CN106271280B - 一种k/y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统，包括卡具、基座旋转机构、移动机构连接组件，X轴移动机构、Y轴移动机构、手腕机构和焊枪夹持机构；所述卡具顶部与基座旋转机构底部固定连接，所述基座旋转机构顶部设置有移动机构连接组件，所述X轴移动机构通过移动机构连接组件固定设置于基座旋转机构上，所述Y轴移动机构通过连接块垂直设置于X轴移动机构的一侧，所述手腕机构的一端固定设置于Y轴方向移动机构的末端，另一端设置有焊枪夹持机构。本发明能够解决K/Y型管接头相贯线焊缝左右两侧落差大，支、主管之间的空间狭小处容易发生机器本体与工件碰撞的问题，且具有工作效率高、焊接质量好、减少工人劳动强度等优点。

Description

一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统
技术领域
本发明属于焊接设备技术领域，具体涉及一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统。该系统主要用于实现K/Y型管接头管道对接相贯线焊缝的焊接任务。
背景技术
在现代工业生产中，海洋平台、石油管线等大型结构件的焊接组装工程中存在大量的管管相贯，多管相贯的K/Y型管接头形式。此类接头的焊缝焊接轨迹是空间曲线.此类接头在焊接过程中需实时改变焊接位置、调整焊枪姿态，长期以来，针对大管径、大厚度管道相贯接头焊缝的焊接多采用手工焊接，劳动强度大，焊接难度大，焊接质量不稳定，焊接效率低。实际生产中急需一种针对K/Y型管接头相贯线焊缝的焊接机器人来替代人工操作。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
针对现有技术情况，本发明要解决的技术问题是，提供一种能够提高大直径管道K/Y型管接头相贯线焊缝的焊接效率、焊接质量、并能有效减少工人劳动强度，改善工作环境的焊接机器人系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统，包括卡具、基座旋转机构、移动机构连接组件，X轴移动机构、Y轴移动机构、手腕机构和焊枪夹持机构；所述卡具顶部与基座旋转机构底部固定连接；所述基座旋转机构顶部设置有移动机构连接组件；所述X轴移动机构通过移动机构连接组件固定设置于基座旋转机构上；所述Y轴移动机构通过连接块垂直设置于X轴移动机构的一侧；所述手腕机构的一端固定设置于Y轴方向移动机构的末端位置，另一端安装有焊枪夹持机构；
所述卡具包括主卡爪、支撑盘、支撑盘凸台、螺线盘和扩展卡爪；所述螺线盘套装在支撑盘的滑槽上，二者可以相对转动；所述支撑盘上设有支撑盘凸台，所述螺线盘嵌入所述支撑盘凸台的卡槽内，以防止螺线盘从支撑盘中脱出；主卡爪与螺线盘内的螺线环相配合，随着螺线盘的转动，主卡爪可以向里和向外运动，从而使卡具能够卡紧在管道上；所述主卡爪上固定安装有扩展卡爪；为了能保证扩展卡爪在管道上的装卡行程，并有效的减轻卡盘的重量，所述主卡爪的底面设有螺纹孔，并与扩展卡爪通过螺钉连接，所述扩展卡爪的外面设有卡台，从而能够从管道外卡住工件；
所述基座旋转机构包括底座、行星减速器、基座伺服电机和转盘；所述转盘设置于底座顶端，所述基座伺服电机的输出轴与行星减速器的输入轴通过夹紧式柔性联轴器固定联接；所述行星减速器设置于底座的一侧，且该行星减速器的输出轴伸入到底座内部并与所述转盘之间通过一对螺旋伞齿轮实现啮合传动；
所述移动机构连接组件包括过渡板、X轴支撑块和压块；所述过渡板通过螺钉固定在所述转盘上，所述X轴支撑块与过渡板之间通过压块用螺钉固定连接；
