钢筋连接线焊接机械手

1.本发明涉及一种机械手，尤其是涉及一种钢筋连接线焊接机械手，属于工业机器人技术领域。


背景技术：

2.在建筑行业和钢铁产品包装行业，常遇到需要将两根平行钢筋连接固定的作业，避免在后续使用或运输过程中钢筋之间的松脱、窜动，提高生产作业安全性，保证产品包装完整性。目前企业一般采用人工完成钢筋连接固定作业，采用的方法是使用金属连接线进行连接，作业过程是：将连接线的一端缠绕在其中一根钢筋上，手持另一端拉紧连接线缠绕在另一根钢筋上，从而将两者相对固定起来。由于缠绕连接钢筋作业步骤繁琐、许多钢筋周围没有间隙或间隙很小，影响生产效率的同时加大了工人操作难度。此外，工业现场环境恶劣、工人劳动强度大还会导致连接质量不稳定等问题。


技术实现要素：

3.基于以上原因，本发明提出一种钢筋连接线焊接机械手，使用时安装在机器人末端，通过送丝装置进行连接线输送，机械手利用焊接的方式将连接线与两根钢筋分别焊接固定，完成两根钢筋的连接固定作业。
4.钢筋连接线焊接机械手，包括安装座1、立体相机2、连接线固定及引导装置3、焊接装置4、夹紧钳5和剪刀6。安装座1是整个机械手的支撑和连接装置,安装座1通过定位法兰与机器人的末端固联。立体相机2、连接线固定及引导装置3、焊接装置4、夹紧钳5和剪刀6从左往右依次固定安装在安装座1上，焊接装置4固定在安装座1中间位置。
5.安装座1包括定位法兰1-1和装置安装板1-2。定位法兰1-1由定位凸台和螺栓安装孔组成，通过定位凸台与机器人末端凹槽实现止口配合定位，利用螺栓穿过螺栓安装孔固定到机器人末端，保证机器人和末端操作器的定位精度。装置安装板1-2和定位法兰1-1的轴线垂直，装置安装板1-2上面布置有其他装置的安装孔。
6.连接线固定及引导装置3包括夹紧气缸3-1、左夹紧钳3-2和右夹紧钳3-3。夹紧气缸3-1安装在安装座1上，左夹紧钳3-2和右夹紧钳3-3相向安装在夹紧气缸3-1的两个手指上，彼此之间形成一个大小可调的封闭空间。当夹紧气缸3-1闭合时，对穿过其中的连接线起到夹紧固定作用；当夹紧气缸3-1张开时封闭空间变大，对穿过其中的连接线起到限制引导作用。
7.焊接装置4包括伺服旋转台4-1、气缸连接板4-2、压紧气缸4-3、绝缘安装板4-4、两侧电极导向套4-5、焊接电极4-6、中间电极导向套4-7和缓冲弹簧4-8。伺服旋转台4-1安装在安装座1上，气缸连接板4-2固定在伺服旋转台4-1的旋转台面上，压紧气缸4-3安装在气缸连接板4-2上，绝缘安装板4-4与压紧气缸4-3的推杆固联。绝缘安装板4-4上有左、中、右三个安装位置，两侧电极导向套4-5分别安装在绝缘安装板4-4的左、右安装位置，中间电极导向套4-7安装在绝缘安装板4-4的中间安装位置，缓冲弹簧4-8套在焊接电极4-6上，依次
配合安装在两侧电极导向套4-5和中间电极导向套4-7的内部。两侧电极导向套4-5和中间电极导向套4-7的导向相互垂直，以适应十字交叉的钢筋与连接线，使三个焊接电极4-6各自与钢筋、连接线表面匹配相接触。
