CN111958174A - 一种钢管自动定位焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢管自动定位焊接机器人，包括支撑机构、夹持机构与焊接机构，支撑机构包括若干滑动连接于第一轨道上的支撑座，每个支撑座上均活动连接有一支撑架，夹持机构位于第一轨道的端部，夹持机构包括固定连接于第一轨道的固定架，固定架上转动连接有卡盘，卡盘顶面滑动连接有若干卡块，焊接机构包括滑动连接于第二轨道上的立架，立架上活动连接有焊接头，包括操控箱，操控箱内设有操控终端并电连接支撑机构、夹持机构与焊接机构的驱动电机。本发明的有益效果为：设计合理，结构简单，安全可靠，操作简单方便，可单人对钢管进行安装前的预焊接，且可实现自动焊接，节省大量的人力和时间，节约成本且提高施工效率。

Description

一种钢管自动定位焊接机器人

技术领域

本发明涉及建筑施工设备技术领域，尤其涉及一种钢管自动定位焊接机器人。

背景技术

随着时代和科技的发展，越来越多精密的生产设备出现在现代工业生产过程中。生产设备越来越先进，结构也越来越复杂，传统意义上的标准件仍然具有重大意义，能够降低生产成本。

圆管在我们的生产生活中大量使用，可用于管道、热工设备、机械工业、石油地质钻探、容器、化学工业和特殊用途。传统的圆管在焊接过程中，一般利用人工将两根圆管之间的端部进行点焊连接，然后再将圆管之间的缝隙进行焊接，在焊接的过程中需要根据焊接的进度，通过人工将圆管进行转动，工作效率较低，工作强度较大，难以满足大批量的圆管焊接，影响焊接质量。

因此，亟需本领域技术人员研究出一种圆管焊接设备，如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种设计合理，结构简单，安全可靠，在安装前对钢管进行预焊接的钢管自动定位焊接机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供了一种钢管自动定位焊接机器人，包括支撑机构、夹持机构与焊接机构，所述支撑机构包括若干滑动连接于第一轨道上的支撑座，每个所述支撑座上均活动连接有一支撑架，每个所述支撑架均通过升降组件连接所述支撑座；

所述夹持机构位于所述第一轨道的端部，所述夹持机构包括固定连接于所述第一轨道的固定架，所述固定架上转动连接有卡盘，所述卡盘顶面滑动连接有若干卡块；

所述焊接机构包括滑动连接于第二轨道上的立架，所述立架上活动连接有焊接头；

包括操控箱，所述操控箱内设有操控终端并电连接所述支撑机构、夹持机构与焊接机构的驱动电机。

所述第一轨道顶面设置有滑槽，所述滑槽内滑动连接有若干所述支撑座；

所述滑槽内设置有与所述第一轨道平行的第一螺纹杆，所述第一螺纹杆固定连接所述滑槽且水平设置，每个所述支撑座上均转动连接有中空的圆筒，所述圆筒内设置有与所述第一螺纹杆配合的螺纹，所述第一螺纹杆贯穿每个所述支撑座的所述圆筒并与所述圆筒螺纹连接；

每个所述支撑座内均转动连接有第一齿轮，每个所述第一齿轮均与所述圆筒外壁的齿环啮合，每个所述第一齿轮均同轴连接有第一电机，每个所述第一电机均电连接所述操控终端。

所述支撑架包括架体与所述架体上转动连接的若干滚轮，所述支撑架顶面为凹弧状，所述滚轮沿所述支撑架顶面边缘均匀布设，所述滚轮左右对称设置。

所述支撑架底面中心处固定连接有竖直的固定杆，所述固定杆一侧竖直均匀布设有若干凹槽，所述第一轨道上方固定设置有与所述第一轨道平行的齿轮杆，所述齿轮杆位于所述固定杆一侧且与每个所述固定杆的凹槽啮合，所述固定杆的端部同轴连接有第二电机，所述第二电机电连接所述操控终端。

