CN117961359A - 一种高适应性管道焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于焊接领域的一种高适应性管道焊接机器人，包括圆筒以及多个可内外移动的带齿支杆，在对管道进行焊接时，通过将电动机的旋转运动传递至带齿支杆上，可使多个带齿支杆同时进行向外或向内的线性移动，实现将带齿支杆抵接在管道内部或外部，同时通过控制带齿支杆的移动距离，可实现对不同尺寸管道的内部或外部固定，有效提高本申请的适用范围，并且，针对本申请的固定方式，调节焊接组件的朝向，使其正对管道内壁或外壁，再解除电动机与带齿支杆之间的传动，将电动机的旋转运动传递至副齿环上，使副齿环带动焊接组件对管道进行持续地内部转动焊接或外部转动焊接，有效提高焊接适应性和焊接效率。

Description

一种高适应性管道焊接机器人

技术领域

本发明涉及的一种焊接机器人，特别是涉及应用于焊接领域的一种高适应性管道焊接机器人。

背景技术

管道使用的范围很广，例如水利工程，水利工程大多数是在室外进行，在水利工程建设中，经常用到金属管道，由于水利工程用的管道大多比较长，普通的金属管道通常需要焊接进行连接，而对管道进行焊接时不光需要对管道的外壁进行焊接，必要时还需要对管道的内壁进行焊接，减小管道之间的焊接缝隙，提高焊接质量。

如中国专利CN201911223570.6说明书公开了一种大径圆管内部焊接机器人，针对现有的在对大径圆管进行焊接时，大多需要人工钻进管道内进行焊接，管道内部狭窄，焊接不便，费时费力的问题，本方案通过两个第二电机带动两个行走轮转动，从而使移动座在管道内移动，通过焊枪对管道进行焊接，与此同时，通过第一电机带动安装座转动，安装座带动焊枪转动，焊枪转动对管道进行焊接，实现从内部对管道进行焊接。

又如中国专利CN202311146017.3说明书公开了一种磁吸可移动轨道式管道焊接机器人，包括支撑座，支撑座的外侧面上开有链条调节槽，链条调节槽后侧连接有轨道链条，链条调节槽的内部安装有链条调节装置，轨道链条的另一端与链条调节装置固定连接，轨道链条的内侧面上转动安装有多个支撑轮，通过设置轨道链条以及配合链条调节装置，使得支撑座能够安装固定在不同直径的管道上进行焊接工作，实现对管道的外部焊接。

现有技术虽然实现了对管道的外部焊接或内部焊接，但存在较大的限制，适用范围较小，缺乏一种可对不同尺寸管道的外部或内部实现焊接功能的焊接机器人。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是现有管道焊接机器人适用范围较小，缺乏一种可对不同尺寸管道的外部或内部实现焊接功能的焊接机器人。

为解决上述问题，本发明提供了一种高适应性管道焊接机器人，包括圆筒，圆筒上设有多个均匀分布的带齿支杆，带齿支杆活动贯穿圆筒内壁并延伸至其内外两侧，圆筒的外端转动连接有主齿环和副齿环，且带齿支杆位于主齿环和副齿环之间，带齿支杆与主齿环之间传动连接有齿轮组件，主齿环的外端啮合连接有双节齿筒一，圆筒的外端固定连接有电动机，电动机的输出端固定连接有转杆，转杆活动延伸至双节齿筒一的内部；

副齿环远离带齿支杆的一端固定连接有载环，载环套设于圆筒的外端且二者不接触，载环远离副齿环的一端固定连接有焊接组件，焊接组件延伸至圆筒的前侧。

作为本申请的进一步补充，齿轮组件包括连杆、主齿轮和副齿轮，且主齿轮和副齿轮均固定连接于连杆的外端，主齿轮与主齿环啮合连接，副齿轮与带齿支杆的侧端啮合连接，圆筒的外端固定连接有多个分别与连杆连接的支座一，支座一活动套设于连杆的外端。

