CN120533259A - 一种四通管焊接用的操作机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械手技术领域，具体为一种四通管焊接用的操作机械手，包括有多个首尾相连的机械臂，相邻的两个机械臂之间实现相对转动，其中一端的机械臂上固定安装有激光发射器，激光发射器上安装有偏移断电装置，相连的两个机械臂之间设置有关节检测装置，操作机械手上还通过设置多个气管来将所有关节检测装置串联起来，其中一端的气管和偏移断电装置相连接，在机械手上设置多个关节检测装置来检测分析每相邻两个机械臂之间是否存在转动故障，避免激光发射器偏离规定焊接移动路线导致的激光没有射向四通管的焊接缝隙，或是避免激光发射器在规定移动路线加速移动导致的焊缝处没有充分熔融。

Description

一种四通管焊接用的操作机械手

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，具体为一种四通管焊接用的操作机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

焊接用的机械手上设置有多个首尾相连的机械臂，相邻的两个机械臂之间可以进行相对转动，机械手一端是基座，另一端安装焊接用的激光发射器，焊接船舶通风系统中用到的非绝热四通管时，先是将两个管道垂直对接，随后激光发射器向着两管道对接缝隙处发射激光，从而完成焊接，激光发射器的移动路线为不规则圆形，具体通过控制多个机械臂按照数控设定好的数值范围来转动，焊接完成后，机械手自动复位成初始待定状态，激光发射器按照设定移动路线来游走，就需要机械手的精准控制，也就是涉及到转动的任意机械臂无论转动角度和转速都完全按照设定来进行，如果有任何一项出现问题，均会影响到激光焊接工作。

例如单个机械臂转动角度偏大，机械手控制的激光发射器脱离预设移动路线，焊接激光没有准确照射到管道对接焊缝处，或是相邻两个机械臂之间润滑不足，机械臂相对转动时出现顿挫感，机械臂转速时快时慢，如果机械臂突然加速转动，激光发射器虽然准确的将激光发射到管道焊缝处，但是激光发射器游走过快，管道对接焊缝没有充分受热熔融，最终会导致焊接不牢固的问题，所以一旦有机械臂出现转速激增或转动超范围，均需要及时停止激光发射器工作，为此本发明提供了一种四通管焊接用的操作机械手。

发明内容

本发明的目的在于提供一种四通管焊接用的操作机械手，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种四通管焊接用的操作机械手，包括有多个首尾相连的机械臂，相邻的两个机械臂之间实现相对转动，其中一端的机械臂上固定安装有激光发射器，所述激光发射器上安装有偏移断电装置，相连的两个机械臂之间设置有关节检测装置，操作机械手上还通过设置多个气管来将所有关节检测装置串联起来，其中一端的气管和偏移断电装置相连接，所述关节检测装置包括有：

关节检测盒，所述关节检测盒一端和气管连接，关节检测盒监测相邻两个机械臂之间的相对转动范围和转速；

关节检测盒另一端设置的换向环盒，以及关节检测盒和换向环盒之间连通的颈位管，所述关节检测盒安装在一个机械臂上，换向环盒安装在另一个相邻的机械臂上，所述换向环盒和气管相连通。

所述换向环盒包括有：

和气管固定连通的环盒槽，所述环盒槽为凹型截面的环壳体；

和环盒槽配合的环板盖，所述环板盖活动套接在环盒槽上的环形槽口处，颈位管一端通过贯穿环板盖来延伸到环盒槽中。

所述关节检测盒包括有固定在一个机械臂上的方盒壳，与机械臂相邻的另一个机械臂上固定有外齿圈，所述关节检测盒还包括有设置在方盒壳中的丝杆，所述丝杆一端穿过方盒壳壳体上开设的通孔，且丝杆端部通过固定齿轮来和外齿圈啮合传动。

所述关节检测盒还包括有设置在方盒壳中的板管、程控具、花轮盘和速控具，所述花轮盘和丝杆同轴固定，所述板管一端和颈位管固定连通，且另一端和气管固定连通，所述速控具和花轮盘接触传动，程控具和丝杆传动连接。

