CN111644735A - 一种管道切割机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管道切割机器人，包括夹持机构、旋转机构、夹具、割炬、框架结构、机器人壳体、挡板、电机控制电路、电压控制电路。夹持机构包括减速电机、齿轮传动系统、蜗轮蜗杆传动系统、齿轮齿条传动系统、V型块及组件、直线导轨及组件、夹持机构壳体，通过传动关系或装配关系，用螺栓或螺丝固定在一起形成一个传动机构的整体。旋转机构包括夹具固定盘、外齿圈连接环、外齿圈、滚动轴承内圈连接环、滚动轴承内圈固定环、滚动轴承、滚动轴承外圈固定环、步进电机传动齿轮、步进电机固定盘、定位销、连接筋、步进电机。割炬夹具包括割炬固定块、夹具连接座。电机控制电路和电压控制电路包括控制板、驱动扩展板、电机驱动芯片、蓝牙模块、继电器模块、接线插座、电压逆变器、等离子切割机。

Description

一种管道切割机器人
技术领域
本发明涉及管道切割行业的切割设备。具体地说，涉及一种在常规环境或是在高温真空环境下的管道切割机器人。
背景技术
目前已有的管道切割设备，不能满足尺寸小、全自动、快速、高效的条件。所以针对目前的情况设计了一种方便、快速、高效的切管机器人用于满足在常规的条件下切割管道。在核聚变装置内高温真空环境的运行过程中，一些零件需要定期拆除、维护、这些装置连有各种管道，装置内部或周边空间狭小，不方便人员手持割炬切割。所以更换管道需要一种尺寸小，自动化高的管道切割机器人。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种管道切割机器人，可实现在常规环境或在核聚变装置高温真空环境、空间狭小区域内管道切割。管道切割机器人可以手持操作，也可以安装在机械臂或由机械手夹持操作。
本发明根据机械原理、电机控制原理、电压控制原理设计的。机器人包括夹持机构、旋转机构、割炬夹具、割炬、框架结构、机器人外壳、电机控制电路、电压控制电路。夹持机构是通过各级减速齿轮传动，蜗轮蜗杆传动，齿轮齿条传动使V型块有作用力作用在管道上而能够夹住管道同时使V型块具有自锁功能不产生回弹，使夹持机构能够夹紧管道而不需要减速电机提供持续的作用力。旋转机构的原理是滚动轴承的内圈和外圈相当于于一个沿中心轴产生相互运动的两个组成部分，在电机驱动下的部分相对固定一侧部分有绕轴的运动。割炬固定在割炬夹具，割炬夹具固定在旋转机构，旋转机构带动割炬运动。电机控制电路控制夹持机构，旋转机构的运动。电压控制电路通过控制220V接线插座零线的接通和断开间接控制割炬工作。
具体的，本发明采用的技术方案为：一种管道切割机器人，包括：
夹持机构、旋转机构、夹具、割炬、框架结构、机器人壳体、挡板、电机控制电路、电压控制电路；
所述夹持机构包括传动相关的减速电机、齿轮传动系统、蜗轮蜗杆传动系统、齿轮齿条传动系统；具体包括：所述减速电机与传动齿轮一连接再与传动齿轮二相啮合；所述传动齿轮二所在的传动轴作为主动轴，同轴的传动齿轮三、传动齿轮四与三级传动轴的传动齿轮五、传动齿轮六相啮合传动，二级传动轴的蜗杆轴套一、蜗杆轴套二与蜗轮一、蜗轮二相啮合传递运动和动能；所述蜗轮一所在轴的传动齿轮七、传动齿轮八、传动齿轮九、传动齿轮十与传动齿轮十一、传动齿轮十二、传动齿轮十三、传动齿轮十四相啮合传递运动和动能，四级传动轴所在的蜗杆轴套三、蜗杆轴套四、蜗杆轴套五、蜗杆轴套六与蜗轮三、蜗轮四、蜗轮五、蜗轮六相啮合进行传动；所述蜗轮三、蜗轮四、蜗轮五、蜗轮六作为主动齿轮与齿条一、齿条二、齿条三、齿条四相啮合传递运动和动能，通过V型块进行夹持；