作为本申请的进一步补充，带齿支杆包括滑柱和齿条板，齿条板固定连接于滑柱的侧端，滑柱的两端均固定连接有橡胶吸盘，圆筒上开设有多个与带齿支杆一一对应的滑孔。

作为本申请的进一步补充，圆筒的外端还开设有主环槽和副环槽，主齿环转动连接于主环槽的内部，副齿环转动连接于副环槽的内部。

作为本申请的进一步补充，转杆包括长圆杆和方形套杆，且长圆杆远离电动机的一端滑动连接于方形套杆的内部。

作为本申请的进一步补充，副齿环的外端啮合连接有双节齿筒二，圆筒的外端固定连接有与双节齿筒一连接的定位座以及与双节齿筒二连接的支座二，双节齿筒一和双节齿筒二二者均包括齿轮筒和圆套，齿轮筒的内部呈与方形套杆相匹配的方形中空结构，圆套的内圈直径大于方形套杆对角线长度。

作为本申请的进一步补充，定位座包括与圆筒固定连接的定板，定板远离圆筒的一端开设有凹槽，凹槽的内部滑动连接有插块，插块的端部与定板内壁之间固定连接有拉伸弹簧，靠近定位座的圆套的侧端开设有与插块相匹配的限位孔，长圆杆伸入圆套内侧的结构内部固定连接有磁铁，且磁铁位于正对限位孔的位置。

作为本申请的进一步补充，靠近副齿环的圆套贯穿支座二并与其内部转动连接，插块远离定板的端角处呈斜切面结构。

作为本申请的进一步补充，焊接组件包括与载环外端固定连接的外筒，外筒的内部转动连接有内柱，且二者通过螺栓连接，内柱远离外筒的一端固定连接有安装座，安装座上固定连接有气缸，气缸的伸缩端固定连接有焊枪。

作为本申请的进一步补充，内柱上开设有竖通孔，外筒的上下两端均开设有穿孔，螺栓螺纹连接于竖通孔和穿孔的内部。

综上所述，本申请通过在圆筒上设置可内外移动的多个带齿支杆，在对管道进行焊接时，通过将电动机的旋转运动传递至带齿支杆上，可使多个带齿支杆同时进行向外或向内的线性移动，通过带齿支杆的外侧端部抵接在管道内部时，可实现将本申请固定在管道内部，通过带齿支杆的内侧端部抵接在管道外部时，可实现将本申请固定在管道外部，同时通过控制带齿支杆的移动距离，可实现对不同尺寸管道的内部或外部固定，有效提高本申请的适用范围，并且，针对本申请的固定方式，调节焊接组件的朝向，使其正对管道内壁或外壁，再解除电动机与带齿支杆之间的传动，将电动机的旋转运动传递至副齿环上，使副齿环带动焊接组件对管道进行持续地内部转动焊接或外部转动焊接，有效提高焊接适应性和焊接效率。

附图说明

图1为本申请第1、2种实施方式的使用场景图；

图2为本申请第1、2种实施方式的立体图一；

图3为本申请第1、2种实施方式的立体爆炸图；

图4为本申请第1、2种实施方式的立体图二；

图5为本申请第1、2种实施方式的局部立体爆炸图；

图6为本申请第1、2种实施方式的转杆处的正面结构示意图；

图7为本申请第1、2种实施方式的双节齿筒一的立体图；

图8为本申请第1、2种实施方式的定位座的立体图；

图9为本申请第1、2种实施方式的定位座处的侧面结构示意图一；

图10为本申请第1、2种实施方式的定位座处的侧面结构示意图二；

图11为本申请第1、2种实施方式的支座二处的侧面结构示意图；

图12为本申请第1、2种实施方式的立体图三。

图中标号说明：

1圆筒、101主环槽、102副环槽、103滑孔、2带齿支杆、21滑柱、22齿条板、3主齿环、4连杆、5主齿轮、6副齿轮、7电动机、8转杆、801长圆杆、802方形套杆、91双节齿筒一、92双节齿筒二、901齿轮筒、902圆套、903限位孔、10副齿环、11载环、12焊接组件、1201安装座、1202气缸、1203焊枪、1204内柱、1205外筒、1206螺栓、13支座一、14定位座、1401定板、1402拉伸弹簧、1403插块、15支座二。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。