所述固定架转动连接有转台，所述转台固定连接有连接轴，所述连接轴转动连接所述固定架左右两侧，所述连接轴一端固定连接有第二齿轮，所述固定架内侧转动连接有第三齿轮，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合且所述第三齿轮同轴连接有第三电机，所述第三电机电连接所述操控终端；

所述转台顶面通过连接环转动连接所述卡盘，所述卡盘与所述连接环固定且同轴连接；

所述连接环外设置有一周环状齿，所述环状齿与第四齿轮啮合，所述第四齿轮转动连接于所述转台顶面并同轴连接有第四电机，所述第四电机电连接所述操控终端。

所述卡盘为顶面设置有若干条从所述卡盘圆心向外侧延伸的槽，所述槽内滑动连接所述卡块，所述槽底连通所述卡盘内部，所述卡盘内与所述卡盘中心转轴同轴转动连接有限位盘，所述限位盘顶面设置有与所述卡块数量相同的限位槽，每个所述限位槽均为从靠近所述限位盘中心部向外侧斜向设置的直线型槽，每个所述限位槽的不设方向均相同；

每个所述卡块的底面均固定连接有限位头，每个所述限位头均位于与其对应的所述限位槽内并与所述限位槽配合滑动连接；

所述限位盘底面同轴固定连接有蜗轮，所述蜗轮与所述卡盘内转动连接的蜗杆啮合，所述蜗杆同轴连接有第五电机，所述第五电机电连接所述操控终端。

所述卡块位于所述卡盘顶面上方部分为阶梯状，靠近所述卡盘圆心处为最高阶梯且每个阶梯均为矩形块状；

所述卡块最高阶梯靠近所述卡盘圆心的一侧设置有防滑纹。

所述第二轨道与所述第一轨道平行并位于所述第一轨道一侧；

所述立架包括位于底部的滑板，所述滑板底部滑动连接所述第一轨道且所述滑板上设置有锁定件，所述滑板顶面固定连接有竖直的纵向杆，所述纵向杆内设置有竖直的第二螺纹杆，所述第二螺纹杆上螺纹连接有滑块，所述滑块两侧滑动连接于所述纵向杆两侧的竖直管；

所述滑块相对所述纵向杆的另一侧连接有横向杆，所述横向杆水平设置且内部转动连接有水平的第三螺纹杆，所述滑块螺纹连接所述第三螺纹杆，所述第三螺纹杆靠近所述第一轨道的一端连接有所述焊接头；

所述第二螺纹杆与所述第三螺纹杆的端部分别同轴连接有第六电机与第七电机，且所述第六电机与第七电机均与所述操控终端电连接。

所述焊接头通过夹件连接于所述横向杆。

所述操控箱固定设置于所述焊接机构一侧；

所述操控终端通过若干开关输入并输出至每个电机。

本发明实际使用时：首先将需要焊接的圆管放置于支撑架上，可根据不同长度的圆管来布设支撑座，通过开关驱动不同支撑座内的第一电机使圆筒转动从而实现在与其螺纹连接的第一螺纹杆上滑动，将支撑座均匀布设于圆管下方后，使需要焊接的一端靠近夹持机构，然后将需要焊接的另一段圆管或法兰管放置于夹持机构上，具体为，将法兰管放置于卡盘顶面中心处，然后通过操控终端控制蜗杆旋转从而带动与其啮合的蜗轮转动，蜗轮带动限位盘转动的同时由于限位槽于限位头的配合，可使卡块同时朝向卡盘圆心处卡盘外侧平移，实现对法兰管的夹紧，夹紧法兰管后通过操控终端控制转台朝向支撑机构一侧转动，具体可通过开关使第三齿轮转动并带动第二齿轮转动，从而使与第二齿轮固定连接的转台转动，当转动至卡盘竖直后便可将需要焊接的两段圆管贴合并观察是否对齐，若没对齐可通过调节支撑架的高度进行对齐，具体为，通过开关控制齿轮杆的转动，齿轮杆转动时带动每个固定杆同时升降；调节好后，便可调节焊接机构，通过纵向杆可调节滑块的上下方向，横向杆于滑块螺纹连接可实现横向杆左右方向的调节，调节好后可通过夹件夹紧焊接头并调整适宜的角度，使焊接头对准焊缝便可进行进行焊接，焊接时通过开关打开第四齿轮的电机带动卡盘转动，对一圈焊缝进行焊接，实现对圆管之间或圆管与法兰之间的焊接。

