CN107755933A - 四轴串联超大管切割机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四轴串联超大管切割机器人，包括枪摆机构、半径臂机构、伸缩臂机构、升降臂机构，其特征在于：所述枪摆机构位于半径臂机构上侧且靠近工件一侧，割枪可以在水平方向摆动一定角度；所述半径臂机构通过螺栓与枪摆机构固连，其轨道轴线与工件轴线相垂直，通过其运动可以控制割枪远离或靠近工件；所述伸缩臂机构通过螺栓与半径臂机构固连且位于远离枪摆机构一侧，其轨道轴线与工件轴线相平行；所述升降臂机构通过螺栓与伸缩臂机构固连，其轨道轴线与工件轴线相垂直，其下方安装有滚轮，可以在地面移动。

Description

四轴串联超大管切割机器人

技术领域

本发明涉及一种工业切割机器人，特别是涉及一种用于桁架梁、管道、容器的管端相贯线的四轴串联超大管切割机器人，可以采用氧气乙炔、等离子等方式进行管端相贯线的切割。

背景技术

近年来石油化工、压力容器、船舶、城市管道等装备制造行业对管端相贯线的切割总量需求不断扩大，对于管端相贯线切割的加工设备生产水平停留在：大部分传统中低端制造产业还处于在手工放样、手工切割后打磨处理，这种落后的加工方式使加工精度难以保证、工作效率较低、生产周期过长、工人工作量较大且影响工人身体健康等问题凸显；部分高端制造产业应用通用机床，生产效率不高、生产周期较长、通用设备使用率低、设备成本居高不下等现实问题制约了产业的健康良性发展。生产实践中急需一种便于工人维护操作、成本适中、可对加工尺寸范围内管子一次成型、满足一定精度要求的管端切割机器人，本设备适合加工直径大于300mm或长度大于6m的管道。

国内石油化工、压力容器、船舶、城市管道行业中存在着大量的管子，上述行业中涉及的筒体、椭球封头、球封头、锥体等壳体中管子的切割。目前，国内外还没有针对超大管切割的专用机械设备，本发明专利四轴串联超大管切割机器人具有四个自由度，将超大管水平横放在可以自动旋转的设备上，通过四轴联动即可实现超大管的切割作业。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种造价成本适中、易于实现、具有一定自动化水平、达到需求精度要求的管端切割机器人。本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种四轴串联式超大管切割机器人，包括枪摆机构、半径臂机构、伸缩臂机构、升降臂机构，其特征在于：所述枪摆机构位于半径臂机构上侧且靠近管子一侧，割枪可以在水平方向摆动一定角度；所述半径臂机构通过螺栓与枪摆机构固连，其轨道轴线与管子轴线相垂直，通过其运动可以控制割枪远离或靠近管子；所述伸缩臂机构通过螺栓与半径臂机构固连且位于远离枪摆机构一侧，其轨道轴线与管子轴线相平行；所述升降臂机构通过螺栓与伸缩臂机构固连，其轨道轴线与管子轴线相垂直，其下方安装有滚轮，可以在地面移动。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

所述枪摆机构的构成包括割枪、割枪夹、枪摆用减速器连架、弧板齿轮、枪摆用齿轮、轨道轮组、枪摆用减速器、枪摆用电机、枪摆连架。所述割枪与割枪夹同轴安装，割枪指向管子一侧；所述枪摆用减速器连架上安装有割枪夹、轨道轮组、枪摆用减速器，其中割枪夹和枪摆用减速器相对安装于枪摆用减速器连架的两侧，割枪夹安装于枪摆用减速器连架长端一侧，轨道轮组安装于枪摆用减速器连架的内面；所述枪摆用电机与枪摆用减速器同轴且通过螺栓连接；所述枪摆用齿轮安装在枪摆用减速器轴端且位于枪摆用减速器连架内面，枪摆用齿轮与弧板齿轮相互啮合，并且在轨道轮组的约束下沿着弧板齿轮上的轨道带动枪摆用减速器连架沿着弧板齿轮圆周运动；所述枪摆连架通过螺栓与弧板齿轮固连；枪摆连架与枪摆半径连架通过螺栓连接。

所述半径臂机构的构成包括半径架、丝母架、滚珠丝母、滚珠丝杠、半径臂用直线滑轨、半径臂用滑块、半径臂用电机、半径臂用电机支架、枪摆半径连架、联轴器、滚珠丝杠支架。所述滚珠丝杠与滚珠丝母及滚珠丝杠支架的轴孔同轴连接，滚珠丝母镶嵌于丝母架轴孔当中；所述联轴器一端连接滚珠丝杠，另一端连接半径臂用电机，半径臂用电机与滚珠丝杠支架Ⅰ、滚珠丝杠支架Ⅱ同轴连接；所述半径架上面依次安装有半径臂用电机支架、滚珠丝杠支架Ⅰ、滚珠丝杠支架Ⅱ、半径臂用直线滑轨；所述半径臂用直线滑轨上面安装有半径臂用滑块，其上面安装有枪摆半径连架，其侧面安装有丝母架。