所述旋转机构包括夹具固定盘、外齿圈连接环、外齿圈、滚动轴承内圈连接环、滚动轴承内圈固定环、滚动轴承、滚动轴承外圈固定环、步进电机固定盘、步进电机传动齿轮一、步进电机传动齿轮二、步进电机传动齿轮三、定位销一、定位销二、定位销三、定位销四、定位销五、定位销六、连接筋一、连接筋二、连接筋三、步进电机一、步进电机二、步进电机三；所述夹具固定盘、滚动轴承内圈连接环、滚动轴承内圈固定环用螺栓固定滚动轴承内圈，滚动轴承外圈固定环通过螺栓固定滚动轴承外圈在步进电机固定板，外齿圈连接环与外齿圈用螺栓固定相连，固定相连以后再用螺栓固定在夹具固定盘。步进电机用螺丝固定在步进电机固定板，步进电机轴安装主动齿轮再通过螺丝固定，安装好的旋转机构通过销钉定位在框架结构；所述旋转机构通过连接筋与框架结构连接；
所述夹具包括夹具连接座、割炬固定块；
所述机器人壳体包括放置控制板、5V继电器模块、电线夹的左边外壳以及相应的检修盖板，放置扩展板、电机驱动芯片、蓝牙模块的右边外壳以及相应的检修盖板，还包括旋转机构端盖外壳；
所述挡板是切割时防止火星对机器人造成损伤的零件；
所述割炬是用于等离子切割的部件。
进一步的，所述夹持机构能够夹持35mm以内不同直径的管道且夹持时管道穿过机器人夹持机构；所述夹具连接座能够根据切割管道直径的大小调节。
进一步的，所述电机控制电路包括控制板、驱动扩展板、电机驱动芯片、蓝牙模块、5V继电器模块、电线夹、WIFI功能串口摄像头，采用控制板和驱动扩展板相结合，驱动扩展板通过电机驱动芯片控制减速电机和步进电机的运转。
进一步的，所述电压控制电路包括控制板、5V继电器模块，5V继电器模块的触发端接控制板的IO口，继电器的COM端和NO端分别控制220V接线插座零线的接通和断开；采用控制板和5V继电器模块相结合控制220V接线插座零线的接通与断开，220V接线插座连接380V电压逆变器，等离子切割机连接电压逆变器，割炬连接等离子切割机。
进一步的，电机控制电路中，驱动扩展板安装蓝牙模块，安装蓝牙APP的手机通过WIFI与蓝牙模块连接控制电机的运转和220V接线插座零线的接通和断开；使用手机安装的蓝牙APP遥控机器人夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开。
进一步的，旁路启动加载器，为微控制器编程，使机器人夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开动作能够按照预定的时间，速度和顺序进行编程，使机器人的这些动作能连贯和可重复。
进一步的，所述割炬放入夹具连接座的凹槽里，放上割炬固定块用螺丝固定，再在夹具连接座装上挡板用螺丝固定，安装好的夹具用螺丝固定在旋转机构，旋转机构装上端盖并用螺丝固定。
进一步的，所述机器人框架结构包括左边固定板、两边连接板、右边固定板、旋转机构连接固定板。
进一步的，所述夹持机构包括两套，即第一夹持机构和第二夹持机构，两者结构相同。
进一步的，所述切管机器人的结构紧凑便于携带同时便于安装在机械臂上进行切管操作。
有益效果：
本发明可在常规空间或在人员无法接近的空间狭小区域内完成自动切管，与人员用工具切割作业相比难度大为降低，减少了准备时间和现场恢复的时间。本发明方便管道切割，使管道切口截面整齐光滑，让切管工作变的简单高效。
附图说明
图1是本发明整体组装图；
图2是本发明整体组装图；
图3是本发明整体爆炸视图；
图4是本发明整体爆炸视图；
图5是本发明主体组成爆炸视图；
图6是本发明夹具组成爆炸视图；
图7是本发明旋转机构装配视图；
图8是本发明旋转机构爆炸视图；
图9是本发明旋转机构爆炸视图；
图10是机器人壳体爆炸视图；