第1种实施方式：

本发明提供了一种高适应性管道焊接机器人，请参阅图1和图2，包括圆筒1，圆筒1上设有多个均匀分布的带齿支杆2，带齿支杆2活动贯穿圆筒1内壁并延伸至其内外两侧，圆筒1的外端转动连接有主齿环3和副齿环10，且带齿支杆2位于主齿环3和副齿环10之间，带齿支杆2与主齿环3之间传动连接有齿轮组件，主齿环3的外端啮合连接有双节齿筒一91，圆筒1的外端固定连接有电动机7，电动机7的输出端固定连接有转杆8，转杆8活动延伸至双节齿筒一91的内部。

副齿环10远离带齿支杆2的一端固定连接有载环11，载环11套设于圆筒1的外端且二者不接触，使二者之间不易产生转动摩擦力，载环11远离副齿环10的一端固定连接有焊接组件12，焊接组件12延伸至圆筒1的前侧。

请参阅图2，齿轮组件包括连杆4、主齿轮5和副齿轮6，且主齿轮5和副齿轮6均固定连接于连杆4的外端，主齿轮5与主齿环3啮合连接，副齿轮6与带齿支杆2的侧端啮合连接，圆筒1的外端固定连接有多个分别与连杆4连接的支座一13，支座一13活动套设于连杆4的外端，支座一13对连杆4起到限位作用，使齿轮组件可以稳定地起到传递动力的作用。

请参阅图2和图3，带齿支杆2包括滑柱21和齿条板22，齿条板22固定连接于滑柱21的侧端，滑柱21的两端均固定连接有橡胶吸盘，橡胶吸盘可提高滑柱21两端与管道内外壁之间的紧密性，圆筒1上开设有多个与带齿支杆2一一对应的滑孔103，滑孔103包括相互连通的弧孔和方孔，滑柱21滑动连接于弧孔的内部，齿条板22滑动连接于方孔的内部。

请参阅图4，使用时，启动电动机7，通过转杆8带动双节齿筒一91转动，双节齿筒一91带动主齿环3在圆筒1外端转动，通过主齿环3可带动多个主齿轮5同步转动，进而通过副齿轮6带动带齿支杆2进行相应向外或向内的线性运动，带齿支杆2的移动方向由电动机7的转动方向决定，从而实现将本申请固定在管道的外部或内部，具体如下：

结合图1和图4所示，需将本申请固定在管道M内部时，先将本申请置于管道M内部，然后启动电动机7，通过双节齿筒一91、主齿环3和齿轮组件的传动，实现带齿支杆2的向外移动，使多个带齿支杆2的外侧端部抵接在管道M内壁上，实现本申请在管道M内部的固定；需将本申请固定在管道N外部时，先将管道N插入圆筒1的内部，然后启动电动机7，通过双节齿筒一91、主齿环3和齿轮组件的传动，实现带齿支杆2的向内移动，使多个带齿支杆2的内侧端部抵接在管道N外壁上，实现本申请在管道N外部的固定。

请参阅图3，圆筒1的外端还开设有主环槽101和副环槽102，主齿环3转动连接于主环槽101的内部，副齿环10转动连接于副环槽102的内部，主环槽101和副环槽102分别对主齿环3和副齿环10起到限位作用，使二者转动更加稳定。

请参阅图5，焊接组件12包括与载环11外端固定连接的外筒1205，外筒1205的内部转动连接有内柱1204，且二者通过螺栓1206连接，内柱1204远离外筒1205的一端固定连接有安装座1201，安装座1201上固定连接有气缸1202，气缸1202的伸缩端固定连接有焊枪1203，内柱1204上开设有竖通孔，外筒1205的上下两端均开设有穿孔，螺栓1206螺纹连接于竖通孔和穿孔的内部。

焊接组件12的朝向调整方式：结合图1和图5所示，当本申请固定在管道N内部时，可将内柱1204沿着外筒1205内部转动，直至焊枪1203竖直朝上，此时内柱1204上的竖通孔刚好与外筒1205上的穿孔连通，随后将螺栓1206插入竖通孔和穿孔拧紧，即可使焊枪1203稳定朝向远离圆筒1中心的方向，方便从内部对管道N进行焊接操作；当本申请固定在管道M外部时，可将上述状态的内柱1204旋转180°，此时焊枪1203朝向圆筒1的中心线位置，且旋转180°后的竖通孔仍然与穿孔相通，再次将螺栓1206插入竖通孔和穿孔拧紧，即可将改变朝向的焊枪1203固定，从而方便在外部对管道M进行焊接操作。