所述X轴移动机构包括X轴减速器、X轴伺服电机、X轴垫板、X轴伸缩移动块、X轴伸缩臂外盖、X轴滚珠丝杠、X轴直线滑轨和X轴滚珠丝杠支架；所述X轴垫板与所述X轴支撑块用角码通过螺钉固定连接；所述X轴伺服电机通过联轴器与X轴减速器连接，所述X轴减速器安装于X轴伸缩臂外盖的一端，所述X轴滚珠丝杠设置于X轴伸缩臂外盖的内部，该X轴滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装于X轴滚珠丝杠支架上，另一端通过联轴器与X轴减速器的输出轴连接，所述X轴直线滑轨安装在X轴伸缩臂外盖的内壁上，所述X轴滚珠丝杠上的丝杠螺母安装于X轴伸缩移动块上，所述X轴伸缩移动块与X轴直线滑轨固定连接，通过X轴滚珠丝杠上的丝杠螺母驱动X轴伸缩移动块沿着直线移动；
所述Y轴移动机构包括Y轴减速器、Y轴伺服电机、Y轴伸缩移动块、Y轴滑块、Y轴直线滑轨、Y轴滚珠丝杠、Y轴伸缩臂外盖和Y轴滚珠丝杠支架；所述Y轴伺服电机通过联轴器与Y轴减速器联接安装于Y轴移动机构的一端，所述Y轴滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装于所述Y轴滚珠丝杠支架上，所述Y轴滚珠丝杠的另一端通过联轴器与Y轴减速器的输出轴连接，所述Y轴直线滑轨安装在Y轴伸缩臂外盖的内壁上，所述Y轴滚珠丝杠上的丝杠螺母安装于Y轴伸缩移动块上，并通过Y轴伸缩移动块与Y轴直线滑轨上的Y轴滑块连接；通过Y轴滚珠丝杠上的Y轴丝杠螺母驱动安装在Y轴滑块上的Y轴伸缩移动块和连接块一起沿着直线移动；
所述手腕机构包括俯仰块、心轴、连接板、侧板、腕部伺服电机、腕部减速器、腕部支撑板、大带轮、皮带传动、耳环、上齿轮轴、小带轮、上伞齿轮和下伞齿轮；所述手腕机构通过连接板与Y轴移动机构固定连接,所述腕部减速器通过螺钉固定安装在侧板上，所述腕部伺服电机与腕部减速器之间通过联轴器连接，所述腕部减速器的输出轴穿过侧板与小带轮通过键连接；所述侧板的底部与腕部支撑板通过螺钉固连，所述耳环通过螺钉固定安装在腕部支撑板的底面上，所述上齿轮轴的一端穿过耳环并与大带轮通过键连接，所述上齿轮轴的另一端安装有上伞齿轮，所述俯仰块的两侧伸出端分别安装在两个上伞齿轮上；所述心轴从下伞齿轮内穿过，同时穿过俯仰块的中心孔，心轴上部设有细牙螺纹并通过螺母将心轴与俯仰块固定，同时使下伞齿轮分别与两个上伞齿轮相互啮合，以实现下伞齿轮绕俯仰块的旋转，同时也可绕心轴进行旋转；所述耳环内部安装有轴承，所述俯仰块两端伸出轴与上伞齿轮之间安装有轴承；所述心轴的轴端和下伞齿轮端面均设有轴承孔并安装有轴承；
所述焊枪夹持机构包括缩颈喷嘴、焊枪、焊枪压块、焊枪夹持件和夹持连接块；所述夹持连接块的一端与心轴末端的凸台通过螺钉固定连接，另一端与焊枪夹持件通过螺钉固定连接，所述夹持连接块中间开有长孔，以方便焊枪的弯部通过，并同时避免与手腕机构发生干涉，所述焊枪夹持件端部设有半圆孔可方便夹持焊枪；所述缩颈喷嘴安装在焊枪末端，以利于空间狭小处焊缝的焊接，所述焊枪压块与焊枪夹持件的端部通过螺钉固定连接，以方便夹持焊枪。
与现有技术相比，针对K/Y型管接头相贯线焊缝左右两侧落差大，支管和主管之间在焊接过程中存在空间狭小处，容易发生机器本体与工件的碰撞的问题，由于采用上述技术方案，通过调整本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统中X、Y轴移动机构的工作行程，并通过本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统的五轴联动，可以避免焊接工作过程中空间狭小处的干涉，并能够适应不同管径、不同倾角的管道对接相贯线焊缝的焊接任务。
本发明的有益效果是，具有工作效率高、焊接质量好、能有效减少工人劳动强度等优点。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统的轴侧示意图；
图2是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统的主视示意图；
图3是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统的俯视示意图；
图4是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统的左视示意图；
