CN110355509A - 一种管道焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道焊接机器人，涉及野外管道焊接技术领域，解决了现有技术中管道焊接机器人焊接效率低的问题，其技术要点是：包括固定导轨，固定导轨内设有活动导轨，固定导轨上设有驱动电机，驱动电机通过驱动齿轮与活动导轨啮合，活动导轨上设有用于驱动焊枪在活动导轨上滑动的滑动架，滑动架与活动导轨滑动连接，滑动架上设有用于驱动滑动架滑动的驱动电机和驱动齿轮，焊枪与滑动架固定连接；本发明通过半圆形的固定导轨和活动导轨使得焊枪不用固定在管道上即可绕管道进行焊接，相对于现有技术，本发明取消了野外管道焊接过程中的固定和拆卸过程，提高了管道焊接的效率。
Description
技术领域
本发明涉及野外管道焊接技术领域，尤其涉及一种管道焊接机器人。
背景技术
机器人是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业、或是其他危险的行业。
中国专利公开号“CN104690456B”公开了一种管道焊接机器人，包括轨道组件、纵向进给机构、焊枪姿态调整机构、横向进给机构、驱动机构、车体组件、焊枪位姿检测***和焊枪。该装置还公开了利用上述机器人焊接管道的方法：步骤1：采集信息；步骤2：调节焊枪位置；步骤3：焊接管道。该装置实现了大型管道的360°全方位自动跟踪焊接，可在较恶劣的工作环境下实现大型管道的自动焊接，改善了工人的工作环境，同时该管道焊接机器人可连续作业，克服了人工工作时间不能太长的限制，提高了工程的进度。但是该装置在管道焊接时需要将轨道固定在管道上，由于管道焊接是一节一节的焊接，使得机器人焊接效率较低，因此，我们提出了一种管道焊接机器人。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种管道焊接机器人，包括固定导轨，固定导轨内设有用于与固定导轨形成圆形轨道的活动导轨，固定导轨上设有用于驱动活动导轨的驱动电机，驱动电机通过驱动齿轮与活动导轨啮合，活动导轨上设有用于驱动焊枪在活动导轨上滑动的滑动架，滑动架与活动导轨滑动连接，滑动架上设有用于驱动滑动架滑动的驱动电机和驱动齿轮，焊枪与滑动架固定连接，以解决现有技术中管道焊接机器人焊接效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种管道焊接机器人，包括固定导轨，固定导轨内设有用于与固定导轨形成圆形轨道的活动导轨，固定导轨上设有用于驱动活动导轨的驱动电机，驱动电机通过驱动齿轮与活动导轨啮合，活动导轨上设有用于驱动焊枪在活动导轨上滑动的滑动架，滑动架与活动导轨滑动连接，滑动架上设有用于驱动滑动架滑动的驱动电机和驱动齿轮，焊枪与滑动架固定连接。
作为本发明进一步的方案，固定导轨为半圆形，其截面为U形，固定导轨上设有用于对活动导轨进行限位的弧形挡条，弧形挡条设在固定导轨的内环上；活动导轨为半圆形工字型轨道，活动导轨的外环和内环均设有传动齿，活动导轨卡设在固定导轨内，且活动导轨和固定导轨同心设置，活动导轨的厚度与固定导轨内U形槽的宽度相同。
作为本发明进一步的方案，活动导轨的两端还通过螺钉固定连接有挡板，活动导轨两端设有定位柱；挡板为方形挡板，挡板中间设有用于螺钉穿过的螺钉孔，其右上角还设有用于挡板定位的定位孔。
作为本发明进一步的方案，驱动电机分为导轨驱动电机和焊枪滑移电机，导轨驱动电机固定在固定导轨上，焊枪滑移电机固定在滑动架上，且导轨驱动电机和焊枪滑移电机的输出轴上均固定连接有驱动齿轮。
作为本发明进一步的方案，导轨驱动电机设有五个，五个导轨驱动电机的型号一致，且通过相同的脉冲信号控制。
作为本发明进一步的方案，焊枪通过焊***架铰接在滑动架上，焊***架铰接在滑动架上，焊***架与滑动架处设有用于调节焊***架角度的焊枪转动电机，焊枪固定连接在焊***架上。
