机器人焊接换热片的焊接方法与焊接机器人
阅读说明：本技术 机器人焊接换热片的焊接方法与焊接机器人 (Welding method for robot welding heat exchange fin and welding robot ) 是由 杭涛 于 2021-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种包括焊接机器人,焊接机器人包括环体；环体的内径大于环形换热片的外径；环体上安装有呈圆周阵列分布的第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元；本发明的结构简单,只需人工焊接一片环形换热片即可,其他的所有换热片均由机器人自动化焊接,而且机器人会自动攀爬,不用人工操作,极大降低了人工成本,而且焊接的一致性也高。(The invention discloses a welding robot, which comprises a ring body; the inner diameter of the ring body is larger than the outer diameter of the annular heat exchange plate; the ring body is provided with a first surrounding walking unit, a second surrounding walking unit and a third surrounding walking unit which are distributed in a circumferential array; the automatic welding robot is simple in structure, only one annular heat exchange plate needs to be welded manually, all other heat exchange plates are welded automatically by the robot, the robot can climb automatically without manual operation, labor cost is greatly reduced, and welding consistency is high.)
技术领域
本发明焊接机器人领域。
背景技术
为了增加直线换热管的换热效率，需要在直线换热金属管的外壁等间距焊接N片换热片，形成等间距的换热片阵列，这样可以极大的增加换热管的换热效率；
由于单个换热管上的换热片数量很多，一个一个的人工焊接的工作量极大，而且存在焊接一致性不高的问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种效率高效的机器人焊接换热片的焊接方法与焊接机器人。
技术方案：为实现上述目的，本发明的机器人焊机换热片的焊接方法：包括直线换热管、若干环形换热片和焊接机器人；包括如下步骤：
步骤一，在直线换热管的一端套设第一片环形换热片；
步骤二，人工将第一片环形换热片的内圈与直线换热管的外壁进行人工焊接；
步骤三，将焊接机器人装配到已经人工焊接在直线换热管上的第一片环形换热片上；
步骤四，将直线换热管竖向设置，且人工焊接有第一片环形换热片的一端朝下；然后用固定器将直线换热管的下端固定；
步骤五，将第二片环形换热片套在直线换热管上端，随后套在直线换热管上端的第二片环形换热片在重力作用下沿直线换热管向下滑动，直至第二片环形换热片下降到被焊接机器人向上托住，这时第二片环形换热片与第一片环形换热片保持预定距离；且这时焊接机器人的焊枪末端刚好指向第二片环形换热片内圈的下轮廓；
步骤六，焊接机器人沿第一片环形换热片的外圈做环绕行走一圈，从而使焊枪持续向第二片环形换热片内圈的下轮廓喷焊的过程中，焊枪还沿圆形路径完整扫过第二片环形换热片内圈的下轮廓；从而使第二片环形换热片的内圈焊接在直线换热管上；