图5是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统中Y轴移动机构的结构示意图；
图6是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统中手腕机构及焊枪夹持机构的轴侧示意图；
图7是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统中手腕机构及焊枪夹持机构的主视示意图；
图8是本发明K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统中手腕机构及焊枪夹持机构的左视示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
如图1至图8所示，一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统(以下简称焊接机器人系统)，包括卡具1、基座旋转机构2、移动机构连接组件3，X轴移动机构4、Y轴移动机构5、手腕机构6和焊枪夹持机构7；
所述卡具1的顶部与基座旋转机构2底部固定连接；所述卡具1包括主卡爪11、支撑盘12、支撑盘凸台13、螺线盘14和扩展卡爪15；所述螺线盘14套装在支撑盘12的滑槽上，二者可以相对转动；所述支撑盘12上设有支撑盘凸台13，所述螺线盘14嵌入所述支撑盘凸台13的卡槽内，以防止螺线盘14从支撑盘12中脱出；主卡爪11与螺线盘14内的螺线环相配合，随着螺线盘14的转动，主卡爪11可以向里和向外运动，从而使卡具1能够卡紧在管道上；所述主卡爪11上固定安装有扩展卡爪15；为了能保证扩展卡爪15在管道上的装卡行程，所述主卡爪的11底面开设有螺纹孔，并与扩展卡爪15通过螺钉连接，所述扩展卡爪15的外面设有卡台，从而能够从管道外卡住工件。
所述基座旋转机构2包括底座21、行星减速器22、基座伺服电机23和转盘24；所述转盘24设置于底座21顶端，所述基座伺服电机23的输出轴与行星减速器22的输入轴通过夹紧式柔性联轴器固定联接；所述行星减速器22设置于底座21的一侧，且该行星减速器22的输出轴伸入到底座21内部并与所述转盘24之间通过一对螺旋伞齿轮实现啮合传动；
所述基座旋转机构2的顶部设置有移动机构连接组件3；所述移动机构连接组件3包括过渡板31、X轴支撑块32和压块33；所述过渡板31通过螺钉固定在所述转盘24上，所述X轴支撑块32与过渡板31之间通过压块33用螺钉固定连接；
所述X轴移动机构4通过移动机构连接组件3固定设置于基座旋转机构2的上；所述X轴移动机构4包括X轴减速器41、X轴伺服电机42、X轴垫板43、X轴伸缩移动块44、X轴伸缩臂外盖45、X轴滚珠丝杠46、X轴直线滑轨47和X轴滚珠丝杠支架48；所述X轴垫板43与所述X轴支撑块32用角码49通过螺钉固定连接；所述X轴伺服电机42通过联轴器与X轴减速器41连接，所述X轴减速器41安装于X轴伸缩臂外盖45的一端，所述X轴滚珠丝杠46设置于X轴伸缩臂外盖45的内部，该X轴滚珠丝杠46的一端通过角接触球轴承安装于X轴滚珠丝杠支架48上，另一端通过联轴器与X轴减速器41的输出轴连接，所述X轴直线滑轨47安装在X轴伸缩臂外盖45的内壁上，所述X轴滚珠丝杠46上的丝杠螺母安装于X轴伸缩移动块44上，所述X轴伸缩移动块44与X轴直线滑轨47固定连接，通过X轴滚珠丝杠46上的丝杠螺母驱动X轴伸缩移动块44沿着直线移动；
所述Y轴移动机构5通过连接块510垂直设置于X轴移动机构4的一侧；所述Y轴移动机构5包括Y轴减速器51、Y轴伺服电机52、Y轴伸缩移动块53、Y轴滑块54、Y轴直线滑轨55、Y轴滚珠丝杠56、Y轴伸缩臂外盖57和Y轴滚珠丝杠支架58；所述Y轴伺服电机52通过联轴器与Y轴减速器51联接安装于Y轴移动机构5的一端，所述Y轴滚珠丝杠56的一端通过角接触球轴承安装于所述Y轴滚珠丝杠支架58上，所述Y轴滚珠丝杠56的另一端通过联轴器59与Y轴减速器51的输出轴连接，所述Y轴直线滑轨55安装在Y轴伸缩臂外盖57的内壁上，所述Y轴滚珠丝杠56上的丝杠螺母安装于Y轴伸缩移动块53上，并通过Y轴伸缩移动块53与Y轴直线滑轨55上的Y轴滑块54连接；通过Y轴滚珠丝杠56上的Y轴丝杠螺母59驱动安装在Y轴滑块54上的Y轴伸缩移动块53和连接块510一起沿着直线移动；