图11是夹持机构装配视图；
图12是第一夹持机构爆炸视图；
图13是第一夹持机构的减速电机和传动齿轮一视图；
图14是第一夹持机构的一级传动轴及轴上零件视图；
图15是第一夹持机构的二级传动轴及轴上零件视图；
图16是第一夹持机构的三级传动轴及轴上零件视图；
图17是第一夹持机构的直线导轨及固定板视图；
图18是第一夹持机构的四级传动轴及轴上零件视图；
图19是第一夹持机构的蜗轮轴固定块视图；
图20是第一夹持机构的五级传动轴及轴上零件视图；
图21是第一夹持机构壳体视图；
图22是第一夹持机构的V型块及其组件视图；
图23是第一夹持机构的密封塞视图；
图24是框架结构视图；
图25是电机控制电路组件视图；
图26是电机控制电路关系图。
附图标记说明：
夹具1，割炬固定块1-1、夹具连接座1-2，割炬2，挡板3，旋转机构4，机器人壳体5，第一夹持机构6，第二夹持机构7，框架结构8，电机控制电路组件9。
夹具固定盘4-1、外齿圈连接环4-2、外齿圈4-3、滚动轴承外圈固定环4-4、KA020CPO滚动轴承4-5、滚动轴承内圈连接环4-6、滚动轴承内圈固定环4-7，步进电机传动齿轮一4-8-1、步进电机传动齿轮二4-8-2、步进电机传动齿轮三4-8-3，步进电机固定盘4-9，定位销一4-10-1、定位销二4-10-2、定位销三4-10-3、定位销四4-10-4、定位销五4-10-5、定位销六4-10-6，连接筋一4-11-1、连接筋二4-11-2、连接筋三4-11-3，24BYJ48步进电机一4-12-1、24BYJ48步进电机二4-12-2、24BYJ48步进电机三4-12-3，左边盖板5-1、左边外壳5-2、右边外壳5-3、右边盖板5-4、端盖5-5。
MR63ZZ轴承、减速电机6-1-1、传动齿轮一6-1-2，传动齿轮二6-2-1、一级传动轴6-2-2、轴套一6-2-3、传动齿轮三6-2-4、轴套二6-2-5、轴套三6-2-6、传动齿轮四6-2-7、轴套四6-2-8，传动齿轮五6-3-1、二级传动轴一6-3-2、轴套五6-3-3、轴套六6-3-4、蜗杆轴套一6-3-5、轴套七6-3-6、传动齿轮六6-3-7、二级传动轴二6-3-8、轴套八6-3-9、轴套九6-3-10、蜗杆轴套二6-3-11、轴套十6-3-12，蜗轮一6-4-1、三级传动轴一6-4-2、轴套十一6-4-3、传动齿轮七6-4-4、轴套十二6-4-5、传动齿轮八6-4-6、蜗轮二6-4-7、三级传动轴二6-4-8、轴套十三6-4-9、传动齿轮九6-4-10、轴套十四6-4-11、传动齿轮十6-4-12，直线导轨固定板一6-5-1、直线导轨一6-5-2、直线导轨二6-5-3、直线导轨固定板二6-5-4，蜗杆轴套三6-6-1、四级传动轴一6-6-2、轴套十五6-6-3、传动齿轮十一6-6-4、轴套十六6-6-5、蜗杆轴套四6-6-6、四级传动轴二6-6-7、轴套十七6-6-8、传动齿轮十二6-6-9、轴套十八6-6-10、蜗杆轴套五6-6-11、四级传动轴三6-6-12、轴套十九6-6-13、传动齿轮十三6-6-14、轴套二十6-6-15、蜗杆轴套六6-6-16、四级传动轴四6-6-17、轴套二十一6-6-18、传动齿轮十四6-6-19、轴套二十二6-6-20，蜗轮轴固定块一6-7-1、蜗轮轴固定块二6-7-2、蜗轮轴固定块三6-7-3、蜗轮轴固定块四6-7-4，蜗轮三6-8-1、五级传动轴一6-8-2、轴套二十三6-8-3、轴套二十四6-8-4、蜗轮四6-8-5、五级传动轴二6-8-6、轴套二十五6-8-7、轴套二十六6-8-8、蜗轮五6-8-9、五级传动轴