本发明的有益效果为：结构简单，设计合理，方便在安装前对圆管与法兰、圆管与圆管、弯管、三通管等进行自动预焊接，本装置设置有支撑机构与端部的夹持机构，支撑机构设置有可移动的支撑座与顶部的支撑架，支撑座可根据圆管长度进行自定义布设，使圆管可稳定支撑，支撑架通过齿轮杆进行同步升降，方便圆管高度的调节，与现有技术相比，可不必将每个支撑座进行调节，节省人力与时间，支撑架上设置有滚轮，滚轮使圆管可位于支撑架凹弧状中心处，方便与夹持机构对接的同时也可使圆管稳固放置于支撑机构；本装置的夹持机构通过可翻转与旋转卡盘进行圆管或法兰的夹持，卡盘内上的卡块内设置有防滑纹可防止打滑，避免圆管脱落，卡块设置为阶梯状可夹持于卡块中心处或套接于卡块阶梯外，适用于不同直径的圆管或法兰，卡盘内通过限位盘上的限位槽与卡块底部的限位头可实现同时对每个卡块进行调节，方便夹持圆管的同时也避免与支撑机构产生偏差难以对接；焊接机构通过纵向杆与横向杆可对焊接头进行上下左右四个方向的调节，夹持焊接头的夹件可对焊接头进行角度的微调，设置好焊接头的位置后便可进行焊接，只需转动卡盘便可实现对圆管一周的焊接，十分方便且节省人力与时间，有效提高焊接效率，且对于同一规格的圆管只需调节一次便可进行大规模的焊接工作，有效提高工作效率。

附图说明

图1为本发明使用前的立体结构示意图。

图2为本发明支撑机构升高后的立体结构示意图。

图3为图2的A区局部放大示意图。

图4为本发明支撑座内部的立体结构示意图。

图5为本发明夹持机构使用前的立体结构示意图。

图6为本发明卡盘内部立体结构示意图一。

图7为本发明卡盘内部立体结构示意图二。

图8为本发明使用时的立体结构示意图。

图9为本发明夹持机构使用时的立体结构示意图。

图10为本发明焊接机构的立体结构示意图一。

图11为本发明焊接机构的立体结构示意图二。

其中，附图标记为： 1、支撑机构；101、第一轨道；1011、滑槽；102、支撑座；103、支撑架；1031、滚轮；1032、固定杆；104、第一螺纹杆；105、圆筒；1051、齿环；106、第一齿轮；107、齿轮杆；2、夹持机构；201、固定架；202、卡盘；203、卡块；2031、限位头；2032、防滑纹；204、转台；2041、第二齿轮；2042、第三齿轮；205、连接环；2051、第四齿轮；206、限位盘；2061、限位槽；207、蜗轮；208、蜗杆；3、焊接机构；301、第二轨道；302、立架；3021、锁定件；303、焊接头；304、纵向杆；3041、第二螺纹杆；305、滑块；306、横向杆；3061、第三螺纹杆；307、夹件；4、操控箱。

具体实施方式

能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1至图11所示，本实施例是一种钢管自动定位焊接机器人，包括支撑机构1、夹持机构2与焊接机构3，支撑机构1包括若干滑动连接于第一轨道101上的支撑座102，每个支撑座102上均活动连接有一支撑架103，每个支撑架103均通过升降组件连接支撑座102，第一轨道101顶面设置有滑槽1011，滑槽1011内滑动连接有若干支撑座102。