所述伸缩臂机构的构成包括伸缩臂、伸缩用滑轨、伸缩用滑块、伸缩用齿条、伸缩用齿轮、伸缩用电机、伸缩用减速器、伸缩用减速器支架、半径伸缩连架。所述伸缩臂相对两侧面各安装一条伸缩用滑轨，其上面安装伸缩用齿条；所述伸缩用电机、伸缩用减速器、伸缩用齿轮同轴安装，伸缩用齿轮与伸缩用齿条相互啮合；所述伸缩用减速器支架通过螺栓与伸缩用减速器固连；所述半径伸缩连架通过螺栓与伸缩用滑块固连。

所述升降臂机构的构成包括：升降连架、升降用电机、蜗轮蜗杆减速器、升降用齿轮、升降用齿条、升降座臂、升降用滑轨、升降用滑块、滚轮。所述升降连架上安装有蜗轮蜗杆减速器；所述升降用电机与蜗轮蜗杆减速器通过螺栓固连，蜗轮蜗杆减速器输出轴与升降用齿轮同轴安装；所述升降用滑块安装在升降用滑轨上，升降用滑块的上面与升降连架通过螺栓固连；所述升降座臂上安装有升降用滑轨和升降用齿条，升降座臂下面安装有滚轮，使得四轴串联超大管切割机器人可以在地面随意滑动。

本发明的有益效果是：（1）通过对四轴串联超大管切割机器人的结构设计，使得整体结构适合于普通加工工艺水平，从而高效率地对机器人整机进行生产及制造；（2）通过对四轴串联超大管切割机器人的结构设计，使得机器人四自由度联动效果优良、形位误差减小到合理需求范围内；（3）通过对四轴串联超大管切割机器人的结构设计，使得对不同相贯线管子的切割成型加工达到一次成型，简洁高效；（4）通过对四轴串联超大管切割机器人的结构设计，大大降低了人力成本及工人劳动强度；（5）通过对四轴串联超大管切割机器人的结构设计，使得对管子精确自动化切割水平显著提高。

附图说明

图1是本发明四轴串联超大管切割机器人的整体结构示意图；

图2是本发明枪摆机构的结构示意图；

图3是本发明半径臂机构的结构示意图；

图4是本发明伸缩臂机构的结构示意图；

图5是本发明升降臂机构的整体结构示意图；

图6是本发明升降臂机构的局部结构示意图。

图中：1、升降臂机构，2、伸缩臂机构，3、半径臂机构，4、管子，5、枪摆机构，6、滚轮架，7、枪摆用齿轮，8、枪摆用减速器连架，9、割枪夹，10、割枪，11、弧板齿轮，12、轨道轮组，13、枪摆用减速器，14、枪摆用电机，15、枪摆连架，16、半径臂用电机，17、半径臂用电机支架，18、丝母架，19、半径臂用直线滑轨，20、联轴器，21、半径架，22、半径臂用滑块，23、枪摆半径连架，24、滚珠丝母，25、滚珠丝杠，26、滚珠丝杠支架Ⅰ，27、伸缩臂，28、伸缩用滑轨，29、伸缩用齿条，30、伸缩用滑块，31、伸缩用齿轮，32、伸缩用减速器，33、伸缩用电机，34、伸缩用减速器支架，35、半径伸缩连架，36、升降座臂，37、升降用齿条，38、升降用滑轨，39、滚轮，40、升降用滑块，41、蜗轮蜗杆减速器，42、升降用电机，43、升降用齿轮，44、升降连架，45、滚珠丝杠支架Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明所述的一种四轴串联超大管切割机器人，包括升降臂机构（图5）、伸缩臂机构（图4）、半径臂机构（图3）、枪摆机构（图2），其特征在于：升降臂机构（图5）通过螺栓与伸缩臂机构（图4）固连，其轨道轴线与管子（图1）轴线相垂直，其下方安装有滚轮，可以在地面移动；伸缩臂机构（图4）通过螺栓与半径臂机构（图3）固连且位于远离枪摆机构（图2）一侧，其轨道轴线与管子（图1）轴线相平行；半径臂机构（图3）通过螺栓与枪摆机构（图2）固连，其轨道轴线与管子（图1）轴线相垂直，通过其运动可以控制割枪（10）远离或靠近管子（图1）；枪摆机构（图2）位于半径臂机构（图3）上侧且靠近管子（图1）一侧，割枪（10）可以在水平面内摆动一定角度。

