一種用於船舶分段製造的焊接機器人的製作方法

2023-06-25 11:47:37

本實用新型涉及一種船舶製造技術，特別是一種用於船舶分段製造的焊接機器人。

背景技術：

焊接是船舶分段製造中的重要環節，也是決定船體質量的關鍵因素。根據相關資料，在分段製造中，焊接工作量佔據了船分段建造總工程量的30％到40％，焊接成本佔據船體建造總成本的30％到50％。目前，我國的船舶分段艙室製造中的焊接基本還是以工人為主的手動焊接方式，還沒有實現自動化或機器人焊接工作。

而在一些工業發達國家，如日、韓、歐、美，船舶分段焊接機器人已經得到了一定程度的應用。自上個世紀80年代起，日本就針對船舶自動化焊接技術進行了研發，其船舶分段焊接的自動化平均水平已達70％～80％。目前，針對船舶分段焊接問題，日本大量使用龍門式機器人和手持半自動小車進行焊接工作。歐洲不少國家在船舶分段建造中都不同程度地使用了機器人焊接系統。比較具有代表性的如奧地利IGM機器人公司。IGM機器人焊接系統在船舶分段製造中有較多應用，最多時，一個系統內可以將10個機器人組成陣列進行工作。此外英國、挪威、丹麥、法國、荷蘭、俄羅斯等國在船舶製造中都相繼不同程度地採用了自動化裝備和機器人。

相比於其他領域的機器人焊接工作，船舶分段焊接主要特點是船體尺寸大，船舶分段焊接的目標工件尺寸長和寬一般具有3m×2m，10m×5m等多種規格，最大的工件尺寸可能達到20m×20m，一般的工業機器人的活動半徑只有1.5m，這就導致船舶分段焊接無法使用其它機器人焊接工作中將目標「先裝夾後焊接」的思路。而目前歐洲、日本廣泛使用的龍門式焊接機器人思路克服艙室內部擋格對機器人移動的幹擾，由於其造價高、重量大、安裝複雜，目前很難以在船廠大規模推廣使用。目前，在船舶分段製造，尤其是艙室焊接中，還是完全依靠人工完成相應工作。由於人工焊接的不穩定性，容易出現漏焊和誤焊的情況，易造成焊接誤差，無法達到精確焊接的標準，並且人工方式焊接工作效率極為低下，無法實現批量和連續焊接，生產效率低。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種用於船舶分段製造的焊接機器人，包括軌道、底座、連接件，及設置於底座上的用於焊接的標準機械手、清槍剪絲裝置、焊接送絲裝置、絲盤安裝裝置。所述軌道橫跨於艙室擋格上，所述底座與軌道移動連接，所述連接件連接所述軌道和擋格。

採用上述焊接機器人，所述軌道由多個單節軌道支撐架拼接組成，所述每一單節軌道支撐架包括上水平支撐架中水平支撐架、下水平支撐架和垂直支撐架；所述上水平支撐架上設置單沿帶齒V導軌；所述中水平支撐架上設置單沿不帶齒V導軌；所述下水平支撐架設置於擋格上；所述三支水平支撐架固定於垂直支撐架上。

採用上述焊接機器人，所述連接件包括可調底腳、開關式磁吸附裝置、U型固定夾具；所述U型固定夾具包括兩條夾臂和連接夾臂的連接部，所述下夾臂上底面抵壓於擋格壁面上，所述上夾臂上設有帶螺紋的底腳通孔；所述開關式磁吸附裝置設置於擋格上，且位於U型固定夾具的兩條夾臂之間；所述可調底腳與底腳通孔螺紋連接，且可調底腳其中一工作位在於抵壓於開關式磁吸附裝置上；所述軌道設置於開關式磁吸附裝置上。

採用上述焊接機器人，所述底座通過一傳動裝置在軌道上滑動，所述傳動裝置包括驅動電機、傳動齒輪、上偏心滾輪、下偏心滾輪。傳動齒輪與驅動電機的轉軸連接，上偏心滾輪與底座轉動連接，下偏心滾輪一與底座轉動連接；所述傳動齒輪與單沿帶齒V導軌的齒嚙合；所述上偏心滾輪沿周向設置一圈與單沿帶齒V導軌的沿匹配的凹槽，所述單沿帶齒V導軌的沿與該凹槽嚙合；所述下偏心滾輪沿周向設置一圈與單沿不帶齒V導軌的沿匹配的凹槽，所述單沿不帶齒V導軌的沿與該凹槽嚙合。