滑槽1011内设置有与第一轨道101平行的第一螺纹杆104，第一螺纹杆104固定连接滑槽1011且水平设置，每个支撑座102上均转动连接有中空的圆筒105，圆筒105内设置有与第一螺纹杆104配合的螺纹，第一螺纹杆104贯穿每个支撑座102的圆筒105并与圆筒105螺纹连接，每个支撑座102内均转动连接有第一齿轮106，每个第一齿轮106均与圆筒105外壁的齿环1051啮合，每个第一齿轮106均同轴连接有第一电机，每个第一电机均电连接操控终端。

支撑架103包括架体与架体上转动连接的若干滚轮1031，支撑架103顶面为凹弧状，滚轮1031沿支撑架1031顶面边缘均匀布设，滚轮1031左右对称设置，支撑架103底面中心处固定连接有竖直的固定杆1032，固定杆1032一侧竖直均匀布设有若干凹槽，第一轨道101上方固定设置有与第一轨道101平行的齿轮杆107 ，齿轮杆107位于固定杆1032一侧且与每个固定杆1032的凹槽啮合，固定杆1032的端部同轴连接有第二电机，第二电机电连接操控终端。

夹持机构2位于第一轨道101的端部，夹持机构2包括固定连接于第一轨道101的固定架201，固定架201转动连接有转台204，转台204固定连接有连接轴，连接轴转动连接固定架201左右两侧，连接轴一端固定连接有第二齿轮2041，固定架201内侧转动连接有第三齿轮2042，第三齿轮2042与第二齿轮2041啮合且第三齿轮2042同轴连接有第三电机，第三电机电连接操控终端。

转台204顶面通过连接环205转动连接卡盘202，卡盘202与连接环205固定且同轴连接，连接环205外设置有一周环状齿，环状齿与第四齿轮2051啮合，第四齿轮2051转动连接于转台204顶面并同轴连接有第四电机，第四电机电连接操控终端。

卡盘202为顶面设置有若干条从卡盘202圆心向外侧延伸的槽，槽内滑动连接卡块203，槽底连通卡盘202内部，卡盘202内与卡盘202中心转轴同轴转动连接有限位盘206，限位盘206顶面设置有与卡块203数量相同的限位槽2061，每个限位槽2061均为从靠近限位盘206中心部向外侧斜向设置的直线型槽，每个限位槽2061的不设方向均相同，每个卡块203的底面均固定连接有限位头2031，每个限位头2031均位于与其对应的限位槽2061内并与限位槽2061配合滑动连接，限位盘206底面同轴固定连接有蜗轮207，蜗轮207与卡盘202内转动连接的蜗杆208啮合，蜗杆208同轴连接有第五电机，第五电机电连接操控终端。

卡块203位于卡盘202顶面上方部分为阶梯状，靠近卡盘203圆心处为最高阶梯且每个阶梯均为矩形块状，卡块203最高阶梯靠近卡盘203圆心的一侧设置有防滑纹2032。

焊接机构3包括滑动连接于第二轨道301上的立架302，立架302上活动连接有焊接头303，第二轨道301与第一轨道101平行并位于第一轨道101一侧，立架302包括位于底部的滑板，滑板底部滑动连接第一轨道101且滑板上设置有锁定件3021，滑板顶面固定连接有竖直的纵向杆304，纵向杆304内设置有竖直的第二螺纹杆3041，第二螺纹杆3041上螺纹连接有滑块305，滑块3051两侧滑动连接于纵向杆304两侧的竖直管，滑块305相对纵向杆304的另一侧连接有横向杆306，横向杆306水平设置且内部转动连接有水平的第三螺纹杆3061，滑块305螺纹连接第三螺纹杆3061，第三螺纹杆3061靠近第一轨道101的一端连接有焊接头303，焊接头303通过夹件307连接于横向杆306，第二螺纹杆3041与第三螺纹杆3061的端部分别同轴连接有第六电机与第七电机，且第六电机与第七电机均与操控终端电连接。

