技术特征：
1.基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：包括直线管上料引导单元和直线管弯曲单元，所述直线管上料引导单元能将直线管（6）引导并上料至直线管弯曲单元上；所述直线管弯曲单元能将直线管（6）弯曲成金属环圈（6.2）；直线管（6）弯曲成金属环圈（6.2）后，所述金属环圈（6.2）上的连接处形成一圈等待焊接的环状缝隙（62）；还包括焊接机器人单元（60），所述焊接机器人单元（60）能自动对所述金属环圈（6.2）上的连接处形成一圈等待焊接的环状缝隙（62）自动焊接。2.根据权利要求1所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：所述直线管上料引导单元包括基座（9），所述基座（9）上固定安装有a升降器（8），所述a升降器（8）的a升降杆（10）上端固定连接有引导轮支座（11）；所述引导轮支座（11）上通过轴承转动设置有两相互滚动配合的直线管引导轮（5），两直线管引导轮（5）左右并列设置，且两直线管引导轮（5）的滚轮轴线均为水平；各所述直线管引导轮（5）的滚轮外圈均设置有槽截面为半圆的a环槽（4），所述a环槽（4）的槽截面半径与所述直线管（6）的外半径一致；竖向的所述直线管（6）穿过两所述直线管引导轮（5）的两a环槽（4）之间；所述直线管上料引导单元还包括能上下升降的直线管钳持单元（7），所述直线管钳持单元（7）能钳持住所述竖向的所述直线管（6）的下端。3.根据权利要求2所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：所述直线管弯曲单元包括圆环形骨架（000），所述圆环形骨架（000）的外圈面设置有槽截面为半圆的b环槽（18），所述b环槽（18）的槽截面半径与所述直线管（6）的外半径一致；还包括第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23），所述第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23）均与所述圆环形骨架（3）的外圈滚动相切；当第一约束滚轮（12）相切于所述圆环形骨架（000）的左端位置时，所述第二约束滚轮（23）相切于所述圆环形骨架（000）的上端位置；所述第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23）的滚轮外圈均设置有槽截面为半圆的c环槽（34），所述c环槽（34）的槽截面半径均与所述直线管（6）的外半径一致；当第一约束滚轮（12）相切于所述圆环形骨架（000）的左端位置时，所述直线管（6）的向上位移能向上穿过第一约束滚轮（12）的c环槽（34）与圆环形骨架（000）的b环槽（18）之间；所述第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23）通过轴承分别转动安装在两固定轴（13）上，还包括固定在基座（9）上的支架（16），所述支架（16）上固定安装有水平的电机（17），所述电机（17）的输出轴（50）与所述圆环形骨架（000）同轴心；所述输出轴（50）上通过回转臂（51）固定连接有固定轴座（14），两所述固定轴（13）均固定在所述固定轴座（14）上。4.根据权利要求3所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：圆环形骨架（000）正上方的所述焊接机器人单元（60）包括b升降器（21），所述b升降器（21）的b升降杆（20）下端固定安装有焊接器座（22）；焊接器座（22）的侧部下端固定连接有开口（43）朝下且圆心角大于180
°
的固定圆弧体（41），所述开口（43）的宽度大于所述第一约束滚轮（12）/第二约束滚轮（23）沿轴线方向的长度，所述固定圆弧体（41）沿自身内轮廓一体化设置有圆弧滑动凸缘（42）；还包括圆心角与固定圆弧体（41）圆心角相同的回转圆弧体（44），所述回转圆弧体（44）的内圈与所述圆弧滑动凸缘（42）外圈面滑动配合，在圆弧滑动凸缘（42）的约束下回转圆弧体（44）只能沿自身圆心回转；所述回转圆弧体（44）的外圈沿圆弧轮廓路径阵列分布有传动齿体（46）；还包括焊接器（47），所述焊接器（47）固定在所述回转圆弧体（44）侧部；还包括齿轮驱动电机（39），所述齿轮驱动电机（39）的输出端驱动连接有齿轮（40），所述