所述手腕机构6的顶端与Y轴移动机构5的末端位置固定连接；所述手腕机构6包括俯仰块61、心轴62、连接板63、侧板64、腕部伺服电机65、腕部减速器66、腕部支撑板67、大带轮68、皮带传动69、耳环610、上齿轮轴611、小带轮612、上伞齿轮613和下伞齿轮614；所述手腕机构6通过连接板63与Y轴移动机构5固定连接,所述腕部减速器66通过螺钉618固定安装在侧板64上，所述腕部伺服电机65与腕部减速器66之间通过联轴器连接，所述腕部减速器66输出轴的一端用卡簧挡圈固定轴向移动，另一端穿过侧板64上的通孔与小带轮612通过键连接；所述通孔为长椭圆形，以便于调节皮带传动69的中心距；所述侧板64的底部与腕部支撑板67通过螺钉固连，所述耳环610通过螺钉固定安装在腕部支撑板67的底面上，所述上齿轮轴611的一端穿过耳环610并与大带轮68通过键连接，所述上齿轮轴611的另一端安装有上伞齿轮613，所述俯仰块61的两侧伸出端分别安装在两个上伞齿轮613上；所述心轴62从下伞齿轮614内穿过，同时穿过俯仰块61的中心孔，心轴62上部设有细牙螺纹并通过螺母将心轴62与俯仰块61固定，同时使下伞齿轮614分别与两个上伞齿轮613相互啮合，以实现下伞齿轮614绕俯仰块61的旋转，同时也可绕心轴62进行旋转；所述耳环610内部安装有轴承615，所述俯仰块61两端伸出轴与上伞齿轮613之间安装有轴承616；所述心轴62的轴端和下伞齿轮614端面均设有轴承孔并安装有轴承617；
所述焊枪夹持机构7设置于手腕机构6的底端；所述焊枪夹持机构7包括缩颈喷嘴71、焊枪72、焊枪压块73、焊枪夹持件74和夹持连接块75；所述夹持连接块75的一端与心轴62末端的凸台76通过螺钉固定连接，另一端与焊枪夹持件74通过螺钉固定连接，所述夹持连接块75中间开有长孔77，以方便焊枪72的弯部通过，并同时避免与手腕机构6发生干涉，所述焊枪夹持件74端部设有半圆孔可方便夹持焊枪72；所述缩颈喷嘴71安装在焊枪72末端，以满足空间狭小处焊缝的焊接，所述焊枪压块73与焊枪夹持件74的端部通过螺钉固定连接，以方便夹持焊枪72。
本实施例的工作原理是，将卡具1装卡在待焊接管道的上，在焊接加工过程中，通过控制基座伺服电机23驱动基座旋转机构2使转盘24发生旋转，从而实现本实施例焊接机器人系统末端位置的焊枪72绕待焊接管道沿Z轴方向的转动；通过控制X轴伺服电机42驱动X轴滚珠丝杠46运动，从而实现对本实施例焊接机器人系统末端位置的焊枪72沿X轴方向的移动；通过控制Y轴伺服电机52驱动Y轴滚珠丝杠56运动，从而实现对本实施例焊接机器人系统末端位置的焊枪72沿Y轴方向的移动；通过控制腕部伺服电机65驱动皮带传动69，进而驱动相互啮合的上伞齿轮613和下伞齿轮614发生相对转动，从而实现本实施例焊接机器人系统末端位置的焊枪72在一定范围内的左右摆动及俯仰角度调节；
在本实施例的基座旋转机构2中，行星减速器22采用行星减速的方式增大输出力矩；基座伺服电机23与转盘24之间通过设置于底座21内部的一对螺旋伞齿轮啮合传动，螺旋伞齿轮与交叉滚子轴承配合，转盘24由交叉滚子轴承支撑，由于交叉滚子轴承中的滚子呈90°交错排列，滚子直径略大于轴承内圈与外圈间的滚道尺寸，因此使交叉滚子轴承的内外圈及滚子间存在预紧力，从而使转盘24能够承受较大的径向、轴向、倾覆力矩。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明权利范围之内。

Claims (2)