8.焊接电极4-6的材质为铬锆铜。焊接电极4-6包括电源线缆连接孔4-6-1、导向面4-6-2和端部弧面4-6-3。焊接电极4-6通过电源线缆连接孔4-6-1连接焊接电源线缆，中间的焊接电极4-6连接焊接电源正极，两侧的焊接电极4-6连接焊接电源负极；焊接电极4-6有两个居电极轴线对称、且相互平行的导向面4-6-2，通过导向面4-6-2配合电极导向套结构保证焊接电极4-6作业时不发生自转；通过端部弧面4-6-3与钢筋和连接线的圆弧表面相配合，提高接触面积、保证稳定接触。焊接时电流自焊接电源正极出发，依次流经中间的焊接电极4-6、钢筋、连接线、两侧的焊接电极4-6，最终回到焊接电源负极，钢筋与连接线接触处电阻较大，电流通过时发热熔化两者相固定。
9.本发明的有益技术效果在于：（1）采用焊接的方式将两根钢筋与连接线分别固定，降低了连接固定作业复杂度、提高了钢筋连接牢固度；（2）钢筋连接线焊接机械手安装在机器人末端，代替人工自动完成钢筋位置姿态识别、焊接固定和连接线剪断，保证了钢筋连接固定作业质量和稳定性；（3）首次准备过程结束后，机器人配合机械手可以实现连续作业，提高了工作效率、降低了生产成本，实现了钢筋连接固定作业自动化。
附图说明
10.图1是本发明钢筋连接线焊接机械手的总体结构示意图；图2是本发明安装座1的结构示意图；图3是本发明连接线固定及引导装置3的结构示意图；图4是本发明连接线固定及引导装置3的夹紧气缸3-1处于闭合状态；图5是本发明连接线固定及引导装置3的夹紧气缸3-1处于张开状态；图6是本发明焊接装置4的结构示意图；图7是本发明焊接装置4的剖视图；图8是本发明焊接装置4的仰视图；图9是本发明焊接电极4-6的结构示意图；图10是本发明钢筋连接线焊接机械手的作业场景示意图；图11是本发明钢筋连接线焊接完成效果示意图。
实施方式
11.结合图1-11说明本发明的结构与操作。
12.以钢筋1与钢筋2的连接固定作业为例，利用机器人、钢筋连接线焊接机械手和送线装置实现自动化作业。
13.钢筋连接线焊接机械手，包括安装座1、立体相机2、连接线固定及引导装置3、焊接装置4、夹紧钳5和剪刀6。安装座1是整个机械手的支撑和连接装置,安装座1通过定位法兰1-1与机器人的末端固联。立体相机2、连接线固定及引导装置3、焊接装置4、夹紧钳5和剪刀
6从左往右依次固定安装在安装座1上，焊接装置4固定在安装座1中间位置。
14.安装座1包括定位法兰1-1和装置安装板1-2。定位法兰1-1由定位凸台和螺栓安装孔组成，通过定位凸台与机器人末端凹槽实现止口配合定位，利用螺栓穿过螺栓安装孔固定到机器人末端，保证机器人和末端操作器的定位精度。装置安装板1-2和定位法兰1-1的轴线垂直，装置安装板1-2上面布置有其他装置的安装孔。
15.连接线固定及引导装置3包括夹紧气缸3-1、左夹紧钳3-2和右夹紧钳3-3。夹紧气缸3-1安装在安装座1上，左夹紧钳3-2和右夹紧钳3-3相向安装在夹紧气缸3-1的两个手指上，彼此之间形成一个大小可调的封闭空间。当夹紧气缸3-1闭合时，对穿过其中的连接线起到夹紧固定作用；当夹紧气缸3-1张开时封闭空间变大，对穿过其中的连接线起到限制引导作用。