三6-8-10、轴套二十七6-8-11、轴套二十八6-8-12、蜗轮六6-8-13、五级传动轴四6-8-14、轴套二十九6-8-15、轴套三十6-8-16，夹持机构壳体一6-9-1、夹持机构壳体二6-9-2、夹持机构壳体三6-9-3、夹持机构壳体四6-9-4，支撑轮及其固定架一6-10-1、齿条定位板一6-10-2、V型块一6-10-3、滑块固定块一6-10-4、直线导轨滑块一6-10-5、齿条固定板一6-10-6、齿条一6-10-7、齿条二6-10-8、直线导轨滑块二6-10-9、支撑轮及其固定架二6-10-10、滑块固定块二6-10-11、齿条固定板二6-10-12、齿条三6-10-13、V型块二6-10-14、直线导轨滑块三6-10-15、滑块固定块三6-10-16、支撑轮及其固定架三6-10-17、齿条定位板二6-10-18、支撑轮及其固定架四6-10-19、直线导轨滑块四6-10-20、滑块固定块四6-10-21、齿条四6-10-22，密封塞一6-11-1、密封塞二6-11-2、密封塞三6-11-3、密封塞四6-11-4，左边固定板8-1、两边连接板8-2、右边固定板8-3、机器人旋转机构连接固定板8-4，6WD驱动扩展板9-1、AM2857电机驱动芯片9-2、蓝牙模块9-3、Arduino控制板9-4、5V继电器模块9-5、电线夹9-6、WIFI功能串口摄像头9-7。
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、完整的描述。显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图5-11、图24-25所示，一种用于常规或用于高温真空环境的自动切管机器人，包括夹具1，割炬2，挡板3，旋转机构4，机器人壳体5，第一夹持机构6，第二夹持机构7，框架结构8，电机控制电路组件9；所述夹具1包括割炬固定块1-1、夹具连接座1-2。
割炬2放入夹具连接座1-2的凹槽里，再放上割炬固定块1-1并用螺丝固定，再在夹具连接座1-2装上挡板3用螺丝固定，安装好的夹具1用螺丝固定在旋转机构4，旋转机构4装上端盖5-5并用螺丝固定。
参见图5、图25，机器人的左边外壳5-2和右边外壳5-3包裹机器人的旋转机构4、第一夹持机构6、第二夹持机构7并用螺丝固定，左边检修窗口和右边检修窗口装上6WD驱动扩展板9-1、AM2857电机驱动芯片9-2、蓝牙模块9-3、Arduino控制板9-4、5V继电器模块9-5、电线夹9-6，再装上左边盖板5-1、右边盖板5-4并用螺丝固定。
如图3-9所示一种用于常规或用于高温真空环境的自动切管机器人包括旋转机构4，所述旋转机构4从外到内依此包括夹具固定盘4-1、外齿圈连接环4-2、外齿圈4-3、滚动轴承外圈固定环4-4、KA020CPO滚动轴承4-5、滚动轴承内圈连接环4-6、滚动轴承内圈固定环4-7，步进电机传动齿轮一4-8-1、步进电机传动齿轮二4-8-2、步进电机传动齿轮三4-8-3，步进电机固定盘4-9，定位销一4-10-1、定位销二4-10-2、定位销三4-10-3、定位销四4-10-4、定位销五4-10-5、定位销六4-10-6，连接筋一4-11-1、连接筋二4-11-2、连接筋三4-11-3，24BYJ48步进电机一4-12-1、24BYJ48步进电机二4-12-2、24BYJ48步进电机三4-12-3，KA020CPO滚动轴承4-5通过夹具固定盘4-1、滚动轴承内圈连接环4-6、滚动轴承内圈固定环4-7用螺栓固定在一起。