[发明专利]一种用于狭窄空间焊接的自主移动机器人系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体地涉及一种用于狭窄空间结构件焊接的自主移动机器人系统。 

背景技术

     随着对焊接的质量和焊接效率的要求越来越高，人工焊接成本提高，使得焊接机器人的需求和使用也越来越广泛。 

由于狭窄空间的焊接，如船舱、集装箱内部的焊接，具有作业空间狭小，焊接工人作业时身体不能自由伸展，工作条件十分恶劣，另外，这些结构大多顶部密封，光线比较昏暗，焊接时的烟尘难以排出，对焊接工人的身体伤害很大，甚至导致死亡等特点。 

对于现有的工业机器人来说，其手臂长度一般为1.5-2.0m，由于其底座不能移动，所以不能焊接大尺寸的工件。对于龙门式焊接机器人来说，虽然焊接尺寸较大，但也仅限于车间的空间范围内。而上述结构一般尺寸很大，多数要在车间外进行焊接。此外，目前工业中应用的焊接机器人需要用编程或示教方式进行工作，对于这种体型庞大，需要在工地和现场进行焊接的工件难以适应。虽然国内外也开发了很多移动式焊接机器人，用以解决大型工件的施工现场自动焊接问题，但这些机器人都是针对大型开阔区域的焊接作业，系统复杂，使用和移动不方便，难以适应狭窄空间的焊接自动化要求。 

发明内容

本发明的目的是针对狭窄空间焊接要求，提供一种自主移动焊接机器人系统。特别涉及一种能够实现狭窄空间、封闭环境下钢结构件焊接的自主移动焊接机器人系统。 

本发明所述用于狭窄空间焊接的自主移动机器人系统包括：移动机器人本体，控制系统和MIG/MAG焊接系统； 

移动机器人本体包括机器人底盘，焊炬调节装置和焊接线缆固定装置；

控制系统包括传感系统和机器人控制箱；

MIG/MAG焊接系统包括焊枪、焊接电源、送丝机和保护气；

移动机器人本体，控制系统和MIG/MAG焊接系统三者通过线缆相连接。

所述机器人底盘包括采用驱动装置，导向轮，可调永磁间隙吸附装置和安装上述装置的机体；所述机器人底盘采用三轮差速驱动结构形式，两驱动轮与导向轮构成机器人本体运动平面；利用两后驱动轮差速实现机器人本体的移动和转向；所述驱动装置包括一驱动轴、两步进电机、两减速器、两对传动齿轮、两驱动轮和两驱动轴支座组成；所述驱动轮上安装绝缘橡胶轮胎，增加与焊接工件表面的摩擦系数，同时使机器人本体与焊接工件绝缘；所述的导向轮包括万向球和绝缘套，采用螺栓安装于机体前部，与两驱动轮构成机器人移动平面，且通过绝缘套与机体绝缘；所述的万向球包括导向轮本体，钢珠，压盖，弹性档圈，钢球；所述永磁间隙吸附装置包括磁铁调节手柄、磁铁凸轮轴、磁铁凸轮轴套、磁铁传动板、磁座、永磁铁、磁座轴承座、磁座轴，永磁铁通过磁铁传动板固定安装在磁座中，磁座通过磁座轴承座与支承底盘相连接，且可以绕磁座轴转动，磁铁调节手柄与磁铁凸轮轴相连接；所述永磁间隙吸附装置安装于导向轮和驱动轴之间，吸附装置与导磁工作之间的吸附力通过转动磁铁调节手柄来调节其两者之间气隙实现； 

所述焊炬调节装置包括十字滑块和焊炬连接装置；十字滑块由水平滑块和垂直滑块组成，水平滑块由一个滚珠丝杆导轨和步进电机组成，垂直滑块由一可手动调节的螺杆组成，且通过连接板安装于机体上；所述焊炬连接装置结构包括：焊炬连接座，垫片，焊炬连接轴，调节手柄，焊炬连接板和螺母；焊炬连接板通过螺栓安装于水平滑块上；焊炬与焊炬连接座采用螺栓连接，焊炬连接座通过焊炬连接轴安装于连接板上，且通过一螺母拧紧；焊炬连接轴一端与调节手柄相连；

所述焊接线缆固定装置包括固定座、线缆座、线缆座轴、线缆座盖、夹紧螺栓、夹紧螺母；所述的固定座通过螺栓固定于焊接机器人机体上；所述固定座与线缆座通过连接螺栓与连接螺母连接，且可相对转动；所述的线缆座与线缆座盖通过线缆座轴相连；焊接线缆安装于线缆座与线缆座盖之间，并通过夹紧螺栓和夹紧螺母固定夹紧；

所述传感系统由旋转电弧传感器、电流霍尔传感器、避障传感器和防跌落传感器，旋转电弧传感器与焊枪组成一体安装于焊炬连接装置前端；所述霍尔传感器固定于焊接电缆上，用于检测焊接过程中的电流信号；所述避障传感器采用超声传感器，安装于机体前部；所述防跌落传感器采用光电传感器，安装于机体四周；

所述机器人控制箱包括主控制器和步进电机驱动器，且安装于移动平台上；所述主控制器与传感系统、步进电机驱动器通过电缆相连；所述步进电机驱动器与步进电机通过电缆相连；

所述MIG/MAG焊接系统包括焊枪、焊接电源、送丝机和保护气与机器人上的焊枪通过线缆相连；

所述用于狭窄空间焊接的自主移动机器人系统的工作方式如下：