一种机器人焊接、切割防碰撞装置的制作方法

本发明涉及焊接机器人技术领域，具体涉及一种机器人焊接、切割防碰撞装置。

背景技术

焊接机器人是从事焊接的工业机器人。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可装接焊钳或焊枪，实现焊接、切割或热喷涂。焊接机器人在运行过程，由于焊缝的不规则变化，安装在机器人末端的焊枪时而会出现碰到工件及其它障碍物的情况，导致焊枪被损坏及焊接位置发生偏移，影响生产和操作的安全，轻微时造成焊枪报废，严重时造成机器人损伤或伤害到操作人员。因此，需要给焊接机器人安装防碰撞装置，当焊枪与被焊接工件方式碰撞时，能有效地保护焊枪免受损坏。

现有技术中，为实现焊枪的防碰撞功能，通常有两种做法：一种是利用传感器和编程程序控制焊接的轨迹，例如中国专利cn105739507公开了一种机器人防碰撞的最优化路径规划方法，它是利用激光传感器、动态规划算法、编程控制等手段来实现对焊枪的精确控制，但是该技术方案设计复杂、工件体积大，而且成本高。另一种是方式是，通过机械设计来实现焊枪的防碰撞功能，例如：cn105215589b公开了一种焊接机器人的防碰撞结构，通过钢珠结构将焊接在轴线上的偏移位移放大，然后信号传递给转向器装置处理，再利用弹簧和活塞套进行复位；中国专利cn203557025u公开了一种焊接接机器人的防碰撞装置，利用钢珠、弹簧和传感器实现焊枪的控制和复位；中国专利cn206415785u公开了一种防碰撞保护装置，利用缸体和支架将碰撞时的扭矩力转化为轴线方向的直线位移，从而识别碰撞力的产生，并利用传感器将信号传递给控制装置；上述现有技术一定程度行解决了焊接机器人的防碰撞问题，但由于弹簧的非线性作用力，在碰撞过程焊枪收到的扭矩变化较大，影响焊接控制的精度。

因此，设计一种能实现精确复位、平稳的控制焊枪的防碰撞装置，已成为一个新的技术问题。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的焊枪在防碰撞时扭矩变化大、控制精度差的技术问题，本发明提供了一种机器人焊接、切割防碰撞装置。本发明提供的防碰撞装置，碰撞扭矩小、重复精度高、碰撞力量均衡，工作范围大，可实现任意方向碰撞而精确复位。

本发明的技术方案是：一种机器人焊接、切割防碰撞装置，其特征在于：包括芯轴、盖板、复位板、辅助弹簧、外壳；所述芯轴为中空结构，一端安装焊枪，另一端连接复位板；所述复位板为圆饼状，套装在芯轴的一端，与芯轴固定连接；所述外壳分为敞口端和底部，底部中心具有圆形通孔；所述盖板安装在所述外壳的敞口端，所述盖板中间具有圆形通孔，用于通过芯轴，并与芯轴不接触，保持一定的间距；所述芯轴具有复位板的一端通过辅助压力弹簧与外壳的内底部呈压紧连接；所述盖板与复位板呈平面接触，两者组合具备精确定位和复位功能。

进一步，所述芯轴安装焊枪的一端，在芯轴侧壁上开有u型的焊枪定位键槽，用以安装焊枪。

进一步，所述盖板上具有定位销，所述定位销具有锥尖结构，所述复位板上与所述定位销对应的位置具有定位槽，所述定位销的锥尖面与定位槽呈锥面接触，从而实现盖板和复位板的精准定位。

进一步，所述盖板和复位板之间的接触面上还镶嵌有若干极性相反的磁体，所述磁体镶嵌在盖板和复位板的平面内。所述磁体采用稀土强磁体，所述磁体为圆饼状，磁极面分别和盖板和复位板的表面在同一平面上。作为本发明一种可选的实施方式，所述盖板上镶嵌的磁体，一半为n极，另一半为s极，与之对应部位的复位板上镶嵌的磁体，一半为s极，另一半为n极。为了实现盖板和复位板的快速定位，并防止盖板和复位板的错位发生，在定位销部位的附近的磁体可采用n极、s极交替排布。所述盖板或复位板上的磁体可以为，4个、6个、8个、10个、12个、14个、16个等。