1.一种K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统，其特征在于，包括卡具、基座旋转机构、移动机构连接组件、X轴移动机构、Y轴移动机构、手腕机构和焊枪夹持机构；所述卡具顶部与基座旋转机构底部固定连接；所述基座旋转机构顶部设置有移动机构连接组件；所述X轴移动机构通过移动机构连接组件固定设置于基座旋转机构上；所述Y轴移动机构通过连接块垂直设置于X轴移动机构的一侧；所述手腕机构的一端固定设置于Y轴移动机构的末端位置，另一端安装有焊枪夹持机构；
所述卡具包括主卡爪、支撑盘、支撑盘凸台、螺线盘和扩展卡爪；所述螺线盘套装在支撑盘的滑槽上，二者可以相对转动；所述支撑盘上设有支撑盘凸台，所述螺线盘嵌入所述支撑盘凸台的卡槽内；所述主卡爪与螺线盘内的螺线环相配合；所述主卡爪上固定安装有扩展卡爪；
所述基座旋转机构包括底座、行星减速器、基座伺服电机和转盘；所述转盘设置于底座顶端，所述基座伺服电机的输出轴与行星减速器的输入轴通过联轴器固定联接；所述行星减速器设置于底座的一侧，且该行星减速器的输出轴伸入到底座内部并与所述转盘之间通过一对螺旋伞齿轮实现啮合传动；
所述移动机构连接组件包括过渡板、X轴支撑块和压块；所述过渡板通过螺钉固定在所述转盘上；所述X轴支撑块与过渡板之间通过压块用螺钉固定连接；
所述X轴移动机构包括X轴减速器、X轴伺服电机、X轴垫板、X轴伸缩移动块、X轴伸缩臂外盖、X轴滚珠丝杠、X轴直线滑轨和X轴滚珠丝杠支架；所述X轴垫板与所述X轴支撑块用角码通过螺钉固定连接；所述X轴伺服电机通过联轴器与X轴减速器连接；所述X轴减速器安装于X轴伸缩臂外盖的一端；所述X轴滚珠丝杠设置于X轴伸缩臂外盖的内部，该X轴滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装于X轴滚珠丝杠支架上，另一端通过联轴器与X轴减速器的输出轴连接；所述X轴直线滑轨安装在X轴伸缩臂外盖的内壁上；所述X轴滚珠丝杠上的丝杠螺母安装于X轴伸缩移动块上；所述X轴伸缩移动块与X轴直线滑轨固定连接，通过X轴滚珠丝杠上的丝杠螺母驱动X轴伸缩移动块沿着直线移动；
所述Y轴移动机构包括Y轴减速器、Y轴伺服电机、Y轴伸缩移动块、Y轴滑块、Y轴直线滑轨、Y轴滚珠丝杠、Y轴伸缩臂外盖和Y轴滚珠丝杠支架；所述Y轴伺服电机通过联轴器与Y轴减速器联接安装于Y轴移动机构的一端；所述Y轴滚珠丝杠的一端通过角接触球轴承安装于所述Y轴滚珠丝杠支架上；所述Y轴滚珠丝杠的另一端通过联轴器与Y轴减速器的输出轴连接；所述Y轴直线滑轨安装在Y轴伸缩臂外盖的内壁上；所述Y轴滚珠丝杠上的丝杠螺母安装于Y轴伸缩移动块上，并通过Y轴伸缩移动块与Y轴直线滑轨上的Y轴滑块连接，通过Y轴滚珠丝杠上的Y轴丝杠螺母驱动安装在Y轴滑块上的Y轴伸缩移动块和连接块一起沿着直线移动；
所述手腕机构包括俯仰块、心轴、连接板、侧板、腕部伺服电机、腕部减速器、腕部支撑板、大带轮、皮带传动、耳环、上齿轮轴、小带轮、上伞齿轮和下伞齿轮；所述手腕机构通过连接板与Y轴移动机构固定连接；所述腕部减速器通过螺钉固定安装在侧板上；所述腕部伺服电机与腕部减速器之间通过联轴器连接；所述腕部减速器的输出轴穿过侧板与小带轮通过键连接；所述侧板的底部与腕部支撑板通过螺钉固连；所述耳环通过螺钉固定安装在腕部支撑板的底面上；所述上齿轮轴的一端穿过耳环并与大带轮通过键连接，所述上齿轮轴的另一端安装有上伞齿轮，所述俯仰块的两侧伸出端分别安装在两个上伞齿轮上；所述心轴从下伞齿轮内穿过，同时穿过俯仰块的中心孔，所述心轴上部设有细牙螺纹并通过螺母将心轴与俯仰块固定，同时使下伞齿轮分别与两个上伞齿轮相互啮合；
所述焊枪夹持机构包括缩颈喷嘴、焊枪、焊枪压块、焊枪夹持件和夹持连接块；所述夹持连接块的一端与心轴末端的凸台通过螺钉固定连接，另一端与焊枪夹持件通过螺钉固定连接；所述夹持连接块中间开设有长孔；所述缩颈喷嘴安装在焊枪末端；所述焊枪压块与焊枪夹持件的端部通过螺钉固定连接。
2.根据权利要求1所述的K/Y型管接头相贯线焊缝焊接机器人系统，其特征在于，所述耳环内部安装有轴承；所述俯仰块两端伸出轴与上伞齿轮之间安装有轴承；所述心轴的轴端和下伞齿轮端均有轴承孔并安装有轴承。
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