CN105149835B - 一种简易焊接机械手 - Google Patents

Abstract

一种简易焊接机械手，包括底座部件、多自由度机械臂部件和焊枪固定部件；其中，底座部件安置于地面上，多自由度机械臂部件连接底座部件且能够沿底座部件实现垂直上下运动和水平回旋运动，多自由度机械臂部件的末端通过多自由度机械臂部件的内部构件之间的相对运动定位于空间的任意位置，焊枪固定部件连接于多自由度机械臂部件的末端且用于安装焊枪，通过多自由度机械臂部件的调节运动与焊枪固定部件的调节运动的结合，焊枪能够达到任一需要的工作位置和角度。本发明达到了提升焊接质量、改善劳动条件、提高工作效率和经济效益的效果，具有稳定性强、定位范围大、结构简单、操作便捷和制作成本低等优点。

Description

一种简易焊接机械手

技术领域

本发明涉及一种焊接用工艺装备，特别涉及一种船用低速柴油机钢管焊接作业时用于夹持焊枪的简易焊接机械手，属于焊接技术领域。

背景技术

在船用低速柴油机的制造过程中需要焊接各种钢管，如主滑油管、空冷器冷进回水管、LDCL冷却水管、缸盖冷却水进回水管、缸套冷却水进回水管等管件。各种管件都有着不同的作用：主滑油管用于为整台柴油机输送润滑油，其位于机座的排气侧和机架缸体的自由端，需要结合弯管作业进行焊接连接；空冷器进回水管是对进入空冷器的空气进行冷却的管路，包括一根进水管和一根回水管，位于空冷器的一侧；LDCL冷却水管是利用回水水温高于进水温度的特点，来提升进水温度，从而使柴油机负荷较高时减少冷却水对缸盖的冷腐蚀，该LDCL冷却水管位于排气集管下方；缸盖和缸套冷却水进回水管是用于输送冷却水来分别对气缸盖和缸套进行冷却的。

目前船用低速柴油机钢管的焊接采取的方式是，将钢管夹持固定，人工手持焊枪对钢管进行焊接。然而人为手持焊枪对钢管进行焊接有着许多的不足之处：首先，电焊作业属于特种作业，由于不少焊工在作业中常有违反《操作规程》的不安全行为，导致电焊作业现场事故隐患较多，如电焊机外壳不接地或接地不可靠、接线柱裸露未做绝缘处理、焊枪把引线接头导体裸露未做绝缘处理、焊枪把引线浸泡在水里等，由此，人为持枪电焊方式对于作业者本人和他人的人身安全都存在一定的安全隐患；其次，手持焊枪方式对焊工的要求较高，需要长时间的保持手持焊枪的姿势，机械式劳动容易使人产生疲劳，无法集中精力工作，从而导致焊接速度降低，工作效率低下；最后，人为手持焊枪在焊接过程中会发生焊枪抖动的情况，难以达到焊缝的平整度要求，对于焊接的美观度也有影响，因而焊接质量很难得到保证。

发明内容

本发明的目的在于，解决手持焊枪进行焊接作业所存在的不足，提供一种简易焊接机械手，通过机械臂多自由度的旋转和移动来调整焊枪在空间中的位置，从而达到保证焊接质量、避免安全隐患、提高作业效率等效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种简易焊接机械手，包括底座部件、多自由度机械臂部件和焊枪固定部件；所述底座部件安置于地面上，所述多自由度机械臂部件连接所述底座部件且能够沿该底座部件实现垂直上下运动和水平回旋运动，该多自由度机械臂部件的末端通过该多自由度机械臂部件的内部构件之间的相对运动定位于空间的任意位置，所述焊枪固定部件连接于所述多自由度机械臂部件的末端且用于安装焊枪，通过所述多自由度机械臂部件的调节运动与焊枪固定部件的调节运动的结合，该焊枪能够达到任一需要的工作位置和角度。

