二安装座2013压紧在一起，锁止第二传动轴2016的转动，从而将第三连杆2003的位置锁定。

第三锁紧机构与第一锁紧机构的结构类似，本领域技术人员可以根据第一锁紧机构实施第三锁紧机构，在此不再赘述。

机械手20上设有若干转向导轮27，焊料依次绕经转向导轮27传输至焊枪6，为了适用机械手20空间位置多角度的变换，在相邻的两个连杆之间均设有一个转向导轮27，如图7所示，转向导轮27包括轮座2701，轮座2701上通过轴承转动安装有转动杆2702，转动杆2702上嵌装有滚子轴承2703，焊料则约束安装于滚子轴承2703的内圈中，当连杆角度变换时，转动杆2702可以随之调整，从而避免了焊料传输不顺畅的缺陷。

如图2所示，机械手20设有两个，另一个机械手20上安装有由电机驱动的砂轮22，两个机械手20与主动锥齿轮9之间均设有离合机构，通过离合机构可选择的使用焊枪6或者砂轮22，当被焊接物表面锈蚀，需要先使用砂轮22清理表面，因此，设计砂轮22可以提高焊接质量。

具体的说，离合机构包括与第一连杆2001连接的花键轴11，传动箱5内设有齿轮箱8，主动锥齿轮9设置于齿轮箱8内，花键轴11穿入齿轮箱8且端部固定安装有与主动锥齿轮9相啮合的从动锥齿轮10，齿轮箱8外侧的花键轴11上设有轴肩12，轴肩12与齿轮箱8之间设有复位弹簧13；传动箱5内设有离合液压缸14，离合液压缸14的活塞杆端部固定安装有驱动柄15，驱动柄15上安装有轴承，轴承位于轴肩12远离复位弹簧13的一侧且与轴肩12相抵靠。

送丝机构包括转动安装于传动箱5上的主动包胶辊18和从动包胶辊19，主动包胶辊18连接主动电机，焊料设置于主动包胶辊18与从动包胶辊19之间，主动包胶辊18和从动包胶辊19表面均包覆有硅胶层，以增加焊料传输时的摩擦力，避免了焊料传输过程中打滑，提高了传输效率。焊枪6上也设有输送焊料的送料机构，而该送料机构的动力较小，无法实现长距离的送料，送丝机构的动力较大，可以将位于底座1上的焊料盘3牵动，为了避免送料机构与送丝机构送料速度的差距而引起的断料或者打折现象，发明人还在传动箱5上设置了一个缓冲区域，参考图2，在该缓冲区域内设有一竖向滑动的浮动辊16，焊料由送丝机构输出后，绕经浮动辊16，再输送至焊枪6上的送料机构，在缓冲区域的顶部和底部均设置传感器17，当浮动辊16到达缓冲区域底部时，传感器17检测到便发出信号，使得送丝机构的主动电机停止，当浮动辊16到达顶部位置上时，送丝机构的主动电机便开始启动，保证了焊枪6上送料机构的顺畅送料。

如图8所示，夹臂26包括固定安装于传动箱5上的固定座2601，固定座2601上转动安装有由伺服电机驱动的转动座2602，转动座2602上对称安装有两夹爪2604，夹爪2604铰接安装于转动座2602上，夹爪2604一端为自由端，另一端连接夹紧液压缸2603，可以通过改变转动座2602的方向而调整夹臂26的夹持角度，以适用不同方位的被夹持物。另外，在转动座2602上还对应夹爪2604位置设有限位油缸2605，限位油缸2605的缸体安装在转动座2602上，限位油缸2605的活塞杆朝向夹爪2604，并且，限位油缸2605安装在夹紧液压缸2603一侧，以改变夹爪2604的张开角度，适用不同大小的被夹持物。

如图3所示，焊枪6旁安装有火焰切割头24和点火器25，火焰切割头24和点火器25位置相对应，拓展了本发明的使用性能，不仅可以实现高空焊接，而且还可以实现高空切割作业。

众所周知，风速对焊接过程中熔池的成型影响很大，如果风速过大，融化的焊料在熔池中成型很不规则，导致焊接质量差，而高空焊接过程中，由于位置高，风速大，如何实现高质量的焊接，一直是本领域的技术难题。

发明人经过深入研究，如图10所示，传动箱5上设有弧形滑槽，弧形滑槽内滑动安装有弧形的防风罩21，防风罩21上安装有形状与防风罩21相适配的齿圈29，传动箱5上转动安装有齿轮轴，齿轮轴一端安装有与齿圈29相适配的驱动齿轮30，另一端通过上述的离合机构与主动锥齿轮9传动连接，本领域技术人员可以参考上述的离合机构实施，在此不再赘述。使用时，根据风向调整防风罩21的位置，使得防风罩21包围在焊枪6外周，阻挡风吹熔池，提高了焊接质量。

尽管为了举例和描述之目的，而介绍了本发明的上述实施方式和附图所示结构及处理过程。但这些并非是详尽的描述，也不能将本发明的范围局限于此。对本领域技术人员来说，可对本发明的上述实施方式做出多种修改和变化，而这些所有的修改和/或变化都包括在如本发明的权利要求所限定的范围之内，并不脱离如权利要求所限定的本发明的范围和精神。