进一步，所复位板的外圆周端面为球弧面，所述球弧面具有至少1个防转尖销，所述防转尖销镶嵌球弧面的凹槽内，所述防转尖销为锥尖结构，在所述壳体内壁与防转尖销对应的位置沿轴向方向具有条形的凹槽。所述防转尖销围绕芯轴呈对称分布。

进一步，所述盖板包括边缘和向内的凸台，盖板边缘上具有多个圆孔，螺栓穿过圆孔和外壳的敞口端的端面固定连接；所述盖板中间的圆形通孔穿过凸台，所述圆形通孔为锥形，锥面夹角为30-75度，优选为45-75度，锥底朝外，锥尖朝向壳体内部，所述锥尖部位的圆形通孔直径大于所述芯轴的外径。

进一步，所述复位板的接触面上还具有至少1个感应器或微动开关，所述感应器或微动开关与盖板的平面的间距为0.1-0.5mm；所述感应可以为多个，呈中心对称分布。

进一步，所述芯轴外端还具有夹持焊枪的管夹；所述管夹与壳体之间具有防尘保护套，用以防止粉尘、颗粒、虫子等进入到防碰撞结构内部而影响其精度。

进一步，在焊枪发生碰撞时，焊枪受力的总体碰撞扭矩不会增加，所述辅助弹簧的压力和磁体的磁力的合力不增加。

进一步，所述装置具有三个方向的定位：防转尖销实现复位板的轴向定位、盖板定位销实现与复位板的接触端面定位、外壳内壁条形凹槽实现复位板的径向定位。

进一步，所述复位板与外壳之间呈球面接触，即复位板的外圆周球弧面与外壳内壁呈球面接触；所述辅助弹簧的直径小于所述复位板的直径且大于所述外壳底部中心圆形通孔的直径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，采用磁体和辅助压力弹簧的双重作用，焊枪发生碰撞时，辅助弹簧的压力和磁体的磁力的合力不增加，使得焊枪受力的总体碰撞扭矩不会增加，碰撞扭矩不随着碰撞角度的增加而增加，而且碰触扭矩很小，仅仅0.3nm，所以，碰撞力量均衡，很小的碰触力足以保护任何焊枪及割枪，从而实现焊枪平稳控制。

(2)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，重复精度高，具有三个方向的定位：防转尖销实现复位板版的轴向定位、盖板定位销实现与复位板的接触端面定位、外壳内壁条形凹槽实现复位板的径向定位，能实现重复定位精度0～0.03mm，焊枪发生碰撞后，无需重新调校机器人，即可实现重复精确定位。

(3)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，利用盖板和复位板的接触面上的磁体，以及复位板的球弧面与外壳之间呈球面接触，实现了防碰撞工作范围大，360度任意方向可碰撞15°，足以提供机器人刹车时间导致的焊枪或割枪的位移量。

(4)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，在复位板的接触面上具有至少1～n个感应器或微动开关，只要任意一个得到信号，机器人停止动作，从而实现精确控制。

(5)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，复位板周边装有1～n个防转尖销，对应外壳的内壁上设置有1～n个条形圆弧槽，防转尖销可保证复位板只会沿着任意角度中心线翻转而且不干涉，不会沿着轴线旋转，保证了控制精确。

(6)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，在管夹与壳体之间具有防尘保护套，可以防止粉尘、颗粒、虫子等进入到防碰撞结构内部，保证了控制精度。

(7)本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，主体原材料全部采用高强度铝材，体积小，重量轻，仅仅800g，便于实现精确控制。