齿轮（40）与所述回转圆弧体（44）的外圈的传动齿体（46）啮合；由直线管（6）弯曲成的金属环圈（6.2）会同轴心贴合在所述圆环形骨架（000）的半圆的b环槽（18）内，且贴合在b环槽（18）内的金属环圈（6.2）的环状缝隙（62）在金属环圈（6.2）的上端位置；所述固定圆弧体（41）能下降到与所述金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）同轴心，固定圆弧体（41）与所述金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）同轴心时，所述焊接器（47）的焊枪（45）末端刚好指向所述环状缝隙（62）。5.根据权利要求4所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：所述焊接机器人单元（60）还包括焊接器行程补偿单元，所述焊接器行程补偿单元能带动所述齿轮驱动电机（39）整体上以回转圆弧体（44）的圆心为回转中心回转预定的角度；所述焊接器行程补偿单元包括固定在所述焊接器座（22）上的圆弧伸缩器（36），所述圆弧伸缩器（36）的圆弧伸缩杆（37）末端固定连接有电机座（38），所述齿轮驱动电机（39）的机壳固定在所述电机座（38）上，所述圆弧伸缩杆（37）的圆弧圆心与所述回转圆弧体（44）的圆心重合，设圆弧伸缩杆（37）伸出状态下的圆弧圆心角为a
°
，设回转圆弧体（44）的圆弧圆心角为b
°
，满足a
°
＞360
°‑
b
°
。6.根据权利要求5所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：所述圆环形骨架（000）是由上圆弧随动骨架（24）、下圆弧固定骨架（31）、左圆弧平移骨架（3）和右圆弧平移骨架（29）拼接组合而成的一个圆环；所述左圆弧平移骨架（3）和右圆弧平移骨架（29）为左右对称结构；所述上圆弧随动骨架（24）的两端的端面均为竖向结合面（32），所述下圆弧固定骨架（31）的两端端面均为水平结合面（33）；所述上圆弧随动骨架（24）的侧部固定连接有连接件（26），所述焊接器座（22）的下端通过竖向伸缩器（25）连接所述连接件（26），从而使b升降杆（20）的向下伸出能同步带动所述焊接器座（22）和上圆弧随动骨架（24）向下位移；所述竖向伸缩器（25）的伸缩杆（35）伸出还能使所述上圆弧随动骨架（24）与焊接器座（22）相互远离；还包括固定在支架（16）上的固定臂（2），所述固定臂（2）的末端固定连接所述下圆弧固定骨架（31）的内侧；所述圆环形骨架（000）的围合范围内设置有水平的伸缩单元（28），所述水平的伸缩单元（28）上有向左延伸的左伸缩杆（1）和向右延伸的右伸缩杆（27），所述左伸缩杆（1）和右伸缩杆（27）的末端分别固定连接所述左圆弧平移骨架（3）的内侧和右圆弧平移骨架（29）内侧；所述伸缩单元（28）的机壳通过伸缩器支架（30）固定连接所述固定臂（2）末端。7.根据权利要求6所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统，其特征在于：两所述固定轴（13）之间还通过结构圆弧杆（15）固定连接；所述b升降器（21）的上端固定在横梁（19）上，所述横梁（19）固定在所述支架（16）上。8.根据权利要求7所述的基于金属环圈的自动焊接机器人系统的工作方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，初始状态下控制电机（17）使第一约束滚轮（12）相切于圆环形骨架（000）的左端位置，第二约束滚轮（23）相切于圆环形骨架（000）的上端位置；与此同时让竖向的所述直线管（6）穿过两直线管引导轮（5）的两a环槽（4）之间，且直线管钳持单元（7）钳持住竖向的所述直线管（6）的下端；步骤二，控制直线管钳持单元（7）带动直线管（6）上升，从而使直线管（6）的上端穿过第一约束滚轮（12）的c环槽（34）与圆环形骨架（000）左端的b环槽（18）之间，这时控制直线管
钳持单元（7）带动直线管（6）进行上升的同时还控制a升降器（8）的a升降杆（10）带动引导轮支座（11）上升，从而使两直线管引导轮（5）上升，直到左侧的一个所述直线管引导轮（5）与所述圆环形骨架（000）相切为止，且直线管（6）高出第一约束滚轮（12）的一段刚好占所述直线管（6）总长度的四分之一时，停止直线管钳持单元（7）继续上升；步骤三，这时控制控制电机（17），使输出轴（50）缓慢顺时针回转，使第一约束滚轮（12）沿圆环形骨架（000）外轮廓顺时针方向运动90
°
，使第一约束滚轮（12）缓慢到达圆环形骨架（000）的顶端，第二约束滚轮（23）到达圆环形骨架（000）的右端；第一约束滚轮（12）沿圆环形骨架（000）外轮廓顺时针方向运动90
°
的过程中，直线管（6）高出第一约束滚轮（12）的一段在第一约束滚轮（12）、圆环形骨架（000）以及两直线管引导轮（5）的共同约束下塑性形变成圆弧管（6.1），并紧密贴合在b环槽（18）上，这时的圆弧管（6.1）刚好为四分之一圆弧；步骤四，控制控制控制电机（17），使输出轴（50）缓慢逆时针回转，使第一约束滚轮（12）沿圆环形骨架（000）外轮廓逆时针方向运动90
°