步骤七，焊接机器人从第一片环形换热片向上攀爬并装配到已经焊接在直线换热管上的第二片环形换热片上；
步骤八，参照“步骤五”和“步骤六”将第三片环形换热片焊接在直线换热管上，然后参照“步骤七”，焊接机器人继续向上攀爬到已经焊接在直线换热管上的第三片环形换热片上；循环本步骤，最终N片环形换热片等间距同轴心套在直线换热管的外壁，且各个环形换热片的内圈与所述直线换热管的外壁焊接，从而形成等间距的换热片阵列。
用于焊接换热片的专用焊接机器人，包括焊接机器人，所述焊接机器人包括环体；所述环体的内径大于环形换热片的外径；所述环体上安装有呈圆周阵列分布的第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元；第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元的结构相同。
进一步的，第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元中的任意一个上固定安装有焊接机构，所述焊接机构的焊枪斜朝上设置。
进一步的，第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元均包括竖向的转轴、回转座、滚轮支架、滚轮、电机支架、电机、托轮、拖轮支架，刹车式电机、电机输出轴和输出齿轮；
所述刹车式电机的机壳固定在环体上，所述刹车式电机的电机输出轴末端同轴心连接有输出齿轮；所述转轴上同轴心一体化连接有传动齿轮，所述输出齿轮与所述传动齿轮啮合，所述转轴的上端通过轴承与所述环体上的轴承孔转动配合；所述转轴的下端固定连接回转座，所述回转座的下侧固定安装横向的滚轮支架，所述滚轮支架上转动设置环绕行走滚轮，所述环绕行走滚轮的轴线为竖向；所述滚轮支架的下侧固定安装电机支架，所述电机支架上固定安装竖向的电机，所述电机与所述环绕行走滚轮同轴心驱动连接；所述环绕行走滚轮的外圈设置有环状卡槽，所述环状卡槽的槽宽大于环形换热片的厚度；所述托轮的轴线为水平，且所述托轮转动安装在所述拖轮支架上，所述拖轮支架的另一端固定在所述转轴；所述焊接机构固定在任意一个回转座上；
所述环体的上方呈圆周阵列设置有三个下端斜向朝内的直线伸缩器，三所述直线伸缩器分别通过上伸缩器支架固定安装在所述环体上；各所述直线伸缩器下端的斜向伸缩杆末端均固定连接有支撑轮支架，各所述支撑轮支架上均转动设置有支撑轮，所述支撑轮的轴线为水平；
焊接机器人装配到已经人工焊接在直线换热管上的第一片环形换热片上时，所述第一片环形换热片的外缘水平卡入三个所述环绕行走滚轮的环状卡槽中，且第一片环形换热片的外缘与环状卡槽的槽底滚动配合；三个托轮的轴线均与第一片环形换热片的轴线相交，三个托轮向上承托套在直线换热管上的第二片环形换热片的下表面；且焊枪末端刚好指向第二片环形换热片内圈的下轮廓；
三所述直线伸缩器的斜向伸缩杆均处于完全缩回状态时，在俯视视角下三个呈圆周阵列分布的支撑轮在第二片环形换热片的轮廓外侧；三所述直线伸缩器的斜向伸缩杆同时向外伸出，能使三个呈圆周阵列分布的支撑轮斜向下运动到与第二片环形换热片的上表面滚动配合，且各支撑轮在第二片环形换热片上表面的滚动摩擦方向均为第二片环形换热片的径向方向；各所述转轴同时旋转能使各环绕行走滚轮的环状卡槽脱离第一片环形换热片的外缘。
进一步的，所述支撑轮为轮面为橡胶防滑材质，且支撑轮的轮面设置有防滑花纹。
进一步的，机器人焊机换热片的焊接方法：
所述“步骤三”的具体过程如下：
先让焊接机器人的环体同轴心套在直线换热管外部，且让焊接机器人的三个环绕行走滚轮处在第一片环形换热片的四周，这时沿轴线视角下三个环绕行走滚轮在第一片环形换热片的外周；这时同时控三个刹车式电机，进而使三个转轴同时旋转，使第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元分别绕三个转轴转动，从而使三个环绕行走滚轮分别绕三个转轴轴线回转，直至三个所述环绕行走滚轮的环状卡槽均运动至卡到第一片环形换热片的外缘，且第一片环形换热片的外缘与环状卡槽的槽底滚动配合，这时同时让三个刹车式电机刹车；从而实现了将焊接机器人装配到已经人工焊接在直线换热管上的第一片环形换热片上；