结合图5、图6，所述升降臂机构（图5、图6）的构成包括：升降座臂（36）、升降用齿条（37）、升降用滑轨（38）、滚轮（39）、升降用滑块（40）、涡轮蜗杆减速器（41）、升降用电机（42）、升降用齿轮（43）、升降连架（44）；所述升降连架(44)上安装有蜗轮蜗杆减速器(41)；所述升降用电机（42）与蜗轮蜗杆减速器(41)通过螺栓固连，蜗轮蜗杆减速器(41)输出轴与升降用齿轮（43）同轴安装；所述升降用滑块（40）安装在升降用滑轨（38）上，升降用滑块（40）的上面与升降连架（44）通过螺栓固连；所述升降座臂（36）上安装有升降用滑轨（38）和升降用齿条（37），升降座臂（36）下面安装有滚轮（39），使得四轴串联超大管切割机器人可以在地面任意方向移动。

结合图4，所述伸缩臂机构（图4）的构成包括伸缩臂（27）、伸缩用滑轨（28）、伸缩用齿条（29）、伸缩用滑块（30）、伸缩用齿轮（31）、伸缩用减速器（32）、伸缩用电机（33）、伸缩用减速器支架（34）、半径伸缩连架（35）；所述伸缩臂（27）相对两侧面各安装一条伸缩用滑轨（28），其上面安装伸缩用齿条（29）；所述伸缩用电机（33）、伸缩用减速器（32）、伸缩用齿轮（31）同轴安装，伸缩用齿轮（31）与伸缩用齿条（29）相互啮合；所述伸缩用减速器支架（34）通过螺栓与伸缩用减速器（32）固连；所述半径伸缩连架（35）和所述伸缩用减速器支架（34）通过螺栓与半径架（21）固连。

结合图3，所述半径臂机构（图3）的构成包括半径架（21）、丝母架（18）、滚珠丝母（24）、滚珠丝杠（25）、半径臂用直线滑轨（19）、半径臂用滑块（22）、半径臂用电机（16）、半径臂用电机支架（17）、枪摆半径连架（23）、联轴器（20）、滚珠丝杠支架Ⅰ（26）、滚珠丝杠支架Ⅱ（45）。所述滚珠丝杠（25）与滚珠丝母（24）、滚珠丝杠支架Ⅰ（26）轴孔及滚珠丝杠支架Ⅱ（45）轴孔同轴连接，滚珠丝母（24）镶嵌于丝母架（18）轴孔当中；所述联轴器（20）一端连接滚珠丝杠（25），另一端连接半径臂用电机（16），半径臂用电机（16）与滚珠丝杠支架Ⅰ（26）、滚珠丝杠支架Ⅱ（45）同轴连接；所述半径架（21）上面依次安装有半径臂用电机支架（17）、滚珠丝杠支架Ⅰ（26）、滚珠丝杠支架Ⅱ（45）、半径臂用直线滑轨（19）；所述半径臂用直线滑轨（19）上面安装有半径臂用滑块（22），其上面安装有枪摆连架（15），其侧面安装有丝母架（18）。

结合图2，所述枪摆机构（图2）的构成包括：枪摆用齿轮（7）、枪摆用减速器连架（8）、割枪夹（9）、割枪（10）、弧板齿轮（11）、轨道轮组（12）、枪摆用减速器（13）、枪摆用电机（14）、枪摆连架（15）；所述割枪（10）与割枪夹（9）同轴安装，割枪（10）指向管子（4）一侧；所述枪摆用减速器连架（8）上安装有割枪夹（9）、轨道轮组（12）、枪摆用减速器（13），其中割枪夹（9）和枪摆用减速器（13）相对安装于枪摆用减速器连架（8）的两侧，割枪夹（9）安装于枪摆用减速器连架（8）长端一侧，轨道轮组（12）安装于枪摆用减速器连架（8）的内面；所述枪摆用电机（14）与枪摆用减速器（13）同轴且通过螺栓固连；所述枪摆用齿轮（7）安装在枪摆用减速器（13）轴端且位于枪摆用减速器连架（8）内面，枪摆用齿轮（7）与弧板齿轮（11）相互啮合，并且在弧板齿轮（11）的约束下带动枪摆用减速器连架（8）沿着弧板齿轮（11）圆周运动；所述枪摆半径连架（15）通过螺栓与弧板齿轮（11）固连。