作为进一步改进，所述的底座部件包括底座管、立管和调节组件；若干所述底座管水平地固定连接成一底盘体，所述立管竖直地固定连接于该底盘体上，若干所述调节组件固定连接于该底盘体的周边且与地面接触，该调节组件能够调节所述底座部件的位置姿态。

作为进一步改进，所述的调节组件包括固定于所述底盘体上的底座螺母、连接于该底座螺母上的调节螺栓和连接于该调节螺栓下端且与地面接触的垫片。

作为进一步改进，所述的多自由度机械臂部件包括高度调整管、机械臂管、伸缩管、位置调整管、固定管和固定调整管；

所述高度调整管套置于所述立管外周且与该立管形成转动副与移动副，能够沿该立管的轴线上下移动和绕该立管的轴线旋转，该高度调整管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述高度调整管与所述立管之间的相对位置；

所述机械臂管连接于所述高度调整管的上部，通过连接件与该高度调整管形成转动副且能够绕该连接件作摆动；所述固定管连接于所述高度调整管的下部，位于所述机械臂管的正下方，该固定管通过连接件与所述高度调整管形成转动副且能够绕该连接件作摆动；所述固定调整管连接于所述机械臂管的中部，通过连接件与该机械臂管形成转动副且能够绕该连接件作摆动，该固定调整管插入所述固定管的管腔中且与该固定管形成移动副，能够沿该固定管的轴线移动以调整所述机械臂管的位置，所述固定管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述固定调整管与该固定管之间的相对位置且支撑所述机械臂管；

所述伸缩管插入所述机械臂管的管腔中且与该机械臂管形成移动副与转动副，能够沿该机械臂管的轴线移动和绕该机械臂管的轴线旋转，所述机械臂管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述伸缩管与该机械臂管之间的相对位置；

所述位置调整管的一端通过螺栓和蝶形螺母连接于所述伸缩管的前端且能够绕该前端旋转，该位置调整管的另一端为所述多自由度机械臂部件的末端。

作为进一步改进，所述的连接件包括有连接体，该连接体设有一对凸耳，该凸耳上开有同轴线的两贯穿孔，该两贯穿孔中穿置有作为旋转轴的螺栓和螺母。

作为进一步改进，所述的焊枪固定部件包括有焊枪固定管，该焊枪固定管通过螺栓和蝶形螺母连接于所述位置调整管的末端且能够绕该末端旋转，所述焊枪插入所述焊枪固定管的管腔中且与该焊枪固定管形成移动副，该焊枪固定管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述焊枪与所述焊枪固定管之间的相对位置。

与人工手持焊枪进行焊接的传统方式相比较，本发明所述的简易焊接机械手具有下列优点：

1、焊接质量高，稳定性强——本发明能够将焊枪枪口固定在焊接位置，并保持很好的稳定性，在焊接的过程中能有效地避免手持焊枪所导致的抖动等问题，取得了焊口平整光滑、提高焊接质量的有益效果。

2、定位范围大——多自由度机械臂部件具有多个运动副，能够实现足够多的自由度运动对焊枪的位置进行调节，从而满足了大范围焊接工作空间位置的需求。

3、操作便捷，适应焊接工作——所述简易焊接机械手操作简单便捷，具有一定的强度和耐高温能力，满足了电焊的工作条件。

4、改善劳动条件，提高工作效率——使人员远离高温的工作环境，有效地降低了作业人员的劳动强度，提高了生产效率。

5、结构简单，制作成本低——可使用废旧管材制作该机械手，达到废物利用、降低成本、提高经济效益的效果。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视图。

图3是连接体的示意图。

图中，

1—底座管，2—立管，3—高度调整管，4—机械臂管，5—伸缩管，6—位置调整管，7—固定管，8—固定调整管，9—连接件，10—蝶形螺栓，11—蝶形螺母，12—焊枪固定管，13—焊枪，14—垫片，15—底座螺母，16—调节螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，下述实施例介绍一种简易焊接机械手，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都属于本发明专利申请的技术范围。