第2种实施方式：

本实施方式在实施方式1的基础上，增设了以下结构：

请参阅图3和图4，副齿环10的外端啮合连接有双节齿筒二92，圆筒1的外端固定连接有与双节齿筒一91连接的定位座14以及与双节齿筒二92连接的支座二15。

请参阅图6，转杆8包括长圆杆801和方形套杆802，且长圆杆801远离电动机7的一端滑动连接于方形套杆802的内部，结合图6和图12所示，长圆杆801远离电动机7的一端位于双节齿筒一91和双节齿筒二92之间，即长圆杆801穿过双节齿筒一91内部但未到达双节齿筒二92位置，请参阅图7，双节齿筒一91和双节齿筒二92二者均包括齿轮筒901和圆套902，齿轮筒901的内部呈与方形套杆802相匹配的方形中空结构，圆套902的内圈直径大于方形套杆802对角线长度；

通过上述结构和尺寸的限制，使得方形套杆802可自由进出圆套902，当方形套杆802在齿轮筒901内部时，由于方形结构的限制，转杆8的转动可顺利带动相应的双节齿筒一91或双节齿筒二92转动，反之，当长圆杆801位于齿轮筒901内部时，由于长圆杆801可自由在齿轮筒901内部转动，此时转杆8的转动无法带动相应的双节齿筒一91或双节齿筒二92转动。

请参阅图4、图8和图9，定位座14包括与圆筒1固定连接的定板1401，定板1401远离圆筒1的一端开设有凹槽，凹槽的内部滑动连接有插块1403，插块1403的端部与定板1401内壁之间固定连接有拉伸弹簧1402，靠近定位座14的圆套902的侧端开设有与插块1403相匹配的限位孔903，长圆杆801伸入圆套902内侧的结构内部固定连接有磁铁，且磁铁位于正对限位孔903的位置。

请参阅图11，靠近副齿环10的圆套902贯穿支座二15并与其内部转动连接，支座二15对双节齿筒二92起到的限位作用，使其保持与副齿环10的啮合状态，请参阅图8，插块1403远离定板1401的端角处呈斜切面结构，使方形套杆802在进入齿轮筒901时，通过斜切面结构可方便进入插块1403和齿轮筒901之间。

通过增设上述结构，使得本申请在调整好带齿支杆2的位置后，可解除电动机7与双节齿筒一91之间的传动作用，并通过转杆8和双节齿筒二92的连接，实现将电动机7的旋转运动传递至副齿环10，进而实现焊接组件12的转动焊接过程，具体操作如下：

步骤一、在固定本申请时，结合图4所示，先使转杆8处于收缩状态，使转杆8与双节齿筒二92处于不连接状态，并使方形套杆802移动至双节齿筒一91的内部，如图9和图10所示，方形套杆802套设于长圆杆801外侧，并对其内部的磁铁进行包围，对磁铁与插块1403之间的磁场进行有效隔断，此时在拉伸弹簧1402的弹性恢复下，拉伸弹簧1402会将插块1403拉回凹槽内部，使其从限位孔903中脱离，失去对双节齿筒一91的限位作用，此时，启动电动机7，通过转杆8可顺利带动双节齿筒一91转动，进而实现对带齿支杆2位置的调节，将本申请固定在管道的外部或内部；

步骤二、固定完成后，先根据本申请的固定方式，通过实施方式1中焊接组件12的调整方式，将焊枪1203的朝向调整至所需状态；

步骤三、然后请参阅图12，将方形套杆802沿着长圆杆801伸长使其插入双节齿筒二92内部，方形套杆802从双节齿筒一91中移出，结合图9所示，方形套杆802不对磁铁进行包围，此时磁铁的磁力大于拉伸弹簧1402的弹力，插块1403在磁引力作用下穿过限位孔903被引入圆套902中，实现对双节齿筒一91的限位作用，此时，启动电动机7，由于长圆杆801可在双节齿筒一91内部自由转动，转杆8未将旋转运动传递至双节齿筒一91，使得带齿支杆2的位置处于稳定状态，保持对管道的固定，而双节齿筒二92在转杆8的带动下，将旋转运动传递至副齿环10，从而将焊接组件12可对管道进行转动焊接过程。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：包括圆筒（1），所述圆筒（1）上设有多个均匀分布的带齿支杆（2），所述带齿支杆（2）活动贯穿圆筒（1）内壁并延伸至其内外两侧，所述圆筒（1）的外端转动连接有主齿环（3）和副齿环（10），且带齿支杆（2）位于主齿环（3）和副齿环（10）之间，所述带齿支杆（2）与主齿环（3）之间传动连接有齿轮组件，所述主齿环（3）的外端啮合连接有双节齿筒一（91），所述圆筒（1）的外端固定连接有电动机（7），所述电动机（7）的输出端固定连接有转杆（8），所述转杆（8）活动延伸至双节齿筒一（91）的内部；