所述程控具包括有和丝杆啮合传动的齿条块、从齿条块上开设板孔中滑动穿过的导向板、导向板两端分别设置的两个边位块、用于支撑边位块的桩筒，以及和桩筒垂直固定的第一阻块。

所述导向板一端固定在方盒壳上，两个边位块之间留出供齿条块移动的空间，所述桩筒穿过边位块上开设的方孔，且通过螺栓锁紧来使边位块和桩筒固定连接，齿条块通过接触推动边位块上设置的斜面来使边位块移动。

所述第一阻块一端滑动插入板管侧面设置的方筒，板管中输送的气流通过冲击第一阻块上设置的斜面来使第一阻块不封堵板管通道。

所述速控具包括有L型方管、L型方管一端连接的压气部，以及L型方管另一端设置的第二阻块，L型方管端部滑动插入第二阻块上开设的方孔中，第二阻块滑动插入板管侧面设置的方筒中，板管中输送的气流通过冲击第二阻块上的斜面来使第二阻块不封堵板管通道。

所述压气部包括有和L型方管固定连通的T板管、在T板管的一个通道口处滑动的伸缩板，T板管内部设置的波浪弹片，以及在T板管的另外两个通道口处设置的V型弹阀片，T板管和L型方管对接处还设置有泄气细孔，所述花轮盘外部通过环设波浪面来和伸缩板端部接触。

所述波浪弹片一端和伸缩板接触，波浪弹片另一端和T板管中固定的拦截块接触，V型弹阀片一端固定在T板管上，V型弹阀片另一端通过摆动来引导T板管中气流单向流动。

所述偏移断电装置包括有固定在激光发射器上的轨板架、在轨板架中滑动的十字棱柱、十字棱柱一端接触的弹簧，以及十字棱柱另一端开设圆柱槽中滑动插入的静位筒，静位筒和气管固定连通，十字棱柱上通过开设贯通细孔来将十字棱柱圆柱槽中的气体排出，静位筒还固定在轨板架上，偏移断电装置上还包括有固定在十字棱柱上的金属片，以及金属片一侧接触的两个C型金属弹片，所述C型金属弹片固定在轨板架上，金属片通过与一个C型金属弹片分开来控制激光发射器的供电电路断开。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.在机械手上设置多个关节检测装置来检测分析每相邻两个机械臂之间是否存在转动故障，一旦有相邻两个机械臂之间发生相对转速偏高或是转动超范围，均会导致关节检测装置内部的输气通道断开，多个气管将关节检测装置串联起来，组成一个整体输气通道，任意关节检测装置内部输气通道断开均会导致整体输气失败，最终气流无法供给到偏移断电装置中，偏移断电装置中供气中断，会控制断开激光发射器的供电电路，激光发射器停止发射焊接激光，避免激光发射器偏离规定焊接移动路线导致的激光没有射向四通管的焊接缝隙，或是避免激光发射器在规定移动路线加速移动导致的焊缝处没有充分熔融。

2.传统技术是在机械手上安装摄像监控机构，或是在末端的激光发射器上安装位移传感器，这均是不同监控手段，均存在检测不及时或检测设备瘫痪的问题，本发明增加一种检测两个机械臂之间相对转动的技术，丰富机械手的自主监测手段，这样通过多种监测手段配合来提升机械手运行的安全性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为激光发射器结构示意图。