KA020CPO滚动轴承4-5的外圈用轴承外圈固定环4-4通过螺栓固定在步进电机固定盘4-9，24BYJ48步进电机一4-12-1、24BYJ48步进电机二4-12-2、24BYJ48步进电机三4-12-3用螺丝固定在步进电机固定盘4-9，步进电机轴安装有步进电机传动齿轮一4-8-1、步进电机传动齿轮二4-8-2、步进电机传动齿轮三4-8-3再用螺丝固定，安装好的旋转机构4通过定位销一4-10-1、定位销二4-10-2、定位销三4-10-3、定位销四4-10-4、定位销五4-10-5、定位销六4-10-6定位在框架结构8上；旋转机构4通过连接筋一4-11-1、连接筋二4-11-2、连接筋三4-11-3与框架结构8连接。
如图5、图11-23，一种用于常规或用于高温真空环境的自动切管机器人包括第一夹持机构6以及第二夹持机构7，两个夹持机构结构相同；所述第一夹持机构6包括GA12-N20减速电机6-1-1、传动齿轮一6-1-2；还包括一-六级传动轴，一级传动轴及轴上零件包括MR63ZZ轴承、传动齿轮二6-2-1、一级传动轴6-2-2、轴套一6-2-3、传动齿轮三6-2-4、轴套二6-2-5、轴套三6-2-6、传动齿轮四6-2-7、轴套四6-2-8。
二级传动轴及其轴上零件包括MR63ZZ轴承、传动齿轮五6-3-1、二级传动轴一6-3-2、轴套五6-3-3、轴套六6-3-4、蜗杆轴套一6-3-5、轴套七6-3-6、传动齿轮六6-3-7、二级传动轴二6-3-8、轴套八6-3-9、轴套九6-3-10、蜗杆轴套二6-3-11、轴套十6-3-12。
三级传动轴及其轴上零件包括MR63ZZ轴承、蜗轮一6-4-1、三级传动轴一6-4-2、轴套十一6-4-3、传动齿轮七6-4-4、轴套十二6-4-5、传动齿轮八6-4-6、蜗轮二6-4-7、三级传动轴二6-4-8、轴套十三6-4-9、传动齿轮九6-4-10、轴套十四6-4-11、传动齿轮十6-4-12，直线导轨固定板一6-5-1、直线导轨一6-5-2、直线导轨二6-5-3、直线导轨固定板二6-5-4。
四级传动轴及轴上零件包括MR63ZZ轴承、蜗杆轴套三6-6-1、四级传动轴一6-6-2、轴套十五6-6-3、传动齿轮十一6-6-4、轴套十六6-6-5、蜗杆轴套四6-6-6、四级传动轴二6-6-7、轴套十七6-6-8、传动齿轮十二6-6-9、轴套十八6-6-10、蜗杆轴套五6-6-11、四级传动轴三6-6-12、轴套十九6-6-13、传动齿轮十三6-6-14、轴套二十6-6-15、蜗杆轴套六6-6-16、四级传动轴四6-6-17、轴套二十一6-6-18、传动齿轮十四6-6-19、轴套二十二6-6-20，蜗轮轴固定块一6-7-1、蜗轮轴固定块二6-7-2、蜗轮轴固定块三6-7-3、蜗轮轴固定块四6-7-4。
五级传动轴及轴上零件包括MR63ZZ轴承、蜗轮三6-8-1、五级传动轴一6-8-2、轴套二十三6-8-3、轴套二十四6-8-4、蜗轮四6-8-5、五级传动轴二6-8-6、轴套二十五6-8-7、轴套二十六6-8-8、蜗轮五6-8-9、五级传动轴三6-8-10、轴套二十七6-8-11、轴套二十八6-8-12、蜗轮六6-8-13、五级传动轴四6-8-14、轴套二十九6-8-15、轴套三十6-8-16，夹持机构壳体一6-9-1、夹持机构壳体二6-9-2、夹持机构壳体三6-9-3、夹持机构壳体四6-9-4。