结合图1，工作时，四轴串联超大管切割机器人控制柜安放于机器人附近合适位置，便于监视生产状况及时作出适应性调整，并分别连接电气线路到升降用电机（42）、伸缩用电机（33）、半径臂用电机（16）、枪摆用电机（14）；分别调整升降臂机构（图5）、伸缩臂机构（图4）、半径臂机构（图3）、枪摆机构（图2），将割枪（10）调整至待加管子的初始位置，初始高度距离、初始半径距离、初始伸缩距离、初始枪摆角度调整到控制柜内程序设置的零点位置处；根据管子相贯的相关参数，正确设置加工参数；调整控制阀，开启切割预热模式；预热模式结束，调整气路控制阀，开启切割氧模式，启动手操器切割按钮，通过四轴联动实现管子相贯线切割作业。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种四轴串联超大管切割机器人，包括枪摆机构、半径臂机构、伸缩臂机构、升降臂机构，其特征在于：所述枪摆机构位于半径臂机构上侧且靠近管子一侧；所述半径臂机构通过螺栓与枪摆机构固连，其轨道轴线与管子轴线相垂直；所述伸缩臂机构通过螺栓与半径臂机构固连且位于远离枪摆机构一侧，其轨道轴线与管子轴线相平行；所述升降臂机构通过螺栓与伸缩臂机构固连，其轨道轴线与管子轴线相垂直，其下方安装有滚轮，可以在地面移动。

2.根据权利要求1所述的一种四轴串联超大管切割机器人，其特征在于：所述枪摆机构的构成包括割枪、割枪夹、枪摆用减速器连架、轨道齿轮、枪摆用齿轮、轨道轮、枪摆用减速器、枪摆用电机、枪摆连架；所述割枪与割枪夹同轴安装，割枪指向管子一侧；所述枪摆用减速器连架上安装有割枪夹、轨道轮、枪摆用减速器，其中割枪夹和枪摆用减速器相对安装于枪摆用减速器连架外面的两侧，割枪夹安装于枪摆用减速器连架长端一侧，轨道轮安装于枪摆用减速器连架的内面；所述枪摆用电机与枪摆用减速器同轴且通过螺栓固连；所述枪摆用齿轮安装在枪摆用减速器轴端且位于枪摆用减速器连架内面，枪摆用齿轮与轨道齿轮相互啮合，并且在轨道轮的约束下带动枪摆用减速器连架沿着轨道齿轮圆周运动；所述枪摆连架通过螺栓与轨道齿轮固连。

3.根据权利要求1所述的一种四轴串联超大管切割机器人，其特征在于：所述半径臂机构的构成包括半径架、丝母架、滚珠丝母、滚珠丝杠、半径臂用直线滑轨、半径臂用滑块、半径臂用电机、半径臂用电机支架、枪摆半径连架、联轴器、滚珠丝杠支架；所述滚珠丝杠与滚珠丝母及滚珠丝杠支架轴孔同轴连接，滚珠丝母镶嵌于丝母架轴孔当中；所述联轴器一端连接滚珠丝杠，另一端连接半径臂用电机，半径臂用电机与半径臂用电机支架轴孔同轴连接；所述半径架上面依次安装有半径臂用电机支架、滚珠丝杠支架、半径臂用直线滑轨；所述半径臂用直线滑轨上面安装有半径臂用滑块，其上面安装有枪摆半径连架，其侧面安装有丝母架。

4.根据权利要求1所述的一种四轴串联超大管切割机器人，其特征在于：所述伸缩臂机构的构成包括伸缩臂、伸缩用滑轨、伸缩用滑块、伸缩用齿条、伸缩用齿轮、伸缩用电机、伸缩用减速器、伸缩用减速器支架、半径伸缩连架；所述伸缩臂相对两侧面各安装一条伸缩用滑轨，其上面安装伸缩用齿条；所述伸缩用电机、伸缩用减速器、伸缩用齿轮同轴安装，伸缩用齿轮与伸缩用齿条相互啮合；所述伸缩用减速器支架通过螺栓与伸缩用减速器固连；所述半径伸缩连架通过螺栓与伸缩用滑块固连。

5.根据权利要求1所述的一种四轴串联超大管切割机器人，其特征在于：所述升降臂机构的构成包括：升降连架、升降用电机、蜗轮蜗杆减速器、升降用齿轮、升降用齿条、升降座臂、升降用滑轨、升降用滑块、滚轮；所述升降连架上安装有蜗轮蜗杆减速器；所述升降用电机与蜗轮蜗杆减速器通过螺栓固连，蜗轮蜗杆减速器输出轴与升降用齿轮同轴安装；所述升降用滑块安装在升降用滑轨上，升降用滑块的上面与升降连架通过螺栓固连；所述升降座臂上安装有升降用滑轨和升降用齿条，升降座臂下面安装有滚轮，使得超四轴串联大管切割机器人可以在地面任意移动。