作为本发明进一步的方案，固定导轨上还固定连接有导轨固定架，导轨固定架固定连接在固定导轨中间；导轨固定架包括导轨固定板和安装板，导轨固定板和安装板通过连接杆连接；导轨固定板为弧形钢板，导轨固定板为直钢板。
作为本发明进一步的方案，导轨固定架上还连接有用于驱动焊枪沿轴线做直线运动的水平滑移组件，导轨固定架上还设有丝杠螺母和滑块，丝杠螺母和滑块固定连接在安装板；水平滑移组件包括滑移安装板、丝杠和导杆，丝杠铰接在滑移安装板的内部，导杆固定连接在丝杠的两侧；丝杠与固定在滑移安装板上的水平驱动电机的输出轴固定连接。
综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过半圆形的固定导轨和活动导轨使得焊枪不用固定在管道上即可绕管道进行焊接，相对于现有技术，本发明取消了野外管道焊接过程中的固定和拆卸过程，提高了管道焊接的效率。
附图说明
图1为管道焊接机器人实施例1的结构示意图。
图2为管道焊接机器人实施例1中内部结构示意图。
图3为管道焊接机器人中第一固定导轨的结构示意图。
图4为管道焊接机器人中第二固定导轨的结构示意图。
图5为管道焊接机器人中活动导轨的结构示意图。
图6为管道焊接机器人中滑动架的结构示意图。
图7为管道焊接机器人中带齿导轨挡板的结构示意图。
图8为管道焊接机器人实施例2的结构示意图。
图9为管道焊接机器人实施例2中导轨固定架的结构示意图。
图10为管道焊接机器人实施例2中水平滑移组件的结构示意图。
附图标记：1-固定导轨，11-第一固定导轨，12-第二固定导轨，2-活动导轨，3-导轨固定架，31-导轨固定板，32-安装板，33-丝杠螺母，34-滑块，4-驱动电机，41-导轨驱动电机，42-焊枪滑移电机，43-焊枪转动电机，5-驱动齿轮，6-滑动架，61-滑动槽，62-铰接槽，7-焊枪，8-焊***架，9-水平滑移组件，91-滑移安装板，92-丝杠，93-导杆，94-水平驱动电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
由图1～图2所示，一种管道焊接机器人，包括固定导轨1，固定导轨1内设有用于与固定导轨1形成圆形轨道的活动导轨2，固定导轨1上设有用于驱动活动导轨2的驱动电机4，驱动电机4通过驱动齿轮5与活动导轨2啮合，活动导轨2上设有用于驱动焊枪7在活动导轨2上滑动的滑动架6，滑动架6与活动导轨2滑动连接，滑动架6上设有用于驱动滑动架6滑动的驱动电机4和驱动齿轮5，焊枪7与滑动架6固定连接；
如图3和图4所示，固定导轨1为半圆形，固定导轨1的截面为U形，固定导轨1分为第一固定导轨11和第二固定导轨12，第一固定导轨11和第二固定导轨12的用于方便加工制造固定导轨1，固定导轨1上设有用于对活动导轨2进行限位的弧形挡条，弧形挡条设在固定导轨1的内环上，优选的，固定导轨1上还设有用于固定驱动电机4的固定孔，本实施例中，固定孔设有五个；
如图5所示，活动导轨2为半圆形工字型轨道，活动导轨2的外环和内环均设有传动齿，活动导轨2卡设在固定导轨1内，且活动导轨2和固定导轨1同心设置，活动导轨2的厚度与固定导轨1内U形槽的宽度相同，使得活动导轨2仅能在固定导轨1内绕固定导轨1的轴心转动；
优选的，为了防止滑动架6工作过程中脱离活动导轨2，活动导轨2的两端还通过螺钉固定连接有挡板，如图7所示，挡板为方形挡板，挡板中间设有用于螺钉穿过的螺钉孔，其右上角还设有用于挡板定位的定位孔，定位孔与活动导轨2两端的定位柱配合，起到防止挡板转动的作用；
驱动电机4分为导轨驱动电机41和焊枪滑移电机42，导轨驱动电机41固定在固定导轨1上，导轨驱动电机41设有五个，驱动齿轮5固定在导轨驱动电机41的输出轴上，且驱动齿轮5设在固定导轨1的输出槽内，导轨驱动电机41转动时，带动驱动齿轮5转动，驱动齿轮5的转动带动活动导轨2绕固定导轨1的轴心转动，活动导轨2的转动为滑动架6提供完整的圆形轨道；