进一步的，所述“步骤五”中第二片环形换热片下降到被焊接机器人向上托住的具体过程如下：
初始状态下三个直线伸缩器的斜向伸缩杆均处于完全缩回状态，在俯视视角下三个呈圆周阵列分布的支撑轮在第二片环形换热片的轮廓外侧；从而使第二片环形换热片下降过程中不会碰到三个呈圆周阵列分布的支撑轮；当第二片环形换热片下降到三个托轮同时向上承托套在直线换热管上的第二片环形换热片的下表面；从而实现对第二片环形换热片的承托过程；
进一步的，所述“步骤六”的具体过程如下：同时三个驱动电机，使各个环绕行走滚轮沿自身轴线回转，从而使三所述环绕行走滚轮主动沿第一片环形换热片的外缘滚动，从而使三所述环绕行走滚轮绕第一片环形换热片做环绕运动，进而使环体沿自身轴线回转，从而使焊接机器人整体沿第一片环形换热片的外圈做环绕行走一圈，焊枪持续向第二片环形换热片内圈的下轮廓喷焊的过程中，焊枪也会跟着沿圆形路径完整扫过第二片环形换热片内圈的下轮廓；从而使第二片环形换热片的内圈焊接在直线换热管上；
进一步的，所述“步骤七”的具体过程如下：
控制三个直线伸缩器的斜向伸缩杆同时向外伸出，直至三个呈圆周阵列分布的支撑轮斜向下运动到向下顶压并滚动配合第二片环形换热片的轮廓边缘处的上表面，从而使这时的焊接机器人的整体重量由第二片环形换热片的上表面支撑；这时根据三个支撑轮的位置和几何关系，只要三个支撑轮不与第二片环形换热片的上表面发生滑动，三个支撑轮均不会发生滚动；从而在没有足够外力的基础上，在三个支撑轮的共同作用下环体不会发生水平位移；这时同时控制三个刹车式电机，进而使三个转轴同时旋转，从而使三个环绕行走滚轮分别绕三个转轴轴线回转，从而使三个环绕行走滚轮均运动至脱离第一片环形换热片的外缘，而且随着三个转轴的继续各自旋转，第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元整体上分别绕三个转轴转动，直至俯视视角下第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元均到达第一片环形换热片的轮廓外部；这时继续控制三个直线伸缩器的斜向伸缩杆同时斜向下伸出，三个支撑轮在第二片环形换热片上表面的沿第二片环形换热片的径向方向做逐渐相互靠近的滚动，由于已经焊接的第二片环形换热片上表面的高度不会发生变化，因此三个斜向伸缩杆同时斜向下伸出会使三个直线伸缩器做上升的运动，从而使环体、第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元跟着上升，直至第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元上的各环绕行走滚轮的环状卡槽与第二片环形换热片等高；然后同时控三个刹车式电机，进而使三个转轴同时旋转，使第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元分别绕三个转轴转动，从而使三个环绕行走滚轮分别绕三个转轴轴线回转，直至三个所述环绕行走滚轮的环状卡槽均运动至卡到第二片环形换热片的外缘，且第二片环形换热片的外缘与环状卡槽的槽底滚动配合，这时同时让三个刹车式电机刹车；从而实现了将焊接机器人装配到已经人工焊接在直线换热管上的第二片环形换热片上；然后同时控制三个直线伸缩器的斜向伸缩杆同时内完全缩回；从而实现焊接机器人从第一片环形换热片向上攀爬并装配到已经焊接在直线换热管上的第二片环形换热片上。
有益效果：本发明的结构简单，只需人工焊接一片环形换热片即可，其他的所有换热片均由机器人自动化焊接，而且机器人会自动攀爬，不用人工操作，极大降低了人工成本，而且焊接的一致性也高。
附图说明
附图1为焊接机器人装配到第一片环状换热片上并正在对第二片环状换热片进行焊接的整体结构示意图(参考步骤四)；
附图2为直线换热管外壁已经焊接形成等间距的换热片阵列的正视图(参考步骤八)；
附图3为附图2的立体示意图；
附图4为单个环状换热片剖视图；
附图5为焊接机器人整体结构示意图；