附图说明

图1是本发明的机器人焊接、切割防碰撞装置的剖面图；

图2是本发明的复位板与外壳的连接结构的示意图；

图3是本发明的盖板、复位板、外壳的连接结构的示意图；

图4是本发明的实施1的盖板上的磁体分布示意图；

图5是本发明的实施2的盖板上的磁体分布示意图；

图中附图标记如下：1管夹、2防尘保护套、3芯轴、4盖板、5定位销、6复位板、7辅助弹簧、8磁体、9感应器或微动开关、10外壳、11防转尖销、12锁紧螺钉、13复位板与外壳的球面接触、14定位销与复位板的锥面接触、15盖板与复位板之间的平面接触。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1～图3所示，一种机器人焊接、切割防碰撞装置，包括芯轴3、盖板4、复位板6、辅助弹簧7、外壳10；其中，芯轴3为中空结构，一端安装焊枪，在芯轴侧壁上开有u型的焊枪定位键槽，另一端连接复位板6；复位板6为圆饼状，套装在芯轴3的一端，与芯轴3呈固定连接；外壳10分为敞口端和底部，敞口端安装有盖板4，底部中心具有圆形通孔；盖板4中间具有圆形通孔，用于通过芯轴3，并与芯轴3不接触，保持一定的间距；辅助弹簧7为压力弹簧，芯轴3具有复位板6的一端通过辅助弹簧7与外壳10的内底部呈压紧连接；盖板4与复位板6呈平面接触，两者组合具备精确定位和复位功能。

此外，盖板4上还具有定位销5，定位销5具有锥尖结构，在复位板6上与定位销5对应的位置具有定位槽，定位槽也有内锥面结构，定位销5的锥尖面与定位槽呈锥面接触，从而实现盖板和复位板的精准定位。盖板上还具有用以固定定位销5的锁紧螺钉12。

如图4所示，盖板4和复位板6之间的接触面上还镶嵌有1～n个极性相反的磁体，所述磁体镶嵌在盖板4和复位板6的平面内。所述磁体采用稀土强磁体，所述磁体为圆饼状，磁极面分别和盖板和复位板的表面在同一平面上，通过盖板4和复位板6接触平面上的磁体的磁力作用下，使得盖板4和复位板6紧密结合。

复位板6的外圆周端面为球弧面，在该球弧面具有1～n个防转尖销11，呈等距离分布，每两个相对的防转尖销11呈180°轴对称分布，防转尖销11的个数可以为2个、4个、6个等。球弧面上具对应的凹槽，防转尖销11镶嵌球弧面的凹槽内，防转尖销11为锥尖结构，在壳体10的内壁上与防转尖销11对应的位置沿径向方向具有条形的凹槽。

盖板4包括边缘和向壳体内部凸起的圆台，盖板4边缘上具有多个圆孔，螺栓穿过圆孔和外壳10的端面固定连接；盖板4中间的圆形通孔穿过凸台，并且该圆形通孔为锥形，锥面夹角为30-75度，优选为45-75度，该锥形通孔的较大端开口朝外，锥尖即较小的锥形通孔端开口朝向壳体内部，并且锥尖部位的圆孔大于芯轴3的外径。

复位板6的接触面上具有至少1～n个感应器或微动开关，该感应器或微动开关与盖板的平面的间距为0.1-0.5mm，呈对称分布。复位板6与外壳10之间呈球面接触，述辅助弹簧7的直径小于复位板6的直径且大于外壳10底部中心圆形通孔的直径。

本发明的焊枪防碰撞装置具有三个方向的定位：防转尖销实现复位板版的轴向定位、盖板定位销实现与复位板的接触端面定位、外壳内壁条形凹槽实现复位板的径向定位。

实施例2

参考图1～图3所示，一种机器人焊接、切割防碰撞装置，包括芯轴3、盖板4、复位板6、辅助弹簧7、外壳10；其中，芯轴3为中空结构，一端安装焊枪，在芯轴侧壁上开有u型的焊枪定位键槽，另一端连接复位板6；复位板6为圆饼状，套装在芯轴3的一端，与芯轴3呈固定连接；外壳10分为敞口端和底部，敞口端安装有盖板4，底部中心具有圆形通孔；盖板4中间具有圆形通孔，用于通过芯轴3，并与芯轴3不接触，保持一定的间距；辅助弹簧7为压力弹簧，芯轴3具有复位板6的一端通过辅助弹簧7与外壳10的内底部呈压紧连接；盖板4与复位板6呈平面接触，两者组合具备精确定位和复位功能。