优选的，导轨驱动电机41为步进电机，五个导轨驱动电机41的型号一致，且通过相同的脉冲信号控制，使得驱动齿轮5的同步旋转，从而使得活动导轨2在固定导轨1内平稳转动；
如图6所示，滑动架6分为滑动槽61和铰接槽62，滑动槽61为U形槽，U形槽口部设有与活动导轨2内环半径相同的弧形档条，滑动槽61上设有用于固定焊枪滑移电机42的固定孔，焊枪滑移电机42固定在固定孔上，且焊枪滑移电机42在滑动槽61内设有驱动齿轮5，滑动槽61内的驱动齿轮5与活动导轨2的内环啮合，且滑动槽61内的驱动齿轮5固定在焊枪滑移电机42上，当焊枪滑移电机42通电转动后，滑动槽61内的驱动齿轮5驱动滑动架6在活动导轨2上转动；铰接槽62上设有铰孔；
优选的，焊枪7通过焊***架8铰接在滑动架6上，焊***架8用于调节焊枪7的角度，使得焊枪7始终处于最佳焊接位置，焊***架8铰接在滑动架6上，且焊***架8通过固定在滑动架6上的焊枪转动电机43带动自身转动，焊***架8为现有技术中焊接机器手上用于固定焊枪7的尾部关节，且焊***架8与滑动架6和焊枪转动电机43的连接方式为现有技术，此处不做过多描述；焊枪转动电机43为步进电机；
优选的，焊***架8为带自转电机的尾部关节，用于方便调节焊枪7的焊接角度；
焊枪7为现有中的焊枪；
优选的，为了便于固定焊接机器人，固定导轨1上还固定连接有导轨固定架3，导轨固定架3固定连接在固定导轨1中间，导轨固定架3包括导轨固定板31和安装板32，导轨固定板31和安装板32通过连接杆连接；导轨固定板31为弧形钢板，导轨固定板31为直钢板。
实施例2
由图8所示，一种管道焊接机器人，包括固定导轨1，固定导轨1内设有用于与固定导轨1形成圆形轨道的活动导轨2，固定导轨1上设有用于驱动活动导轨2的驱动电机4，驱动电机4通过驱动齿轮5与活动导轨2啮合，活动导轨2上设有用于驱动焊枪7在活动导轨2上滑动的滑动架6，滑动架6与活动导轨2滑动连接，滑动架6上设有用于驱动滑动架6滑动的驱动电机4和驱动齿轮5，焊枪7与滑动架6固定连接；
本实施例中，导轨固定架3上还连接有用于驱动焊枪7沿轴线做直线运动的水平滑移组件9，使得焊枪7可以自动焊接管道上不规则的连接点；
如图9所示，本实施例中，导轨固定架3上还设有丝杠螺母33和滑块34，丝杠螺母33和滑块34固定连接在安装板32上，滑块34设有两个，分别固定在丝杠螺母33的两端；
如图10所示，水平滑移组件9包括滑移安装板91、丝杠92和导杆93，丝杠92铰接在滑移安装板91的内部，导杆93设有两个，分别固定连接在丝杠92的两侧，丝杠92与丝杠螺母33配合，用于驱动导轨固定架3沿轴线运动，导杆93与滑块34配合，用于支撑和使焊枪7沿轴线稳定运动；丝杠92通过固定在滑移安装板91上的水平驱动电机94驱动，水平驱动电机94为步进电机；
其他的和实施例1相同。
综上所述，本发明的工作原理是：
焊接前，将导轨固定架3固定在移动设备上，并通过移动设备运输到需要焊接的地点，通过设在移动设备上的固定装置，将导轨固定架3移动到待焊接处，调节固定导轨1的位置，使得固定导轨1与焊接管道同心设置，然后通过导轨驱动电机41和焊枪滑移电机42调节焊枪7至焊接起始点，调节原理为，通过导轨驱动电机41转动，带动导轨驱动电机41上的驱动齿轮5转动，从而带动活动导轨2绕固定导轨1的轴心转动，使得活动导轨2处于焊接起始点位置，然后焊枪转动电机43通电，焊枪转动电机43通电带动滑动槽61内的驱动齿轮5转动，从而带动滑动架6绕活动导轨2的轴心转动，将滑动架6转动到焊接起始点，然后通过焊枪转动电机43和焊***架8上的自转电机，调节焊枪7的焊接角度，使得焊枪7处于焊接起始点的最佳焊接角度，启动焊枪7，然后通过导轨驱动电机41和焊枪滑移电机42的联合运动，带动焊枪7绕管道旋转，并通过焊枪转动电机43和焊***架8上的自转电机调节焊枪7的焊接角度，直至焊枪7绕管道一周，完成焊接工作；