附图6为附图5的剖视图；
附图7为“步骤七”的具体过程中“控制三个直线伸缩器的斜向伸缩杆同时向外伸出，直至三个呈圆周阵列分布的支撑轮斜向下运动到向下顶压并滚动配合第二片环形换热片的轮廓边缘处的上表面”时的剖视图；
附图8为“步骤五”第二片环形换热片在重力作用下沿直线换热管向下滑动的示意图；
附图9为“步骤五”中第二片环形换热片降到三个托轮同时向上承托套在直线换热管上的第二片环形换热片的下表面的示意图；
附图10为“步骤七”的具体过程中“控制三个直线伸缩器的斜向伸缩杆同时向外伸出，直至三个呈圆周阵列分布的支撑轮斜向下运动到向下顶压并滚动配合第二片环形换热片的轮廓边缘处的上表面”时的结构示意图；
附图11为“步骤七”的具体过程中“第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元整体上分别绕三个转轴转动，直至俯视视角下第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元均到达第一片环形换热片的轮廓外部”的示意图；
附图12为“步骤七”的具体过程中“三个斜向伸缩杆同时斜向下伸出会使三个直线伸缩器做上升的运动，从而使环体、第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元跟着上升，直至第一环绕行走单元、第二环绕行走单元和第三环绕行走单元上的各环绕行走滚轮的环状卡槽与第二片环形换热片等高”时的示意图；
附图13为本装置的整体俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至13所示机器人焊机换热片的焊接方法：包括直线换热管2、若干环形换热片3和焊接机器人1：包括如下步骤：
步骤一，在直线换热管2的一端套设第一片环形换热片3.1；
步骤二，人工将第一片环形换热片3.1的内圈4与直线换热管2的外壁进行人工焊接；
步骤三，将焊接机器人1装配到已经人工焊接在直线换热管2上的第一片环形换热片3.1上；
步骤四，将直线换热管2竖向设置，且人工焊接有第一片环形换热片3.1的一端朝下；然后用固定器7将直线换热管2的下端固定；
步骤五，将第二片环形换热片3.2套在直线换热管2上端，随后套在直线换热管2上端的第二片环形换热片3.2在重力作用下沿直线换热管2向下滑动，直至第二片环形换热片3.2下降到被焊接机器人1向上托住，这时第二片环形换热片3.2与第一片环形换热片3.1保持预定距离；且这时焊接机器人1的焊枪17末端刚好指向第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1；
步骤六，焊接机器人1沿第一片环形换热片3.1的外圈003做环绕行走一圈，从而使焊枪17持续向第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1喷焊的过程中，焊枪17还沿圆形路径完整扫过第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1；从而使第二片环形换热片3.2的内圈4焊接在直线换热管2上；
步骤七，焊接机器人1从第一片环形换热片3.1向上攀爬并装配到已经焊接在直线换热管2上的第二片环形换热片3.2上；
步骤八，参照“步骤五”和“步骤六”将第三片环形换热片3.3焊接在直线换热管 2上，然后参照“步骤七”，焊接机器人1继续向上攀爬到已经焊接在直线换热管2上的第三片环形换热片3.3上；循环本步骤，最终N片环形换热片3等间距同轴心套在直线换热管2的外壁，且各个环形换热片3的内圈4与所述直线换热管2的外壁焊接，从而形成等间距的换热片阵列2，如图2和3。
“步骤三”、“步骤五”、“步骤六”、“步骤七”在后文中还有具体的工作过程和工作原理：
用于焊接换热片的专用焊接机器人，包括焊接机器人1，所述焊接机器人1包括环体9；所述环体9的内径大于环形换热片3的外径；所述环体9上安装有呈圆周阵列分布的第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3，如图 13；第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3的结构相同。