所述副齿环（10）远离带齿支杆（2）的一端固定连接有载环（11），所述载环（11）套设于圆筒（1）的外端且二者不接触，所述载环（11）远离副齿环（10）的一端固定连接有焊接组件（12），所述焊接组件（12）延伸至圆筒（1）的前侧。

2.根据权利要求1所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述齿轮组件包括连杆（4）、主齿轮（5）和副齿轮（6），且主齿轮（5）和副齿轮（6）均固定连接于连杆（4）的外端，所述主齿轮（5）与主齿环（3）啮合连接，所述副齿轮（6）与带齿支杆（2）的侧端啮合连接，所述圆筒（1）的外端固定连接有多个分别与连杆（4）连接的支座一（13），所述支座一（13）活动套设于连杆（4）的外端。

3.根据权利要求1所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述带齿支杆（2）包括滑柱（21）和齿条板（22），所述齿条板（22）固定连接于滑柱（21）的侧端，所述滑柱（21）的两端均固定连接有橡胶吸盘，所述圆筒（1）上开设有多个与带齿支杆（2）一一对应的滑孔（103）。

4.根据权利要求1所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述圆筒（1）的外端还开设有主环槽（101）和副环槽（102），所述主齿环（3）转动连接于主环槽（101）的内部，所述副齿环（10）转动连接于副环槽（102）的内部。

5.根据权利要求1所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述转杆（8）包括长圆杆（801）和方形套杆（802），且长圆杆（801）远离电动机（7）的一端滑动连接于方形套杆（802）的内部。

6.根据权利要求5所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述副齿环（10）的外端啮合连接有双节齿筒二（92），所述圆筒（1）的外端固定连接有与双节齿筒一（91）连接的定位座（14）以及与双节齿筒二（92）连接的支座二（15），所述双节齿筒一（91）和双节齿筒二（92）二者均包括齿轮筒（901）和圆套（902），所述齿轮筒（901）的内部呈与方形套杆（802）相匹配的方形中空结构，所述圆套（902）的内圈直径大于方形套杆（802）对角线长度。

7.根据权利要求6所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述定位座（14）包括与圆筒（1）固定连接的定板（1401），所述定板（1401）远离圆筒（1）的一端开设有凹槽，所述凹槽的内部滑动连接有插块（1403），所述插块（1403）的端部与定板（1401）内壁之间固定连接有拉伸弹簧（1402），靠近所述定位座（14）的圆套（902）的侧端开设有与插块（1403）相匹配的限位孔（903），所述长圆杆（801）伸入圆套（902）内侧的结构内部固定连接有磁铁，且磁铁位于正对限位孔（903）的位置。

8.根据权利要求7所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：靠近所述副齿环（10）的圆套（902）贯穿支座二（15）并与其内部转动连接，所述插块（1403）远离定板（1401）的端角处呈斜切面结构。

9.根据权利要求1所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述焊接组件（12）包括与载环（11）外端固定连接的外筒（1205），所述外筒（1205）的内部转动连接有内柱（1204），且二者通过螺栓（1206）连接，所述内柱（1204）远离外筒（1205）的一端固定连接有安装座（1201），所述安装座（1201）上固定连接有气缸（1202），所述气缸（1202）的伸缩端固定连接有焊枪（1203）。

10.根据权利要求9所述的一种高适应性管道焊接机器人，其特征在于：所述内柱（1204）上开设有竖通孔，所述外筒（1205）的上下两端均开设有穿孔，所述螺栓（1206）螺纹连接于竖通孔和穿孔的内部。