六级传动组件包括MR63ZZ轴承、支撑轮及其固定架一6-10-1、齿条定位板一6-10-2、V型块一6-10-3、滑块固定块一6-10-4、直线导轨滑块一6-10-5、齿条固定板一6-10-6、齿条一6-10-7、齿条二6-10-8、直线导轨滑块二6-10-9、支撑轮及其固定架二6-10-10、滑块固定块二6-10-11、齿条固定板二6-10-12、齿条三6-10-13、V型块二6-10-14、直线导轨滑块三6-10-15、滑块固定块三6-10-16、支撑轮及其固定架三6-10-17、齿条定位板二6-10-18、支撑轮及其固定架四6-10-19、直线导轨滑快四6-10-20、滑块固定块四6-10-21、齿条四6-10-22，密封塞一6-11-1、密封塞二6-11-2、密封塞三6-11-3、密封塞四6-11-4。
所述减速电机6-1-1与主动齿轮6-1-2连接再与传动齿轮二6-2-1相啮合；所述传动齿轮二6-2-1所在的一级传动轴6-2-2作为主动轴联结轴所在的传动齿轮三6-2-4、传动齿轮四6-2-7与二级传动轴的传动齿轮五6-3-1、传动齿轮六6-3-7相啮合传动；所述二级传动齿轮所在轴的蜗杆轴套一6-3-5、蜗杆轴套二6-3-11与蜗轮一6-4-1、蜗轮二6-4-7相啮合传递运动和动能；所述蜗轮一6-4-1、蜗轮二6-4-7所在轴的传动齿轮七6-4-4、传动齿轮八6-4-6、传动齿轮九6-4-10、传动齿轮十6-4-12与传动齿轮十一6-6-4、传动齿轮十二6-6-9、传动齿轮十三6-6-14、传动齿轮十四6-6-19相啮合传递运动和动能；所述蜗杆轴套三6-6-1、蜗杆轴套四6-6-6、蜗杆轴套五6-6-11、蜗杆轴套六6-6-16与蜗轮三6-8-1、蜗轮四6-8-5、蜗轮五6-8-9、蜗轮六6-8-13相啮合进行传动；所述蜗轮三6-8-1、蜗轮四6-8-5、蜗轮五6-8-9、蜗轮六6-8-13作为主动齿轮与齿条一6-10-7、齿条二6-10-8、齿条三6-10-13、齿条四6-10-22相啮合传递运动和动能。以上减速电机、轴、轴套以及轴上的传动零件装入夹持机构壳体中再用螺丝或螺栓固定，最后在夹持机构壳体装上密封塞。
如图24所示，一种用于常规或高温真空环境的自动切管机器人包括框架结构8。所述机器人框架结构8包括左边固定板8-1、两边连接板8-2、右边固定板8-3、机器人旋转机构连接固定板8-4。
如图25所示，一种用于常规或高温真空环境的自动切管机器人包括电机控制电路。所述电机控制电路包括6WD驱动扩展板9-1、AM2857电机驱动芯片9-2、蓝牙模块9-3、Arduino控制板9-4、5V继电器模块9-5、电线夹9-6、WIFI功能串口摄像头9-7。
图26展示了电机控制电路控制关系。如图26所示，驱动扩展板连接蓝牙模块，安装蓝牙APP的手机通过WIFI与蓝牙模块连接控制电机的运转和接线插座零线的接通和断开；控制板控制驱动扩展板，驱动扩展板通过驱动芯片控制减速电机和步进电机的运转。减速电机和步进电机分别对应的是夹持机构和旋转机构。控制板和驱动扩展板可以连接不同的外接电源供电，也可以通过连接外接电源的驱动扩展板给控制板供电，控制板控制5V继电器，5V继电器控制220V接线插座零线的接通和断开；220V电源连接380V电压逆变器，等离子切割机连接电压逆变器，等离子切割机连接割炬。
可以用Arduino软件给Arduino控制板编程，还可以旁路启动加载器，利用ArduinoISP通过ICSP头为微控制器编程。使机器人夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开等动作能够按照预定的时间，速度和顺序进行编程，使机器人的这些动作能连贯和可重复。
下面阐述本发明的管道切割机器人的工作流程：
(1)本发明的管道切割机器人初始状态为：第一夹持机构6，第二夹持机构7的V型块一6-10-3、V型块二6-10-14处于开启的位置，这时管道可以穿过夹持机构。割炬2处于切割的起始位置且调节夹具连接座1-2固定螺丝，确定割嘴到管道的距离，割嘴到管道的距离为固定数值。