请结合参阅图1和图2，图示简易焊接机械手包括底座部件、多自由度机械臂部件和焊枪固定部件。所述底座部件安置于地面上，所述多自由度机械臂部件连接所述底座部件且能够沿该底座部件实现垂直上下运动和水平回旋运动，该多自由度机械臂部件的末端通过该多自由度机械臂部件的内部构件之间的相对运动定位于空间的任意位置，所述焊枪固定部件连接于所述多自由度机械臂部件的末端且用于安装焊枪13，通过所述多自由度机械臂部件的调节运动与焊枪固定部件的调节运动的结合，该焊枪13能够达到任一需要的工作位置和角度。

所述的底座部件是基础固定部件，包括底座管1、立管2和调节组件。若干所述底座管1水平地固定连接成一底盘体，该底盘体可以是各种结构，本实施例中，所述底盘体由三根底座管1于同一平面中两两呈120°放射状地将一端焊接在一起而制成。所述立管2竖直地固定焊接于该底盘体中央的三底座管1的共同连接处。若干所述调节组件固定连接于该底盘体的周边且与地面接触，该调节组件能够调节所述底座部件的位置姿态。本实施例中，所述的调节组件共有三组，每一调节组件包括固定于所述底盘体上的底座螺母15、连接于该底座螺母15上的调节螺栓16和连接于该调节螺栓16下端且与地面接触的垫片14；三件所述底座螺母15分别固定连接于三根底座管1的外端部，通过分别旋动各调节螺栓16就能够调节所述底盘体的水平和所述立管2的垂直，从而调节所述底座部件的位置姿态，进而调节整体简易焊接机械手的姿态。

所述的多自由度机械臂部件包括高度调整管3、机械臂管4、伸缩管5、位置调整管6、固定管7、固定调整管8和三个连接件9。

所述连接件9用于连接两个构件，包括有连接体、螺栓和螺母。请参阅图3，所述连接体的一侧设有能够与管件外周相贴连接的凹圆弧面，另一侧设有一对凸耳，每一凸耳上开有一贯穿孔，该凸耳上的两贯穿孔同轴线，而且螺栓和螺母穿置于该两贯穿孔中，以螺栓作为旋转轴，相连接的两个构件能够实现相对转动的运动。

再请参阅图1，所述高度调整管3套置于所述立管2的外周，并且与该立管2形成转动副与移动副；该高度调整管3能够沿所述立管2的轴线方向上下移动和绕该立管2的轴线旋转。所述高度调整管3的管壁上开设有一通孔，该通孔处焊接有一M12的螺母，该螺母连接有一蝶形螺栓10，旋拧该蝶形螺栓10贯穿所述高度调整管3的管壁并顶紧所述立管2，从而能够固定所述高度调整管3与所述立管2之间的相对位置。

所述机械臂管4通过连接件9连接于所述高度调整管3的上部，该连接件9的连接体焊接于所述高度调整管3上，螺栓穿置于所述机械臂管4的径向通孔中，从而所述机械臂管4与该高度调整管3形成转动副且能够绕该连接件9作上下摆动。

所述固定管7通过连接件9连接于所述高度调整管3的下部，位于所述机械臂管4的正下方，该连接件9的连接体焊接于所述高度调整管3上，螺栓穿置于所述固定管7的径向通孔中，从而该固定管7与所述高度调整管3形成转动副且能够绕该连接件9作上下摆动。

所述固定调整管8通过连接件9连接于所述机械臂管4的中部，该连接件9的连接体焊接于所述机械臂管4上，螺栓穿置于所述固定调整管8的径向通孔中，从而所述固定调整管8与该机械臂管4形成转动副且能够绕该连接件9作左右摆动。所述固定调整管8插入所述固定管7的管腔中且与该固定管7形成移动副，该固定调整管8能够沿该固定管7的轴线方向移动以调整所述机械臂管4的位置；所述固定管7的管壁上开设有一通孔，该通孔处焊接有一M12的螺母，该螺母连接有一蝶形螺栓10，旋拧该蝶形螺栓10贯穿所述固定管7的管壁并顶紧所述固定调整管8，从而能够固定所述固定调整管8与所述固定管7之间的相对位置。拧紧所述蝶形螺栓10后，所述机械臂管4、固定调整管8和固定管7与所述高度调整管3形成一固定三角形，从而固定了所述机械臂管4的位置并且支撑所述机械臂管4。