本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：本實用新型的焊接機器人，結構合理，使用方便，通過五個部分可以快速組裝，同時通過軌道支撐架的形式，擴大了機器人的工作範圍，由於軌道支撐架可以無限拼接，本實用新型的機器人可以適應多種大小不同船型分段；本實用新型再結合軌道支撐架上的機械手和氣保焊焊槍，完成自動焊接功能，從而機器人能夠達到船舶艙室內各個部位，實現艙室狹小空間的精確焊接，免去了人工焊接的方式，避免了焊接質量誤差，提高 了工作效率，提高了生產效率，使用效果好，利於推廣。

下面結合說明書附圖對本實用新型做進一步描述。

附圖說明

圖1是機器人系統組成圖。

圖2是單節軌道支撐架拼接調節部分正面放大圖。

圖3是單節軌道支撐架拼接調節部分背面放大圖。

圖4是機械手安裝底座與軌道支撐架接觸側視圖。

圖5是連接件結構示意圖。

具體實施方式

本實用新型涉及的船舶分段焊接機器人，機器人具體由六部分組成：一個末端裝置有焊槍的機械手，用於在船舶艙室架設的拼接軌道，用於承載焊接工藝裝備(焊絲盤、送絲機、清槍剪絲器)和機械手的底座，用於系統控制的電氣控制櫃體和電焊機，用於連接軌道和艙室擋格的連接件，用於驅動底座在軌道上運動的傳動裝置。在使用時，機械手、工藝裝備安裝在底座上，底座裝配在軌道支撐架上，軌道作為本實用新型機器人的底座通過連接件固定在船舶分段艙室的擋格上，聯通電控系統完成機器人的分段焊接工作。

本實用新型的軌道由多個單節軌道支撐架拼接而成。拼接軌道由型材水平支撐架和型材垂直支撐架構成一個工作平面，在工作平面內固定兩條V導軌，兩條V導軌平行於型材水平支撐架，通過在工作平面側面安裝型材斜立支撐架確保該工作平面能垂直於安裝底面，通過連接件將整個軌道支撐架固定在艙室的擋格上。通過使用支架拼接機構、定位工裝板、齒條夾緊機構可以將多個短的軌道支撐架連接成一個長的拼接軌道支撐架，以擴大機器人的工作範圍。

本實用新型的機械手安裝底座由一個可以安裝機械手的面板，行走驅動電機和偏心滾輪構成。機械手安裝底座通過行走驅動電機驅動在底座另一面的齒輪，齒輪與拼接軌道支撐架的單沿帶齒V導軌進行嚙合，通過該齒輪控制機械手在拼接軌道支撐架上的運動位置；機械手安裝底座偏心滾輪(和電機驅動齒輪同面)嵌入拼接軌道支撐架的不帶齒V導軌內側，通過該滾輪確保機械手安裝底座能在拼接軌道支撐架上平穩運動，安裝好的機械手安裝底座平行於拼接軌道支撐架工作平面。

為了便於焊接，焊絲盤、送絲機、清槍剪絲器用螺絲固定於承載焊接工藝裝備底座之上。本實用新型的承載焊接工藝裝備底座通過螺絲安裝在機械手安裝底座的上端，垂直於軌道支撐架工作平面。

在船舶分段進行焊接工作時，連接件將一段拼接軌道支撐架固定在船舶分段的橫梁上；重複多次可以將多段軌道支撐架固定在船舶分段的擋格上；通過安裝齒條夾緊機構和定位工裝板可以將多段軌道支撐架連接在一起，並確保軌道支撐架連接的導軌處於直線狀態；然後將機械手底座和工藝裝備承載底座安裝在軌道支撐架上，並確保機械手底座的驅動電機與軌道支撐架上的帶齒V導軌嚙合好，機械手底座偏心滾輪嵌入不帶齒V導軌內側。機械手通過上螺絲固定在底座相應區域，機械手末端裝載有焊槍。在機械手安裝底座上側安裝工藝裝備承載底座，在相應固定位置通過螺絲固定焊絲盤、送絲機、清槍剪絲裝置。完成以上一些列安裝過程，解上電源，機器人即可開始工作。工作時，機械手承載底座帶動其上的機械手和工藝裝備承載底座沿著軌道支撐架移動，以跨越艙室擋格障礙，達到船舶分段艙室內各個位置並開始手臂焊接工作。