，使第一约束滚轮（12）缓慢回到圆环形骨架（000）的左端，第二约束滚轮（23）缓慢回到圆环形骨架（000）的右端；这时第二约束滚轮（23）刚好抱合在圆弧管（6.1）的顺时针端，而第一约束滚轮（12）刚好抱合在圆弧管（6.1）的逆时针端；步骤五，控制直线管钳持单元（7）释放圆弧管（6.1）下端还没弯曲的直线管（6）的下端，且让控制直线管钳持单元（7）离开直线管（6）下方；与此同时控制a升降器（8）的a升降杆（10）带动引导轮支座（11）下降，从而使两直线管引导轮（5）下降，直到两直线管引导轮（5）向下运动到脱离直线管（6）下端；从而使这时的直线管（6）同时失去两直线管引导轮（5）和直线管钳持单元（7）的束缚；由于直线管（6）上端连接着已经被完全约束的圆弧管（6.1），因此直线管（6）为静止状态；步骤六，控制控制电机（17），使输出轴（50）缓慢逆时针回转270
°
，使第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23）均沿圆环形骨架（000）外轮廓逆时针方向运动270
°
；使第一约束滚轮（12）沿逆时针方向缓慢到达圆环形骨架（000）的顶端，第二约束滚轮（23）沿逆时针方向缓慢到达圆环形骨架（000）的右端；第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23）沿圆环形骨架（000）外轮廓逆时针方向运动270
°
的过程中，直线管（6）在第一约束滚轮（12）、第二约束滚轮（23）以及圆环形骨架（000）的共同约束下塑性形变成金属环圈（6.2），并紧密贴合在b环槽（18）上；这时金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）刚好在金属环圈（6.2）的上端位置等待焊接；步骤七，控制输出轴（50）顺时针回转，使第一约束滚轮（12）离开金属环圈（6.2）正上方；然后控制b升降杆（20）带动焊接器座（22）下降，这时上圆弧随动骨架（24）会跟随焊接器座（22）下降，从而使上圆弧随动骨架（24）下降至脱离金属环圈（6.2）的上端，从而使金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）被完全暴露；与此同时固定圆弧体（41）也跟着跟随焊接器座（22）下降，随后金属环圈（6.2）的上端穿过固定圆弧体（41）的开口（43），焊接器座（22）的继续下降，直到固定圆弧体（41）下降到与金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）同轴心，固定圆弧体（41）与所述金属环圈（6.2）上的环状缝隙（62）同轴心时，所述焊接器（47）的焊枪（45）末端刚好指向所述环状缝隙（62）；步骤八，控制焊枪（45）向环状缝隙（62）喷焊，与此同时控制齿轮驱动电机（39），使齿轮（40）在啮合传动作用下带动回转圆弧体（44）回转，从而使焊枪（45）沿环状缝隙（62）的环形
路径喷焊；如果没有焊接器行程补偿单元，由于回转圆弧体（44）不是一个360
°
的整圆环，回转圆弧体（44）的无法完整的回转360
°
，因此焊枪（45）无法对环状缝隙（62）执行360
°
全方位喷焊，这时由于焊接器行程补偿单元的存在，焊接器行程补偿单元的圆弧伸缩杆（37）能带动齿轮驱动电机（39）和齿轮（40）整体上以回转圆弧体（44）的圆心为回转中心回转预定的角度，进而实现了行程补偿作用，使焊枪（45）能完整的扫过环状缝隙（62），实现全方位喷焊；步骤九，环状缝隙（62）被焊接后需要将已经形成的金属环圈（6.2）取下；这时先控制控制b升降杆（20）带动焊接器座（22）上升，使焊接器座（22）至少恢复到“步骤七”开始时的高度，与此同时控制竖向伸缩器（25）的伸缩杆（35）伸出，使上圆弧随动骨架（24）不跟随焊接器座（22）上升，而是仍然保留在原来的位置；然后控制控制电机（17）使第一约束滚轮（12）和第二约束滚轮（23对称于已经焊接过后的环状缝隙（62）两侧；然后同时控制左伸缩杆（1）和右伸缩杆（27）同时缩回，使左圆弧平移骨架（3）与右圆弧平移骨架（29）做相互靠近的运动，进而使左圆弧平移骨架（3）和右圆弧平移骨架（29）均脱离已经完成焊接的金属环圈（6.2）；这时金属环圈（6.2）会在重力作用下下降，从而脱离下圆弧固定骨架（31），最后人工取下已经完成焊接的金属环圈（6.2）。
技术总结
本发明公开了一种基于金属环圈的自动焊接机器人系统，包括直线管上料引导单元和直线管弯曲单元，所述直线管上料引导单元能将直线管引导并上料至直线管弯曲单元上；所述直线管弯曲单元能将直线管弯曲成金属环圈；直线管弯曲成金属环圈后，所述金属环圈上的连接处形成一圈等待焊接的环状缝隙；从一根直线管、弯曲成圆环管、然后将形成的圆环缝隙自动化焊接，最后下料的所有过程在一个机械工装上完成，极大简化了设备成本和操作成本；所有工序都可以完全实现自动化后，进而增加了金属圆环工艺品的一致性以及生产效率。的一致性以及生产效率。的一致性以及生产效率。
技术研发人员：刘虎 王卉军 王东哲
受保护的技术使用者：武昌工学院
技术研发日：2021.09.07
技术公布日：2021/11/30