所述伸缩管5插入所述机械臂管4的管腔中，与该机械臂管4形成移动副与转动副，该伸缩管5能够沿该机械臂管4的轴线方向移动和绕该机械臂管4的轴线旋转，以调节所述机械臂管4的伸出长度和角度。所述机械臂管4的管壁上开设有一通孔，该通孔处焊接有一M12的螺母，该螺母连接有一蝶形螺栓10，旋拧该蝶形螺栓10贯穿所述机械臂管4的管壁并顶紧所述伸缩管5，从而能够固定所述伸缩管5与所述机械臂管4之间的相对位置。所述伸缩管5的前端设有径向穿透该伸缩管5的连接孔。

所述位置调整管6的一端通过螺栓和蝶形螺母11连接于所述伸缩管5的前端且能够绕该前端旋转。该位置调整管6与所述伸缩管5连接的方式可以有多种，本实施例中，所述位置调整管6的一端径向地焊接有一螺栓，该螺栓穿过所述伸缩管5前端的连接孔，以使该位置调整管6与所述伸缩管5形成转动副并且能够绕该连接孔的轴线旋转，所述蝶形螺母11旋紧于该螺栓上以固定所述位置调整管6与所述伸缩管5之间的相对位置和角度；另一种连接方式可以是，所述位置调整管6的一端同样设有径向穿透该位置调整管6的连接孔，所述螺栓依次穿过所述位置调整管6上的连接孔和所述伸缩管5上的连接孔，并通过所述蝶形螺母11拧紧。所述位置调整管6的另一端为所述多自由度机械臂部件的末端，该末端开设有径向穿透该位置调整管6的连接孔。

所述的焊枪固定部件包括有焊枪固定管12，该焊枪固定管12通过螺栓和蝶形螺母11连接于所述位置调整管6的末端且能够绕该末端旋转。所述焊枪固定管12与位置调整管6的连接方式可以和所述位置调整管6与伸缩管5的连接方式相同，本实施例中，所述焊枪固定管12上径向地焊接有一螺栓，该螺栓穿过所述位置调整管6末端的连接孔，以使该焊枪固定管12与所述位置调整管6形成转动副并且能够绕该位置调整管6末端的连接孔的轴线旋转，所述蝶形螺母11旋紧于该螺栓上以固定所述焊枪固定管12与所述位置调整管6之间的相对位置和角度。

所述焊枪13插入所述焊枪固定管12的管腔中且与该焊枪固定管12形成移动副与转动副，该焊枪13能够沿该焊枪固定管12的轴线方向移动和绕该焊枪固定管12的轴线旋转，以调节所述焊枪13枪口的位置和角度。所述焊枪固定管12的管壁上开设有一通孔，该通孔处焊接有一M12的螺母，该螺母连接有一蝶形螺栓10，旋拧该蝶形螺栓10贯穿所述焊枪固定管12的管壁并顶紧所述焊枪13，从而能够固定所述焊枪13与所述焊枪固定管12之间的相对位置。

本发明的工作原理如下：

所述简易焊接机械手具有七处可调整部位，能够实现多自由度运动，调节范围大。首先，所述高度调整管3与立管2配合形成移动副和转动副，能够调节多自由度机械臂部件的高度和角度；所述机械臂管4与高度调整管3配合形成一转动副且绕连接件9旋转，能够调整机械臂管4向上向下摆动；所述机械臂管4与伸缩管5配合形成移动副和转动副，该伸缩管5能够沿机械臂管4轴向运动且旋转，从而能够调节多自由度机械臂部件的长度和角度；所述位置调整管6与伸缩管5配合形成一转动副，从而能够调整多自由度机械臂部件末端的位置；所述位置调整管6与焊枪固定管12配合形成一转动副，从而能够旋转焊枪的角度，找到最理想的焊枪工作位置；所述固定管7与高度调整管3形成一转动副且绕连接件9旋转，所述固定调整管8与机械臂管4形成转动副，同时与固定管7形成移动副，从而能够调整机械臂管4的位置。就这样，通过所述多自由度机械臂部件的内部构件之间的相对运动，该多自由度机械臂部件的末端能够定位于空间的任意位置，通过所述多自由度机械臂部件的调节运动与焊枪固定部件的调节运动的结合，所述焊枪13能够达到任一需要的工作位置和角度。