下面結合圖1至圖5對本實用新型做具體描述。

所述底座包括一個機械手安裝底座2和一個工藝裝備承載底座7。機械手安裝底座2上固定有用於焊接的標準機械手1，機械手1的末端上裝載有用於氣保焊的焊槍3，機械手安裝底座2的另一側固定了工藝裝備承載底座7，在工藝裝備承載底座7上安裝了清槍剪絲裝置4，焊接送絲裝置5，絲盤安裝裝置6。

所述導軌由多個單節軌道支撐架9拼接而成，每個單節軌道支撐架由型材上水平支撐架10，型材斜立支撐架12，L形水平支撐架13，型材垂直支撐架14，型材中水平支撐架15和型材下水平支撐架17組成一個穩固的工作面，在型材上水平支撐架10上安裝有單沿帶齒V導軌11，型材中水平支撐架11安裝有單沿不帶齒V導軌16。單沿帶齒V導軌11和單沿不帶齒V導軌16是常見的運動導軌機構，目前為市場上成熟產品。

為了實現多個單節軌道支撐架9的拼接，所述連接件包括可調底腳19，開關式磁吸附裝置20，U型固定夾具21，支架拼接機構24。其中可調底腳19通過螺紋與U型固定夾具21連接，通過旋轉，可調底腳19能夠在U型固定夾具21的任何範圍內伸縮固定；開關式磁吸附裝置20是一種可以通過開關進行磁吸 附的裝置，打開開關，開關式磁吸附裝置20具有磁性，能夠吸附在鐵上此時無法移動，關上開關，磁性消失，可以隨意移動；支架拼接機構24是為了方便拼接定位而設計機構，採用在有限螺口上安裝螺絲螺母機構進行固定。在兩個單節軌道支撐架9進行拼接時，通過調節可調底腳19的螺紋來調整可調底腳19所連接的開關式磁吸附裝置20，確保開關式磁吸附裝置20與船艙內擋格能夠有合適的接觸面，使得U型固定夾具21能夠應對兩個單節軌道支撐架9連接點的高度，從而適應不同船舶分段內擋格的高度差異情況；打開磁吸附裝置20的磁性開關，確保開關式磁吸附裝置20吸附在船舶分段擋格上，然後通過螺絲螺母將支架拼接機構24固定，從而完成對兩個單節軌道支撐架9的固定。

所述傳動裝置包括驅動電機8、傳動齒輪25、上偏心滾輪221、下偏心滾輪222。傳動齒輪25與驅動電機8的轉軸連接，上偏心滾輪221與機械手安裝底座2轉動連接，下偏心滾輪222一與機械手安裝底座2轉動連接；所述傳動齒輪25與單沿帶齒V導軌11的齒嚙合；所述上偏心滾輪221沿周向設置一圈與單沿帶齒V導軌11的沿匹配的凹槽，所述單沿帶齒V導軌11的沿與該凹槽嚙合；所述下偏心滾輪222沿周向設置一圈與單沿不帶齒V導軌16的沿匹配的凹槽，所述單沿不帶齒V導軌16的沿與該凹槽嚙合。通過機器人驅動電機8帶動的傳動齒輪25與單沿帶齒V導軌11的嚙合，系統能夠對機械手安裝底座2的移動進行定位。而偏心滾輪22與單沿不帶齒V導軌16的嚙合，確保了機械手安裝底座2能夠平穩的在由型材上水平支撐架10，型材斜立支撐架12，L形水平支撐架13，型材垂直支撐架14，型材中水平支撐架15和型材下水平支撐架17組成工作面上的穩定運動。

所述軌道通過斜立支撐架12，L形水平支撐架13；所述L形水平支撐架13第一直角邊與軌道固定連接，第二直角邊通過連接件固定檔格26上；所述斜立支撐架12的兩端固定於L形水平支撐架13的兩條直角邊。所述L形水平支撐架13的第二直角邊連接件設置於連接件的開關式磁吸附裝置20上。通過定位工裝板18完成兩個單節軌道支撐架9連接處的單沿不帶齒V導軌16間的拼接，通過齒條夾緊機構23完成對兩個單節軌道支撐架9連接處的單沿帶齒V導軌11的齒條拼接，確保機器人在導軌上連續運動時不會因為拼接問題而產生較大震動和運動誤差。