[发明专利]一种用于大型精密设备焊接的自主移动式抖动热丝TIG焊机器人系统

说明书

技术领域

本发明属于机器人焊接技术领域，具体来说是一种用于大型精密设备焊接的自主移动式抖动热丝TIG焊机器人系统。

背景技术

TIG是指用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，对于精密设备的焊接，抖动热丝TIG焊接能够提高焊接效率和焊接质量，但是大型精密设备的结构不再适合焊工手工操作，需要开发用于自主移动式的焊接的机器人系统。抖动热丝TIG焊接适合于大型结构厚板焊接，能一次性焊透25mm，应用于多层多道焊接时也能减少焊接布道。对于大型结构，部件本身结构、重量影响不适合旋转或转动，现有专用自动化焊接小车大多需要铺设轨道，轨道柔性范围有限，铺设工序繁琐；另一方面，大型构件的抖动热丝TIG焊接自动化无法应用固定式机械手。

焊接机器人系统一般由焊接承载机构、焊接系统、控制系统组成。承载机构又分为固定式工业机械手、轨道式小车、自主移动式机构；焊接系统由焊接电源、焊枪、保护气、送丝机构等组成；控制系统负责承载机构的运动、跟踪、焊接质量控制等。

目前常用于大型精密结构焊接的是轨道式机器人焊接系统，该系统由机器人运行轨道、机器人及焊接系统组成，使用时需要预先进行轨道铺设，仅适用于能够铺设轨道的直焊缝，并且轨道的柔性在一定范围内，无法适应焊缝形式的变换。

如专利申请号为201010180754.1，申请日为2010年5月14日，名称为“焊接设定装置、焊接机器人系统及焊接设定方法”的发明专利，其主要技术方案为：一种同时多层堆焊设定装置，具备：层叠图案确定部，其基于各输入数据和层叠图案数据基值，确定与对象的接头对应的焊道的层叠图案；单独运转用焊道确定部，其在对象的两个接头的层叠图案中，表示对焊道进行组合时的熔敷金属量的剖面面积的差值超过预定的阈值时，将剖面面积大的一方的焊道作为单独运转用焊道排除之后，确定同时焊接的组合；焊接诸条件确定部，其确定包含与基于输入焊接条件算出的焊丝送给速度相对应的电流值及接缝形成位置的每个焊道焊接条件；动作程序生成部，其生成基于确定的焊接条件的机器人动作程序，并设定在机器人控制装置内。上述专利的焊接机器人系统采用轨道式排布, 无法实现焊缝自动跟踪识别及自主移动功能，而且该焊接系统适合流水线形式的焊接并不适合对大型钢结构件实行自主焊接，焊缝类型区别较大。

又如专利申请号为201019063009.6，申请日为2010年2月5日，名称为“一种用于注塑机机架的焊接机器人工作站系统”的发明专利，包括焊接机器人、焊接装置、机器人移动滑台、焊枪冷却装置、智能寻位跟踪装置和机器人控制箱，焊接机器人安装在机器人移动滑台上；焊接装置分别与焊接机器人和焊枪冷却装置连接；机器人控制箱分别与焊接机器人、机器人移动滑台、焊接装置和智能寻位跟踪装置相连，用于控制焊接机器人的移动和焊接。上述专利的焊接机器人系统采用轨道式机器人焊接系统，无法实现机器人本体自动跟踪焊缝自由移动并完成焊接而且该机器人针对注塑机机架焊接，焊缝类型范围很有限。

清华大学开发了履带式磁吸附自主移动焊接机器人，履带式吸附移动机构吸附可靠性好但转向性能差，造成机器人运动灵活性差、作业位置调整困难。北京石油化工学院开发了磁轮式自主移动焊接机器人，磁轮式吸附移动机构运动灵活性好但吸附能力差，机器人吸附可靠性低。所以现有的自主移动式焊接机器人存在运动灵活性和吸附能力不能兼具的问题。

发明内容

为了克服现有的抖动热丝TIG机器人存在运动灵活性和吸附能力不能兼具的问题，现在特别提出能满足大型精密设备焊接、兼具灵活性和吸附能力、高效高质量智能焊接的一种用于大型精密设备焊接的自主移动式抖动热丝TIG焊机器人系统。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于大型精密设备焊接的自主移动式抖动热丝TIG焊机器人系统，包括机器人本体、控制系统和抖动热丝TIG焊接系统，其特征在于：

机器人本体包括爬行机构和操作机构：所述爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块、连接前后轮的车架和安装在车架上的电机驱动控制器；所述的操作机构包括十字滑块和摆动机构，摆动机构前端夹持抖动热丝TIG焊枪，水平和垂直两个方向的自由度由两个丝杠导轨组合单元组合而成的十字滑块实现，摆动机构采用步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器；

控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱和机器人主控系统；

抖动热丝TIG焊接系统包括抖动热丝TIG焊枪、抖动热丝TIG焊接电源、送丝机、保护气和焊接冷却系统；