第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3中的任意一个上固定安装有焊接机构16，所述焊接机构16的焊枪17斜朝上设置。
第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3均包括竖向的转轴18、回转座23、滚轮支架26、滚轮6、电机支架24、电机25、托轮15、拖轮支架14，刹车式电机20、电机输出轴21和输出齿轮22；
所述刹车式电机20的机壳固定在环体9上，所述刹车式电机20的电机输出轴21 末端同轴心连接有输出齿轮22；所述转轴18上同轴心一体化连接有传动齿轮19，所述输出齿轮22与所述传动齿轮19啮合，所述转轴18的上端通过轴承与所述环体9上的轴承孔转动配合；所述转轴18的下端固定连接回转座23，所述回转座23的下侧固定安装横向的滚轮支架26，所述滚轮支架26上转动设置环绕行走滚轮6，所述环绕行走滚轮6的轴线为竖向；所述滚轮支架26的下侧固定安装电机支架24，所述电机支架24 上固定安装竖向的电机25，所述电机25与所述环绕行走滚轮6同轴心驱动连接；所述环绕行走滚轮6的外圈设置有环状卡槽6.1，所述环状卡槽6.1的槽宽大于环形换热片3 的厚度；所述托轮15的轴线为水平，且所述托轮15转动安装在所述拖轮支架14上，所述拖轮支架14的另一端固定在所述转轴18；所述焊接机构16固定在任意一个回转座23上；
所述环体9的上方呈圆周阵列设置有三个下端斜向朝内的直线伸缩器5，三所述直线伸缩器5分别通过上伸缩器支架8固定安装在所述环体9上；各所述直线伸缩器5下端的斜向伸缩杆11末端均固定连接有支撑轮支架13，各所述支撑轮支架13上均转动设置有支撑轮13，所述支撑轮13的轴线为水平；
焊接机器人1装配到已经人工焊接在直线换热管2上的第一片环形换热片3.1上时，所述第一片环形换热片3.1的外缘003水平卡入三个所述环绕行走滚轮6的环状卡槽6.1中，且第一片环形换热片3.1的外缘003与环状卡槽6.1的槽底滚动配合；三个托轮15 的轴线均与第一片环形换热片3.1的轴线相交，三个托轮15向上承托套在直线换热管2 上的第二片环形换热片3.2的下表面；且焊枪17末端刚好指向第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1；
三所述直线伸缩器5的斜向伸缩杆11均处于完全缩回状态时，在俯视视角下三个呈圆周阵列分布的支撑轮13在第二片环形换热片3.2的轮廓外侧；三所述直线伸缩器5 的斜向伸缩杆11同时向外伸出，能使三个呈圆周阵列分布的支撑轮13斜向下运动到与第二片环形换热片3.2的上表面滚动配合，且各支撑轮13在第二片环形换热片3.2上表面的滚动摩擦方向均为第二片环形换热片3.2的径向方向；各所述转轴18同时旋转能使各环绕行走滚轮6的环状卡槽6.1脱离第一片环形换热片3.1的外缘003。
所述支撑轮13为轮面为橡胶防滑材质，且支撑轮13的轮面设置有防滑花纹。
上文中“步骤三”的具体过程如下：
先让焊接机器人1的环体9同轴心套在直线换热管2外部，且让焊接机器人1的三个环绕行走滚轮6处在第一片环形换热片3.1的四周，这时沿轴线视角下三个环绕行走滚轮6在第一片环形换热片3.1的外周；这时同时控三个刹车式电机20，进而使三个转轴18同时旋转，使第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3分别绕三个转轴18转动，从而使三个环绕行走滚轮6分别绕三个转轴18轴线回转，直至三个所述环绕行走滚轮6的环状卡槽6.1均运动至卡到第一片环形换热片3.1 的外缘003，且第一片环形换热片3.1的外缘003与环状卡槽6.1的槽底滚动配合，这时同时让三个刹车式电机20刹车；从而实现了将焊接机器人1装配到已经人工焊接在直线换热管2上的第一片环形换热片3.1上；
上文中“步骤五”中第二片环形换热片3.2下降到被焊接机器人1向上托住的具体过程如下：