图3为激光发射器位置示意图。

图4为外齿圈位置示意图。

图5为换向环盒结构示意图。

图6为关节检测盒结构示意图。

图7为程控具结构示意图。

图8为压气部结构示意图。

图9为偏移断电装置位置示意图。

图10为电路结构示意图。

图11为偏移断电装置结构示意图。

图中：机械臂1、激光发射器2、偏移断电装置3、关节检测装置4、气管5、关节检测盒6、换向环盒7、颈位管8、外齿圈9、环盒槽10、环板盖11、速控具12、花轮盘13、丝杆14、程控具15、板管16、方盒壳17、桩筒18、第一阻块19、齿条块20、导向板21、边位块22、第二阻块23、L型方管24、压气部25、伸缩板26、T板管27、波浪弹片28、V型弹阀片29、泄气细孔30、静位筒31、十字棱柱32、金属片33、C型金属弹片34、弹簧35、轨板架36。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的技术方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图11，本发明提供一种技术方案：一种四通管焊接用的操作机械手，包括有多个首尾相连的机械臂1，相邻的两个机械臂1之间实现相对转动，其中一端的机械臂1上固定安装有激光发射器2，激光发射器2上安装有偏移断电装置3，相连的两个机械臂1之间设置有关节检测装置4，操作机械手上还通过设置多个气管5来将所有关节检测装置4串联起来，其中一端的气管5和偏移断电装置3相连接，另一端的气管5外接现有技术中的吹气机构，气流通过气管5来逐一经过所有的关节检测装置4，最后供给到偏移断电装置3中，激光焊接时，偏移断电装置3内部持续供气，一旦供气中断，偏移断电装置3中控制的电路断开，激光发射器2的供电消失，焊接工作自动停止，关节检测装置4包括有：

关节检测盒6，关节检测盒6一端和气管5连接，关节检测盒6监测相邻两个机械臂1之间的相对转动范围和转速；

关节检测盒6另一端设置的换向环盒7，以及关节检测盒6和换向环盒7之间连通的颈位管8，关节检测盒6安装在一个机械臂1上，换向环盒7安装在另一个相邻的机械臂1上，换向环盒7和气管5相连通。

参考图5理解，换向环盒7包括有：

和气管5固定连通的环盒槽10，环盒槽10为凹型截面的环壳体；

和环盒槽10配合的环板盖11，环板盖11活动套接在环盒槽10上的环形槽口处，颈位管8一端通过贯穿环板盖11来延伸到环盒槽10中。

参考图6理解，关节检测盒6包括有固定在一个机械臂1上的方盒壳17，与机械臂1相邻的另一个机械臂1上固定有外齿圈9，关节检测盒6还包括有设置在方盒壳17中的丝杆14，丝杆14一端穿过方盒壳17壳体上开设的通孔，且丝杆14端部通过固定齿轮来和外齿圈9啮合传动，关节检测盒6、颈位管8和环板盖11组成第一整体，气管5和环盒槽10组成第二整体，两个整体之间可以相对转动，这样适应相邻两个机械臂1之间的相对转动，同时输气工作不受影响，气管5和颈位管8之间通过换向环盒7来稳定输气。

参考图6理解，关节检测盒6还包括有设置在方盒壳17中的板管16、程控具15、花轮盘13和速控具12，花轮盘13和丝杆14同轴固定，板管16一端和颈位管8固定连通，且另一端和气管5固定连通，速控具12和花轮盘13接触传动，程控具15和丝杆14传动连接。

参考图7理解，程控具15包括有和丝杆14啮合传动的齿条块20、从齿条块20上开设板孔中滑动穿过的导向板21、导向板21两端分别设置的两个边位块22、用于支撑边位块22的桩筒18，以及和桩筒18垂直固定的第一阻块19。

导向板21一端固定在方盒壳17上，两个边位块22之间留出供齿条块20移动的空间，桩筒18穿过边位块22上开设的方孔，且通过螺栓锁紧来使边位块22和桩筒18固定连接，齿条块20通过接触推动边位块22上设置的斜面来使边位块22移动。

第一阻块19一端滑动插入板管16侧面设置的方筒，板管16中输送的气流通过冲击第一阻块19上设置的斜面来使第一阻块19不封堵板管16通道。

速控具12包括有L型方管24、L型方管24一端连接的压气部25，以及L型方管24另一端设置的第二阻块23，L型方管24端部滑动插入第二阻块23上开设的方孔中，第二阻块23滑动插入板管16侧面设置的方筒中，板管16中输送的气流通过冲击第二阻块23上的斜面来使第二阻块23不封堵板管16通道。