16.焊接装置4包括伺服旋转台4-1、气缸连接板4-2、压紧气缸4-3、绝缘安装板4-4、两侧电极导向套4-5、焊接电极4-6、中间电极导向套4-7和缓冲弹簧4-8。伺服旋转台4-1安装在安装座1上，气缸连接板4-2固定在伺服旋转台4-1的旋转台面上，压紧气缸4-3安装在气缸连接板4-2上，绝缘安装板4-4与压紧气缸4-3的推杆固联。绝缘安装板4-4上有左、中、右三个安装位置，两侧电极导向套4-5分别安装在绝缘安装板4-4的左、右安装位置，中间电极导向套4-7安装在绝缘安装板4-4的中间安装位置，缓冲弹簧4-8套在焊接电极4-6上，依次配合安装在两侧电极导向套4-5和中间电极导向套4-7的内部。两侧电极导向套4-5和中间电极导向套4-7的导向相互垂直，以适应十字交叉的钢筋与连接线，使三个焊接电极4-6各自与钢筋、连接线表面匹配相接触。
17.焊接电极4-6的材质为铬锆铜，结构包括电源线缆连接孔4-6-1、导向面4-6-2、端部弧面4-6-3。焊接电极4-6通过电源线缆连接孔4-6-1连接焊接电源线缆，中间的焊接电极4-6连接焊接电源正极，两侧的焊接电极4-6连接焊接电源负极；焊接电极4-6有两个居电极轴线对称、且相互平行的导向面4-6-2，通过导向面4-6-2配合电极导向套结构保证焊接电极4-6作业时不发生自转；通过端部弧面4-6-3与钢筋和连接线的圆弧表面相配合，提高接触面积、保证稳定接触。焊接时电流自焊接电源正极出发，依次流经中间的焊接电极4-6、钢筋、连接线、两侧的焊接电极4-6，最终回到焊接电源负极，钢筋与连接线接触处电阻较大，电流通过时发热熔化两者相固定。
18.本发明钢筋连接线焊接机械手的具体使用方法如下：（1）准备过程用钢筋连接线焊接机械手的定位法兰1-1与机器人的末端安装位置定位，然后用螺钉将机械手固定在机器人的末端。人工将送线装置引出的连接线自机械手左侧穿入，使连接线居焊接装置4中间并穿至夹紧钳5右侧，控制夹紧气缸3-1和夹紧钳5同时闭合夹紧固定连接线，保证连接线位于焊接装置4中间的焊接电极4-6的正下方。
19.（2）识别定位由机器人带动钢筋连接线焊接机械手到达识别位置，控制立体相机2对两根钢筋进行识别定位，计算出两根钢筋的位置、姿态信息。
20.（3）焊接固定识别定位完成后，机器人携带机械手到达钢筋1正上方，根据计算出的钢筋姿态信息控制伺服旋转台4-1调整焊接装置4的姿态，然后控制压紧气缸4-3向正下方压下，缓冲弹
簧4-8被压缩使焊接电极4-6分别与钢筋1、连接线表面紧密接触，控制焊接电源延时通断电，使钢筋1与连接线交叉接触处发热熔化，将两者固定在一起。
21.钢筋1与连接线焊接完成后，夹紧气缸3-1和夹紧钳5同时张开，连接线固定及引导装置3起到引导连接线作用，机器人携带机械手移动到钢筋2的正上方，再次控制夹紧气缸3-1和夹紧钳5同时闭合夹紧固定连接线，然后控制压紧气缸4-3向正下方压下，缓冲弹簧4-8被压缩使焊接电极4-6分别与钢筋2、连接线表面紧密接触，控制焊接电源延时通断电，使钢筋2与连接线交叉接触处发热熔化，将两者固定在一起。
22.（4）剪断连接线钢筋2与连接线焊接完成后，夹紧气缸3-1和夹紧钳5同时张开，连接线固定及引导装置3起到引导连接线作用，机器人携带机械手移动到连接线剪断位置，再次控制夹紧气缸3-1和夹紧钳5同时闭合夹紧固定连接线，然后控制剪刀6剪断连接线，剪断后连接线仍被夹持在机械手上，机器人可携带机械手和连接线接续进行下一次焊接作业。所有作业完成后机器人带动机械手返回初始工作状态。