本发明要求的保护范围不仅限于上述实施例，也应包括其他对本发明显而易见的变换和替代方案。

Claims (3)

1.一种简易焊接机械手，其特征在于：所述焊接机械手包括底座部件、多自由度机械臂部件和焊枪固定部件；所述底座部件安置于地面上，所述多自由度机械臂部件连接所述底座部件且能够沿该底座部件实现垂直上下运动和水平回旋运动，该多自由度机械臂部件的末端通过该多自由度机械臂部件的内部构件之间的相对运动定位于空间的任意位置，所述焊枪固定部件连接于所述多自由度机械臂部件的末端且用于安装焊枪，通过所述多自由度机械臂部件的调节运动与焊枪固定部件的调节运动的结合，该焊枪能够达到任一需要的工作位置和角度；

所述的底座部件包括底座管、立管和调节组件；若干所述底座管水平地固定连接成一底盘体，所述立管竖直地固定连接于该底盘体上，若干所述调节组件固定连接于该底盘体的周边且与地面接触，该调节组件能够调节所述底座部件的位置姿态；

所述的调节组件包括固定于所述底盘体上的底座螺母、连接于该底座螺母上的调节螺栓和连接于该调节螺栓下端且与地面接触的垫片；

所述的多自由度机械臂部件包括高度调整管、机械臂管、伸缩管、位置调整管、固定管和固定调整管；

所述高度调整管套置于所述立管外周且与该立管形成转动副与移动副，能够沿该立管的轴线上下移动和绕该立管的轴线旋转，该高度调整管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述高度调整管与所述立管之间的相对位置；

所述机械臂管连接于所述高度调整管的上部，通过连接件与该高度调整管形成转动副且能够绕该连接件作摆动；所述固定管连接于所述高度调整管的下部，位于所述机械臂管的正下方，该固定管通过连接件与所述高度调整管形成转动副且能够绕该连接件作摆动；所述固定调整管连接于所述机械臂管的中部，通过连接件与该机械臂管形成转动副且能够绕该连接件作摆动，该固定调整管插入所述固定管的管腔中且与该固定管形成移动副，能够沿该固定管的轴线移动以调整所述机械臂管的位置，所述固定管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述固定调整管与该固定管之间的相对位置且支撑所述机械臂管；

所述伸缩管插入所述机械臂管的管腔中且与该机械臂管形成移动副与转动副，能够沿该机械臂管的轴线移动和绕该机械臂管的轴线旋转，所述机械臂管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述伸缩管与该机械臂管之间的相对位置；

所述位置调整管的一端通过螺栓和蝶形螺母连接于所述伸缩管的前端且能够绕该前端旋转，该位置调整管的另一端为所述多自由度机械臂部件的末端。

2.根据权利要求1所述的简易焊接机械手，其特征在于：所有的所述连接件包括有连接体，该连接体设有一对凸耳，该凸耳上开有同轴线的两贯穿孔，该两贯穿孔中穿置有作为旋转轴的螺栓和螺母。

3.根据权利要求1所述的简易焊接机械手，其特征在于：所述的焊枪固定部件包括有焊枪固定管，该焊枪固定管通过螺栓和蝶形螺母连接于所述位置调整管的末端且能够绕该末端旋转，所述焊枪插入所述焊枪固定管的管腔中且与该焊枪固定管形成移动副，该焊枪固定管上连接有贯穿管壁的蝶形螺栓，以固定所述焊枪与所述焊枪固定管之间的相对位置。