压气部25包括有和L型方管24固定连通的T板管27、在T板管27的一个通道口处滑动的伸缩板26，T板管27内部设置的波浪弹片28，以及在T板管27的另外两个通道口处设置的V型弹阀片29，T板管27和L型方管24对接处还设置有泄气细孔30，花轮盘13外部通过环设波浪面来和伸缩板26端部接触。

波浪弹片28一端和伸缩板26接触，波浪弹片28另一端和T板管27中固定的拦截块接触，V型弹阀片29一端固定在T板管27上，V型弹阀片29另一端通过摆动来引导T板管27中气流单向流动。

相邻两个机械臂1之间润滑不足，会出现相对转动的顿挫感，也就是两个机械臂1之间相对转动时快时慢，本发明通过第二阻块23和速控具12配合来检测相邻两个机械臂1之间转速意外上升的情况，具体是相邻两个机械臂1之间相对转速意外上升时，丝杆14相对环绕外齿圈9运动的速度突然上升，丝杆14转速意外增加，也就是快速转动的花轮盘13拨动伸缩板26，伸缩板26往返滑动速度上升，伸缩板26滑动为T板管27中的气流输送提供动力，这样外部空气被吸进T板管27中，随后注入到L型方管24中，如果伸缩板26缓慢滑动，注入L型方管24中的气流缓慢流动，泄气细孔30处来得及外排气流，这样不会影响到第二阻块23，一旦伸缩板26快速往返滑动，注入L型方管24中的气流增多，泄气细孔30来不及完全外排，这样L型方管24中气压作用给第二阻块23，第二阻块23滑动后封堵板管16的通道，这个通道是供给到偏移断电装置3中气流的局部通道，这样偏移断电装置3中的注气中断。

如果故障造成相邻两个机械臂1之间的相对转动超出范围，最终会使机械手末端的激光发射器2偏离预设移动路线，激光发射器2发射出的激光无法准确照射到四通管上的管道对接焊缝处，本发明通过程控具15来检测相邻两个机械臂1之间的相对转动范围，如果超范围，丝杆14环绕外齿圈9运动的行程增加，丝杆14转动的圈数增加，与之啮合的齿条块20移动距离增大，正常预设情况下，齿条块20在两个边位块22之间移动，但是移动距离增大的齿条块20会撞击到一端的边位块22，引起边位块22移动，边位块22带动桩筒18，进而控制第一阻块19插入板管16的通道中，仍然会封堵板管16，之前已经提及，板管16通道封堵会导致最终的偏移断电装置3处注气中断。

偏移断电装置3包括有固定在激光发射器2上的轨板架36、在轨板架36中滑动的十字棱柱32、十字棱柱32一端接触的弹簧35，以及十字棱柱32另一端开设圆柱槽中滑动插入的静位筒31，静位筒31和气管5固定连通，十字棱柱32上通过开设贯通细孔来将十字棱柱32圆柱槽中的气体排出，静位筒31还固定在轨板架36上，偏移断电装置3上还包括有固定在十字棱柱32上的金属片33，以及金属片33一侧接触的两个C型金属弹片34，C型金属弹片34固定在轨板架36上，金属片33通过与一个C型金属弹片34分开来使激光发射器2的供电电路断开，参考图11，十字棱柱32两侧卡进轨板架36上开设的滑槽中，弹簧35一端卡进十字棱柱32上开设的圆槽中，且圆槽和静位筒31所处的圆柱槽之间连通有贯通细孔，气管5持续向静位筒31中注气，气流通过贯通细孔排出，但是气流外排过程中冲击十字棱柱32，这样图11中的十字棱柱32向右滑动，此时弹簧35被压缩，金属片33和两个C型金属弹片34对接，激光发射器2通电而发射激光，一旦气管5停止注气或是气流少量流动，弹簧35反弹使十字棱柱32向左滑动，这样金属片33和一个C型金属弹片34分开，断电的激光发射器2停止工作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种四通管焊接用的操作机械手，包括有多个首尾相连的机械臂，相邻的两个机械臂之间实现相对转动，其中一端的机械臂上固定安装有激光发射器，其特征在于：所述激光发射器上安装有偏移断电装置，相连的两个机械臂之间设置有关节检测装置，操作机械手上还通过设置多个气管来将所有关节检测装置串联起来，其中一端的气管和偏移断电装置相连接，所述关节检测装置包括有：