其它部件的结构和功能同实施例1。

不同之处在于，在芯轴3外端具有夹持焊枪的管夹1；管夹1与壳体10之间具有防尘保护套2。因为在焊接过程中，由于焊接烟尘、弧光、金属飞溅的存在，焊接的工作环境又非常恶劣，本发明的防尘保护套可以防止粉尘、颗粒、虫子等进入到防碰撞结构内部，从而保证焊枪的焊接精度。

在本实施例中，如图5所示，盖板上镶嵌的磁体，可以设置为一半为n极，另一半为s极，与之对应部位的复位板上镶嵌的磁体，一半为s极，另一半为n极。还可以在定位销部位的附近的磁体采用n极、s极交替排布。这样，当盖板上的定位销与复位板的定位槽错位时，由于磁体的同极的斥力作用，盖板和复位板并不能对应配合，可防止盖板和复位板的错位发生。只有当定位销和定位槽的位置对应时，盖板和复位板上的磁体才会发生异极相吸的作用力，从而保证了盖板和复位板的精确快速定位，为了实现盖板和复位板的快速定位，盖板或复位板上的磁体可以为，4个、6个、8个、10个、12个、14个、16个等。

实施例3

一种机器人焊接、切割防碰撞装置，包括芯轴3、盖板4、复位板6、辅助弹簧7、外壳10；具体部件的结构和功能同实施例1。

本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，其工作过程如下：当焊枪或割枪工作时候碰到障碍，焊枪或割枪推动芯轴3转动，芯轴3联动复位板6，使复位板6和盖板4之间产生间隙，1～n个感应器或微动开关9中的任意一个得到信号，机器人停止动作。在此碰撞过程，复位板6与盖板4脱开后，磁体8吸力减少，辅助弹簧7力量增加，辅助弹簧7的压力和磁体的磁力的合力并不增加，随着复位板6与盖板4脱开距离的增大，弹簧和磁铁的总合力呈微小减小趋势，总体碰撞扭矩不会增加。机器人复位，碰撞解除后，复位板6与定位销5恢复接触，防碰撞装置实现精复位功能。

本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，其防止转动原理如下：复位板6周边装有1～n个防转尖销11，在外壳10内壁对应的部位有1～n个径向圆弧槽，尖头销可保证复位板6只会沿着任意角度中心线翻转，而且不干涉，不会沿着轴线旋转。

本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，高精度重复定位精度原理如下：复位板6与外壳10利用球面与圆面接触，既可以保证径向定位精度，又能保证复位板6可以在任意角度翻转；复位板6和盖板4之间平面接触，保证轴向定位精度；定位销5与复位板6之间锥面接触，锥面既可以起到定位导向作用，又可以调整定位销5与复位板之间的间隙为0后锁紧盖板上的锁紧螺丝12，保证复位板的轴向定位精度；通过以上手段同时保证了防碰撞装置的径向、周向、轴向定位精度。

本发明提供的机器人焊接、切割防碰撞装置，设计巧妙，碰撞扭矩小：仅仅0.3nm，很小的碰触力足以保护任何焊枪及割枪；重复精度高：重复定位精度0～0.03mm，发生碰撞后，无需重新调校机器人；工作范围大：任意方向可碰撞15°，足以提供机器人刹车时间导致的焊枪或割枪的位移量；碰撞力量均衡：碰撞扭矩不随着碰撞角度的增加而增加；主体原材料全部采用高强度铝材，体积小，重量轻，仅仅800g，从而实现了焊枪精准控制。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。