(2)打开机器人的电源开关，这时6WD驱动扩展板9-1指示灯点亮。打开6WD驱动扩展板的手机蓝牙APP与蓝牙模块9-3进行连接，连接好以后上下左右方向键可以设置24BYJ48步进电机一4-12-1、24BYJ48步进电机二4-12-2、24BYJ48步进电机三4-12-3，GA12-N20减速电机6-1-1的正转或反转来控制第一夹持机构6，第二夹持机构7的夹紧、松开以及旋转机构4的正转和反转，速度键可以设置24BYJ48步进电机一4-12-1，24BYJ48步进电机二4-12-2，24BYJ48步进电机三4-12-3，GA12-N20减速电机6-1-1的转速。
(3)管道穿过第一夹持机构6、第二夹持机构7，按下方向键，这时第一夹持机构6，第二夹持机构7夹紧管道，通过WIFI功能串口摄像头9-7观察管道的夹持情况或拽一下看是否夹紧，夹紧以后可以进行切割工序。
(4)按下控制步进电机的方向键，这时夹具固定盘4-1正转完成切割管道的动作。在旋转机构4开始转动的同时按下继电器控制键，控制常规220V电路零线的接通。由于电压逆变器接在220V接线板，离子切割机接在电压逆变器，割炬2接在等离子切割机，这时割炬2开始切割。旋转机构夹具固定盘4-1转一圈切割完管道以后按下继电器停止键，这时割炬2停止切割；再按24BYJ48步进电机一4-12-1、24BYJ步进电机二4-12-2、24BYJ步进电机三4-12-3反转方向键，割炬2转回到起始点，完成一个切管工序。
(5)按相反方向键夹持机构松开或重新按以上操作夹持管道进行切割。
(6)可以用Arduino软件给Arduino控制板9-4编程，还可以旁路启动加载器，利用Arduino ISP通过ICSP头为微控制器编程。机器人的夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开等动作能够按照预定的时间，速度和顺序进行编程，使机器人的这些动作能连贯和可重复。夹持不同管道所需要的时间不同，所需要的切割时间也不同，可以根据在切割直径范围内不同规格管道所需要的夹持管道时间以及所需要的切割时间设置不同的程序，当切割管道时调用这些程序。
以上说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管道切割机器人，其特征在于，包括：
夹持机构、旋转机构、夹具、割炬、框架结构、机器人壳体、挡板、电机控制电路、电压控制电路；
所述夹持机构包括依次相连的减速电机、齿轮传动系统、蜗轮蜗杆传动系统、齿轮齿条传动系统；具体包括：所述减速电机与传动齿轮一连接再与传动齿轮二相啮合；所述传动齿轮三、传动齿轮四与传动齿轮五、传动齿轮六相啮合传动，蜗杆轴套一、蜗杆轴套二与蜗轮一、蜗轮二相啮合传递运动和动能；所述传动齿轮七、传动齿轮八、传动齿轮九、传动齿轮十与传动齿轮十一、传动齿轮十二、传动齿轮十三、传动齿轮十四相啮合传递运动和动能，蜗杆轴套三、蜗杆轴套四、蜗杆轴套五、蜗杆轴套六与蜗轮三、蜗轮四、蜗轮五、蜗轮六相啮合进行传动；所述蜗轮三、蜗轮四、蜗轮五、蜗轮六作为主动齿轮与齿条一、齿条二、齿条三、齿条四相啮合传递运动和动能，通过齿条固定相连的V型块进行夹持；