因为水平滑移组件9为现有技术中典型的丝杠传动机构，故水平滑移组件9控制焊枪7沿管道轴线焊接的原理为现有技术，本发明不再做详细描述；
由于本发明中焊枪7不再固定在管道上，使得焊接过程取消了固定和拆卸的过程，从而提高了焊接效率。
需要特别说明的是，本申请中焊机的工作原理为现有技术的应用，通过圆形轨道和驱动电机间的联动带动焊机绕管道焊接从而省掉了焊机固定的步骤进而提高了焊接效率为本申请的创新点，其有效解决了现有技术中管道焊接机器人焊接效率低的问题。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种管道焊接机器人，包括固定导轨(1)，其特征在于，固定导轨(1)内设有用于与固定导轨(1)形成圆形轨道的活动导轨(2)，固定导轨(1)上设有用于驱动活动导轨(2)的驱动电机(4)，驱动电机(4)通过驱动齿轮(5)与活动导轨(2)啮合，活动导轨(2)上设有用于驱动焊枪(7)在活动导轨(2)上滑动的滑动架(6)，滑动架(6)与活动导轨(2)滑动连接，滑动架(6)上设有用于驱动滑动架(6)滑动的驱动电机(4)和驱动齿轮(5)，焊枪(7)与滑动架(6)固定连接。
2.根据权利要求1所述的管道焊接机器人，其特征在于，固定导轨(1)为半圆形，其截面为U形，固定导轨(1)上设有用于对活动导轨(2)进行限位的弧形挡条，弧形挡条设在固定导轨(1)的内环上；活动导轨(2)为半圆形工字型轨道，活动导轨(2)的外环和内环均设有传动齿，活动导轨(2)卡设在固定导轨(1)内，且活动导轨(2)和固定导轨(1)同心设置，活动导轨(2)的厚度与固定导轨(1)内U形槽的宽度相同。
3.根据权利要求2所述的管道焊接机器人，其特征在于，活动导轨(2)的两端还通过螺钉固定连接有挡板，活动导轨(2)两端设有定位柱；挡板为方形挡板，挡板中间设有用于螺钉穿过的螺钉孔，其右上角还设有用于挡板定位的定位孔。
4.根据权利要求1所述的管道焊接机器人，其特征在于，驱动电机(4)分为导轨驱动电机(41)和焊枪滑移电机(42)，导轨驱动电机(41)固定在固定导轨(1)上，焊枪滑移电机(42)固定在滑动架(6)上，且导轨驱动电机(41)和焊枪滑移电机(42)的输出轴上均固定连接有驱动齿轮(5)。
5.根据权利要求4所述的管道焊接机器人，其特征在于，导轨驱动电机(41)设有五个，五个导轨驱动电机(41)的型号一致，且通过相同的脉冲信号控制。
6.根据权利要求1所述的管道焊接机器人，其特征在于，焊枪(7)通过焊***架(8)铰接在滑动架(6)上，焊***架(8)铰接在滑动架(6)上，焊***架(8)与滑动架(6)处设有用于调节焊***架(8)角度的焊枪转动电机(43)，焊枪(7)固定连接在焊***架(8)上。
7.根据权利要求1-6任一所述的管道焊接机器人，其特征在于，固定导轨(1)上还固定连接有导轨固定架(3)，导轨固定架(3)固定连接在固定导轨(1)中间；导轨固定架(3)包括导轨固定板(31)和安装板(32)，导轨固定板(31)和安装板(32)通过连接杆连接；导轨固定板(31)为弧形钢板，导轨固定板(31)为直钢板。
8.根据权利要求7所述的管道焊接机器人，其特征在于，导轨固定架(3)上还连接有用于驱动焊枪(7)沿轴线做直线运动的水平滑移组件(9)，导轨固定架(3)上还设有丝杠螺母(33)和滑块(34)，丝杠螺母(33)和滑块(34)固定连接在安装板(32)；水平滑移组件(9)包括滑移安装板(91)、丝杠(92)和导杆(93)，丝杠(92)铰接在滑移安装板(91)的内部，导杆(93)固定连接在丝杠(92)的两侧；丝杠(92)与固定在滑移安装板(91)上的水平驱动电机(94)的输出轴固定连接。
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