技术特征：
1.钢筋连接线焊接机械手，使用时安装在机器人末端，通过送丝装置进行连接线输送，机械手利用焊接的方式将连接线与两根钢筋分别焊接固定，完成两根钢筋的连接固定作业，所述机械手包括安装座（1）、立体相机（2）、连接线固定及引导装置（3）、焊接装置（4）、夹紧钳（5）和剪刀（6），其特征在于，安装座（1）是整个机械手的支撑和连接装置,安装座（1）通过定位法兰与机器人的末端固联，立体相机（2）、连接线固定及引导装置（3）、焊接装置（4）、夹紧钳（5）和剪刀（6）从左往右依次固定安装在安装座（1）上，焊接装置（4）固定在安装座（1）中间位置。2.根据权利要求1所述的钢筋连接线焊接机械手，其特征在于，安装座（1）包括定位法兰（1-1）和装置安装板（1-2），定位法兰（1-1）由定位凸台和螺栓安装孔组成，通过定位凸台与机器人末端凹槽实现止口配合定位，利用螺栓穿过螺栓安装孔固定到机器人末端，保证机器人和末端操作器的定位精度，装置安装板（1-2）和定位法兰（1-1）的轴线垂直，装置安装板（1-2）上面布置有其他装置的安装孔。3.根据权利要求1所述的钢筋连接线焊接机械手，其特征在于，连接线固定及引导装置（3）包括夹紧气缸（3-1）、左夹紧钳（3-2）和右夹紧钳（3-3），夹紧气缸（3-1）安装在安装座（1）上，左夹紧钳（3-2）和右夹紧钳（3-3）相向安装在夹紧气缸（3-1）的两个手指上，彼此之间形成一个大小可调的封闭空间，当夹紧气缸（3-1）闭合时，对穿过其中的连接线起到夹紧固定作用；当夹紧气缸（3-1）张开时封闭空间变大，对穿过其中的连接线起到限制引导作用。4.根据权利要求1所述的钢筋连接线焊接机械手，其特征在于，焊接装置（4）包括伺服旋转台（4-1）、气缸连接板（4-2）、压紧气缸（4-3）、绝缘安装板（4-4）、两侧电极导向套（4-5）、焊接电极（4-6）、中间电极导向套（4-7）和缓冲弹簧（4-8），伺服旋转台（4-1）安装在安装座（1）上，气缸连接板（4-2）固定在伺服旋转台（4-1）的旋转台面上，压紧气缸（4-3）安装在气缸连接板（4-2）上，绝缘安装板（4-4）与压紧气缸（4-3）的推杆固联，绝缘安装板（4-4）上有左、中、右三个安装位置，两侧电极导向套（4-5）分别安装在绝缘安装板（4-4）的左、右安装位置，中间电极导向套（4-7）安装在绝缘安装板（4-4）的中间安装位置，缓冲弹簧（4-8）套在焊接电极（4-6）上，依次配合安装在两侧电极导向套（4-5）和中间电极导向套（4-7）的内部，两侧电极导向套（4-5）和中间电极导向套（4-7）的导向相互垂直，以适应十字交叉的钢筋与连接线，使三个焊接电极（4-6）各自与钢筋、连接线表面匹配相接触。5.根据权利要求4所述的钢筋连接线焊接机械手，其特征在于，焊接电极（4-6）包括电源线缆连接孔（4-6-1）、导向面（4-6-2）和端部弧面（4-6-3），焊接电极（4-6）通过电源线缆连接孔（4-6-1）连接焊接电源线缆，中间的焊接电极（4-6）连接焊接电源正极，两侧的焊接电极（4-6）连接焊接电源负极；焊接电极（4-6）有两个居电极轴线对称、且相互平行的导向面（4-6-2），通过导向面（4-6-2）配合电极导向套结构保证焊接电极（4-6）作业时不发生自转；通过端部弧面（4-6-3）与钢筋和连接线的圆弧表面相配合，提高接触面积、保证稳定接触，焊接时电流自焊接电源正极出发，依次流经中间的焊接电极（4-6）、钢筋、连接线、两侧的焊接电极（4-6），最终回到焊接电源负极，钢筋与连接线接触处电阻较大，电流通过时发热熔化两者相固定。6.根据权利要求4所述的钢筋连接线焊接机械手，其特征在于，焊接电极（4-6）的材质为铬锆铜。

技术总结
钢筋连接线焊接机械手，包括安装座（1）、立体相机（2）、连接线固定及引导装置（3）、焊接装置（4）、夹紧钳（5）和剪刀（6）。本发明采用焊接的方式将两根钢筋与连接线分别固定，降低了连接固定作业复杂度、提高了钢筋连接牢固度；钢筋连接线焊接机械手安装在机器人末端，代替人工自动完成钢筋位置姿态识别、焊接固定和连接线剪断，保证了钢筋连接固定作业质量和稳定性；首次准备过程结束后，机器人配合机械手可以实现连续作业，提高了工作效率、降低了生产成本，实现了钢筋连接固定作业自动化。实现了钢筋连接固定作业自动化。实现了钢筋连接固定作业自动化。


技术研发人员：张付祥 张超 刘席宇 李文忠 黄风山
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/8/14