所述旋转机构包括夹具固定盘、外齿圈连接环、外齿圈、滚动轴承内圈连接环、滚动轴承内圈固定环、滚动轴承、滚动轴承外圈固定环、步进电机传动齿轮一、步进电机传动齿轮二、步进电机传动齿轮三、步进电机固定盘、定位销一、定位销二、定位销三、定位销四、定位销五、定位销六、连接筋一、连接筋二、连接筋三、步进电机一、步进电机二、步进电机三；所述夹具固定盘、外齿圈连接环、外齿圈、滚动轴承内圈连接环、滚动轴承内圈固定环用螺栓固定滚动轴承内圈，滚动轴承外圈固定环通过螺栓固定滚动轴承外圈在步进电机固定板，步进电机用螺丝固定在步进电机固定板，步进电机轴安装传动齿轮再通过螺丝固定，安装好的旋转机构通过销钉定位在框架结构；所述旋转机构通过连接筋与框架结构连接；
所述夹具包括夹具连接座、割炬固定块；
所述机器人壳体包括放置控制板的左边外壳以及相应的检修盖板，放置扩展板的右边外壳以及相应的检修盖板，还包括旋转机构端盖外壳；
所述挡板是切割时防止火星对机器人造成损伤的零件；
所述割炬是用于等离子切割的部件。
2.根据权利要求1所述的管道切割机器人，其特征在于：
所述夹持机构能够夹持35mm以内不同直径的管道且夹持时管道穿过机器人夹持机构；所述夹具连接座能够根据切割管道直径的大小调节。
3.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述电机控制电路包括控制板、驱动扩展板、电机驱动芯片、蓝牙模块、5V继电器模块、电线夹、WIFI功能串口摄像头、减速电机、步进电机，采用控制板和驱动扩展板相结合，驱动扩展板通过电机驱动芯片控制减速电机和步进电机的运转。减速电机和步进电机分别对应的是夹持机构和旋转机构。
4.根据权利要求3所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述电压控制电路包括控制板、5V继电器模块，5V继电器模块的触发端接控制板的IO口，继电器的COM端和NO端分别控制220V接线插座零线的接通和断开；采用控制板和5V继电器模块相结合控制220V接线插座零线的接通与断开，220V接线插座连接380V电压逆变器，等离子切割机接在电压逆变器，割炬接在等离子切割机。
5.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
电机控制电路中，驱动扩展板连接蓝牙模块，安装蓝牙APP的手机通过WIFI与蓝牙模块连接控制电机的运转和220V接线插座零线的接通和断开；使用手机安装的蓝牙APP遥控机器人夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开。
6.根据权利要求1所述一种管道切割机器人，其特征在于：
旁路启动加载器，为微控制器编程，使机器人夹持管道，切割管道，割炬切割完转回到起点，夹持机构松开动作能够按照预定的时间，速度和顺序进行编程，使机器人的这些动作能连贯和可重复。
7.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述割炬放入夹具连接座的凹槽里，再放上割炬固定块用螺丝固定，再在夹具连接座装上挡板用螺丝固定，安装好的夹具用螺丝固定在旋转机构上，旋转机构装上端盖并用螺丝固定。
8.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述机器人框架结构包括左边固定板、两边连接板、右边固定板、机器人旋转机构连接固定板。
9.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述夹持机构包括两套，即第一夹持机构和第二夹持机构，两者结构相同。
10.根据权利要求1所述的一种管道切割机器人，其特征在于：
所述自动切管机器人安装在机械臂上进行切管操作。
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