操控箱4内设有操控终端并电连接支撑机构1、夹持机构2与焊接机构3的驱动电机，操控箱4固定设置于焊接机构3一侧，操控终端通过若干开关输入并输出至每个电机。

本发明实际使用时：首先将需要焊接的圆管放置于支撑架103上，可根据不同长度的圆管来布设支撑座102，通过开关驱动不同支撑座102内的第一电机使圆筒105转动从而实现在与其螺纹连接的第一螺纹杆104上滑动，将支撑座102均匀布设于圆管下方后，使需要焊接的一端靠近夹持机构2，然后将需要焊接的另一段圆管或法兰管放置于夹持机构2上，具体为，将法兰管放置于卡盘202顶面中心处，然后通过操控终端控制蜗杆208旋转从而带动与其啮合的蜗轮207转动，蜗轮207带动限位盘206转动的同时由于限位槽2061于限位头2031的配合，可使卡块203同时朝向卡盘202圆心处卡盘202外侧平移，实现对法兰管的夹紧，夹紧法兰管后通过操控终端控制转台204朝向支撑机构1一侧转动，具体可通过开关使第三齿轮2042转动并带动第二齿轮2041转动，从而使与第二齿轮2041固定连接的转台204转动，当转动至卡盘202竖直后便可将需要焊接的两段圆管贴合并观察是否对齐，若没对齐可通过调节支撑架103的高度进行对齐，具体为，通过开关控制齿轮杆107的转动，齿轮杆107转动时带动每个固定杆1032同时升降；调节好后，便可调节焊接机构3，通过纵向杆304可调节滑块305的上下方向，横向杆306于滑块305螺纹连接可实现横向杆306左右方向的调节，调节好后可通过夹件307夹紧焊接头303并调整适宜的角度，使焊接头对准焊缝便可进行进行焊接，焊接时通过开关打开第四齿轮2051的电机带动卡盘202转动，对一圈焊缝进行焊接，实现对圆管之间或圆管与法兰之间的焊接。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，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，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钢管自动定位焊接机器人，其特征在于， 包括支撑机构（1）、夹持机构（2）与焊接机构（3），所述支撑机构（1）包括若干滑动连接于第一轨道（101）上的支撑座（102），每个所述支撑座（102）上均活动连接有一支撑架（103），每个所述支撑架（103）均通过升降组件连接所述支撑座（102）；

所述夹持机构（2）位于所述第一轨道（101）的端部，所述夹持机构（2）包括固定连接于所述第一轨道（101）的固定架（201），所述固定架（201）上转动连接有卡盘（202），所述卡盘（202）顶面滑动连接有若干卡块（203）；

所述焊接机构（3）包括滑动连接于第二轨道（301）上的立架（302），所述立架（302）上活动连接有焊枪；

包括操控箱（4），所述操控箱（4）内设有操控终端并电连接所述支撑机构（1）、夹持机构（2）与焊接机构（3）的驱动电机。

2.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述第一轨道（101）顶面设置有滑槽（1011），所述滑槽（1011）内滑动连接有若干所述支撑座（102）；

所述滑槽（1011）内设置有与所述第一轨道（101）平行的第一螺纹杆（104），所述第一螺纹杆（104）固定连接所述滑槽（1011）且水平设置，每个所述支撑座（102）上均转动连接有中空的圆筒（105）， 所述圆筒（105）内设置有与所述第一螺纹杆（104）配合的螺纹，所述第一螺纹杆（104）贯穿每个所述支撑座（102）的所述圆筒（105）并与所述圆筒（105）螺纹连接；

每个所述支撑座（102）内均转动连接有第一齿轮（106），每个所述第一齿轮（106）均与所述圆筒（105）外壁的齿环（1051）啮合，每个所述第一齿轮（106）均同轴连接有第一电机，每个所述第一电机均电连接所述操控终端。

3.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述支撑架（103）包括架体与所述架体上转动连接的若干滚轮（1031），所述支撑架（103）顶面为凹弧状，所述滚轮（1031）沿所述支撑架（1031）顶面边缘均匀布设，所述滚轮（1031）左右对称设置。