初始状态下三个直线伸缩器5的斜向伸缩杆11均处于完全缩回状态，在俯视视角下三个呈圆周阵列分布的支撑轮13在第二片环形换热片3.2的轮廓外侧；从而使第二片环形换热片3.2下降过程中不会碰到三个呈圆周阵列分布的支撑轮13；当第二片环形换热片3.2下降到三个托轮15同时向上承托套在直线换热管2上的第二片环形换热片3.2 的下表面；从而实现对第二片环形换热片3.2的承托过程；如图9；
上文中“步骤六”的具体过程如下：同时三个驱动电机25，使各个环绕行走滚轮6沿自身轴线回转，从而使三所述环绕行走滚轮6主动沿第一片环形换热片3.1的外缘003 滚动，从而使三所述环绕行走滚轮6绕第一片环形换热片3.1做环绕运动，进而使环体 9沿自身轴线回转，从而使焊接机器人1整体沿第一片环形换热片3.1的外圈003做环绕行走一圈，焊枪17持续向第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1喷焊的过程中，焊枪17也会跟着沿圆形路径完整扫过第二片环形换热片3.2内圈4的下轮廓4.1；从而使第二片环形换热片3.2的内圈4焊接在直线换热管2上；
上文中“步骤七”的具体过程如下：
控制三个直线伸缩器5的斜向伸缩杆11同时向外伸出，直至三个呈圆周阵列分布的支撑轮13斜向下运动到向下顶压并滚动配合第二片环形换热片3.2的轮廓边缘处的上表面，如图7和10，从而使这时的焊接机器人1的整体重量由第二片环形换热片3.2的上表面支撑；这时根据三个支撑轮13的位置和几何关系，只要三个支撑轮13不与第二片环形换热片3.2的上表面发生滑动，三个支撑轮13均不会发生滚动；从而在没有足够外力的基础上，在三个支撑轮13的共同作用下环体9不会发生水平位移；这时同时控制三个刹车式电机20，进而使三个转轴18同时旋转，从而使三个环绕行走滚轮6分别绕三个转轴18轴线回转，从而使三个环绕行走滚轮6均运动至脱离第一片环形换热片 3.1的外缘003，而且随着三个转轴18的继续各自旋转，第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3整体上分别绕三个转轴18转动，直至俯视视角下第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3均到达第一片环形换热片3.1的轮廓外部，如图11；这时继续控制三个直线伸缩器5的斜向伸缩杆11同时斜向下伸出，三个支撑轮13在第二片环形换热片3.2上表面的沿第二片环形换热片3.2的径向方向做逐渐相互靠近的滚动，由于已经焊接的第二片环形换热片 3.2上表面的高度不会发生变化，因此三个斜向伸缩杆11同时斜向下伸出会使三个直线伸缩器5做上升的运动，从而使环体9、第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2 和第三环绕行走单元10.3跟着上升，直至第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元 10.2和第三环绕行走单元10.3上的各环绕行走滚轮6的环状卡槽6.1与第二片环形换热片3.2等高，如图12；然后同时控三个刹车式电机20，进而使三个转轴18同时旋转，使第一环绕行走单元10.1、第二环绕行走单元10.2和第三环绕行走单元10.3分别绕三个转轴18转动，从而使三个环绕行走滚轮6分别绕三个转轴18轴线回转，直至三个所述环绕行走滚轮6的环状卡槽6.1均运动至卡到第二片环形换热片3.2的外缘003，且第二片环形换热片3.2的外缘003与环状卡槽6.1的槽底滚动配合，这时同时让三个刹车式电机20刹车；从而实现了将焊接机器人1装配到已经人工焊接在直线换热管2上的第二片环形换热片3.2上；然后同时控制三个直线伸缩器5的斜向伸缩杆11同时内完全缩回；从而实现焊接机器人1从第一片环形换热片3.1向上攀爬并装配到已经焊接在直线换热管2上的第二片环形换热片3.2上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。