关节检测盒，所述关节检测盒一端和气管连接，关节检测盒监测相邻两个机械臂之间的相对转动范围和转速；

关节检测盒另一端设置的换向环盒，以及关节检测盒和换向环盒之间连通的颈位管，所述关节检测盒安装在一个机械臂上，换向环盒安装在另一个相邻的机械臂上，所述换向环盒和气管相连通。

2.根据权利要求1所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述换向环盒包括有：

和气管固定连通的环盒槽，所述环盒槽为凹型截面的环壳体；

和环盒槽配合的环板盖，所述环板盖活动套接在环盒槽上的环形槽口处，颈位管一端通过贯穿环板盖来延伸到环盒槽中。

3.根据权利要求1所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述关节检测盒包括有固定在一个机械臂上的方盒壳，与机械臂相邻的另一个机械臂上固定有外齿圈，所述关节检测盒还包括有设置在方盒壳中的丝杆，所述丝杆一端穿过方盒壳壳体上开设的通孔，且丝杆端部通过固定齿轮来和外齿圈啮合传动。

4.根据权利要求3所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述关节检测盒还包括有设置在方盒壳中的板管、程控具、花轮盘和速控具，所述花轮盘和丝杆同轴固定，所述板管一端和颈位管固定连通，且另一端和气管固定连通，所述速控具和花轮盘接触传动，程控具和丝杆传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述程控具包括有和丝杆啮合传动的齿条块、从齿条块上开设板孔中滑动穿过的导向板、导向板两端分别设置的两个边位块、用于支撑边位块的桩筒，以及和桩筒垂直固定的第一阻块。

6.根据权利要求5所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述导向板一端固定在方盒壳上，两个边位块之间留出供齿条块移动的空间，所述桩筒穿过边位块上开设的方孔，且通过螺栓锁紧来使边位块和桩筒固定连接，齿条块通过接触推动边位块上设置的斜面来使边位块移动。

7.根据权利要求5所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述第一阻块一端滑动插入板管侧面设置的方筒，板管中输送的气流通过冲击第一阻块上设置的斜面来使第一阻块不封堵板管通道。

8.根据权利要求4所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述速控具包括有L型方管、L型方管一端连接的压气部，以及L型方管另一端设置的第二阻块，L型方管端部滑动插入第二阻块上开设的方孔中，第二阻块滑动插入板管侧面设置的方筒中，板管中输送的气流通过冲击第二阻块上的斜面来使第二阻块不封堵板管通道。

9.根据权利要求8所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述压气部包括有和L型方管固定连通的T板管、在T板管的一个通道口处滑动的伸缩板，T板管内部设置的波浪弹片，以及在T板管的另外两个通道口处设置的V型弹阀片，T板管和L型方管对接处还设置有泄气细孔，所述花轮盘外部通过环设波浪面来和伸缩板端部接触。

10.根据权利要求9所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述波浪弹片一端和伸缩板接触，波浪弹片另一端和T板管中固定的拦截块接触，V型弹阀片一端固定在T板管上，V型弹阀片另一端通过摆动来引导T板管中气流单向流动。

11.根据权利要求1所述的一种四通管焊接用的操作机械手，其特征在于：所述偏移断电装置包括有固定在激光发射器上的轨板架、在轨板架中滑动的十字棱柱、十字棱柱一端接触的弹簧，以及十字棱柱另一端开设圆柱槽中滑动插入的静位筒，静位筒和气管固定连通，十字棱柱上通过开设贯通细孔来将十字棱柱圆柱槽中的气体排出，静位筒还固定在轨板架上，偏移断电装置上还包括有固定在十字棱柱上的金属片，以及金属片一侧接触的两个C型金属弹片，所述C型金属弹片固定在轨板架上，金属片通过与一个C型金属弹片分开来控制激光发射器的供电电路断开。