4.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述支撑架（103）底面中心处固定连接有竖直的固定杆（1032），所述固定杆（1032）一侧竖直均匀布设有若干凹槽，所述第一轨道（101）上方固定设置有与所述第一轨道（101）平行的齿轮杆（107） ，所述齿轮杆（107）位于所述固定杆（1032）一侧且与每个所述固定杆（1032）的凹槽啮合，所述固定杆（1032）的端部同轴连接有第二电机，所述第二电机电连接所述操控终端。

5.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述固定架（201）转动连接有转台（204），所述转台（204）固定连接有连接轴，所述连接轴转动连接所述固定架（201）左右两侧，所述连接轴一端固定连接有第二齿轮（2041），所述固定架（201）内侧转动连接有第三齿轮（2042），所述第三齿轮（2042）与所述第二齿轮（2041）啮合且所述第三齿轮（2042）同轴连接有第三电机，所述第三电机电连接所述操控终端；

所述转台（204）顶面通过连接环（205）转动连接所述卡盘（202），所述卡盘（202）与所述连接环（205）固定且同轴连接；

所述连接环（205）外设置有一周环状齿，所述环状齿与第四齿轮（2051）啮合，所述第四齿轮（2051）转动连接于所述转台（204）顶面并同轴连接有第四电机，所述第四电机电连接所述操控终端。

6.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述卡盘（202）为顶面设置有若干条从所述卡盘（202）圆心向外侧延伸的槽，所述槽内滑动连接所述卡块（203），所述槽底连通所述卡盘（202）内部，所述卡盘（202）内与所述卡盘（202）中心转轴同轴转动连接有限位盘（206），所述限位盘（206）顶面设置有与所述卡块（203）数量相同的限位槽（2061），每个所述限位槽（2061）均为从靠近所述限位盘（206）中心部向外侧斜向设置的直线型槽，每个所述限位槽（2061）的不设方向均相同；

每个所述卡块（203）的底面均固定连接有限位头（2031），每个所述限位头（2031）均位于与其对应的所述限位槽（2061）内并与所述限位槽（2061）配合滑动连接；

所述限位盘（206）底面同轴固定连接有蜗轮（207），所述蜗轮（207）与所述卡盘（202）内转动连接的蜗杆（208）啮合，所述蜗杆（208）同轴连接有第五电机，所述第五电机电连接所述操控终端。

7.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述卡块（203）位于所述卡盘（202）顶面上方部分为阶梯状，靠近所述卡盘（203）圆心处为最高阶梯且每个阶梯均为矩形块状；

所述卡块（203）最高阶梯靠近所述卡盘（203）圆心的一侧设置有防滑纹（2032）。

8.根据权利要求7所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述第二轨道（301）与所述第一轨道（101）平行并位于所述第一轨道（101）一侧；

所述立架（302）包括位于底部的滑板，所述滑板底部滑动连接所述第一轨道（101）且所述滑板上设置有锁定件（3021），所述滑板顶面固定连接有竖直的纵向杆（304），所述纵向杆（304）内设置有竖直的第二螺纹杆（3041），所述第二螺纹杆（3041）上螺纹连接有滑块（305），所述滑块（3051）两侧滑动连接于所述纵向杆（304）两侧的竖直管；

所述滑块（305）相对所述纵向杆（304）的另一侧连接有横向杆（306），所述横向杆（306）水平设置且内部转动连接有水平的第三螺纹杆（3061），所述滑块（305）螺纹连接所述第三螺纹杆（3061），所述第三螺纹杆（3061）靠近所述第一轨道（101）的一端连接有所述焊枪；

所述第二螺纹杆（3041）与所述第三螺纹杆（3061）的端部分别同轴连接有第六电机与第七电机，且所述第六电机与第七电机均与所述操控终端电连接。

9.根据权利要求8所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述焊枪的焊接头（303）通过夹件（307）连接于所述横向杆（306）。

10.根据权利要求1所述的钢管自动定位焊接机器人，其特征在于，所述操控箱（4）固定设置于所述焊接机构（3）一侧；

所述操控终端通过若干开关输入并输出至每个电机。

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