螺栓旋擰機器人的製作方法
2023-06-18 12:55:31 2
螺栓旋擰機器人的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種螺栓旋擰機器人，其包括主體架、控制裝置、旋轉驅動裝置、豎向驅動裝置及旋擰手臂，所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置設置於所述主體架，且所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置連接於所述控制裝置；所述旋轉驅動裝置連接於所述豎向驅動裝置並在所述豎向驅動裝置驅動下豎向移動，所述旋擰手臂豎向設置，且所述旋擰手臂連接於所述旋轉驅動裝置的輸出端。與現有技術相比，本發明提供的螺栓旋擰機器人，控制裝置控制旋轉驅動裝置和豎向驅動裝置同步動作，使得旋擰手臂旋擰主螺栓，實現螺栓旋擰機器人操作主螺栓擰入或擰出螺紋孔。
【專利說明】螺栓旋擰機器人
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械設計領域，尤其涉及一種核電站反應堆壓力容器拆裝設備。
【背景技術】
[0002]核電站反應堆壓力容器各部件間的密封面相貼合，通過主螺栓連接各部件間的密封面，使得反應堆壓力容器保持密封。各部件間用於貼合併連接的密封面精度極高，稍有磕碰影響到密封面的精度，極有可能造成反應堆壓力容器內核輻射物質逸出。
[0003]目前，旋擰主螺栓的工作均為人工手動作業，作業質量不穩定，反應堆壓力容器的密封性能無法保障；此外，核反應堆停堆後，反應堆壓力容器內輻射劑量仍較高，作業人員需要穿著笨重的防輻射服進行作業，且即使穿著防輻射服仍會受到較高的輻射，作業環境非常惡劣。
[0004]對此，需要一種螺栓旋擰設備，通過螺栓旋擰設備的機械作業取代人工手動作業。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供栓旋擰設備，通過螺栓旋擰設備的機械作業取代人工手動作業，以避免人工手動作業的不足。
[0006]為了實現上述目的，本發明公開了一種螺栓旋擰機器人，所述螺栓旋擰機器人包括主體架、控制裝置、旋轉驅動裝置、豎向驅動裝置及旋擰手臂，所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置設置於所述主體架，且所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置連接於所述控制裝置；所述旋轉驅動裝置連接於所述豎向驅動裝置並在所述豎向驅動裝置驅動下豎向移動，所述旋擰手臂豎向設置，且所述旋擰手臂連接於所述旋轉驅動裝置的輸出端。
[0007]與現有技術相比，本發明提供的螺栓旋擰機器人，控制裝置連接於旋轉驅動裝置和豎向驅動裝置，以控制旋轉驅動裝置和豎向驅動裝置的動作；旋轉驅動裝置在控制裝置的控制下，驅動旋擰手臂旋轉以旋擰主螺栓，使得主螺栓擰入或擰出螺紋孔；豎向驅動裝置在控制裝置的控制下，驅動旋轉驅動裝置和旋擰手臂豎向移動，使得旋轉驅動裝置和旋擰手臂隨主螺栓的高度變化進行同步調整。根據本發明提供的螺栓旋擰機器人，旋擰手臂旋擰主螺栓的過程中，主螺栓的高度逐漸變化，控制裝置控制旋轉驅動裝置和豎向驅動裝置同步動作，使得旋擰手臂的高度隨著主螺栓的高度變化同步調整，實現螺栓旋擰機器人控制主螺栓擰入或擰出螺紋孔，從而取代人工手動作業。
[0008]較佳的，所述主體架包括底板，所述底板下側設置有滾輪，所述底板上設置有伺服驅動電機，所述伺服驅動電機控制所述滾輪滾動；伺服驅動電機的輸出端驅動螺栓旋擰機器人相對工作平臺移動，從而控制螺栓旋擰機器人移動至目標位置；在此過程中，底板下側的滾輪滾動，使得螺栓旋擰機器人與工作平臺之間的摩擦力為滾動摩擦，以減少螺栓旋擰機器人與工作平臺之間的摩擦力，減少能耗。
[0009]較佳的，所述螺栓旋擰機器人還包括校正裝置，所述校正裝置包括固定件和連接於所述固定件並可相對所述固定件於水平面內移動的調整件；所述固定件連接於所述豎向驅動裝置並在所述豎向驅動裝置驅動下豎向移動，所述旋轉驅動裝置固定連接於所述調整件；所述旋擰手臂的下部具有錐度導向部；當旋擰手臂向下移動以與主螺栓相連接時，若旋擰手臂與主螺栓於水平方向上有偏差，固定的主螺栓通過錐度導向部對主螺栓進行導向，使得旋擰手臂在校正裝置的作用下於水平面內移動進行微調，從而實現旋擰手臂對準主螺栓，避免螺栓旋擰機器人移動位置發生細微偏差而影響作業。
[0010]較佳的，所述校正裝置還包括中間件，豎向排列設置的所述固定件、所述中間件和所述調整件均呈平板狀結構，且所述固定件、所述中間件和所述調整件均呈水平方向設置；所述固定件和所述中間件通過X嚮導軌和Y嚮導軌的其中一者滑動連接，所述中間件和所述調整件通過X嚮導軌和Y嚮導軌的其中另一者滑動連接。
[0011]進一步的，所述校正裝置上下滑動地連接於所述主體架；校正裝置上下滑動地連接於主體架，使得校正裝置、旋轉驅動裝置以及旋擰手臂在豎向驅動裝置驅動下上下移動時於水平方向上的位置準確，旋擰手臂與主螺栓之間不會有較大的位置偏差。具體地，所述固定件、所述中間件和所述調整件分別對應開設有供所述旋轉驅動裝置通過的避讓孔；旋轉驅動裝置從避讓孔向下伸出，以連接旋擰手臂。
[0012]較佳的，所述豎向驅動裝置包括豎向設置的絲杆、螺紋連接所述絲杆的絲母以及驅動所述絲杆旋轉的第一旋轉伺服電機；所述校正裝置的下側連接於所述絲母；第一旋轉伺服電機在控制裝置的控制下，驅動絲杆旋轉，以帶動旋擰手臂豎向移動。
[0013]較佳的，所述螺栓旋擰機器人還包括壓力檢測裝置，所述壓力檢測裝置連接於所述控制裝置；所述壓力檢測裝置的一端連接於所述豎向驅動裝置，所述壓力檢測裝置的另一端連接於所述旋轉驅動裝置；所述壓力檢測裝置測量所述豎向驅動裝置與所述旋轉驅動之間的作用力；壓力檢測裝置測量豎向驅動裝置與旋轉驅動之間的作用力大小，一方面，根據測得的壓力值調整豎向驅動裝置輸出的力矩大小，以使旋擰手臂提拉主螺栓並承受主螺栓的重量，避免壓力容器螺紋孔受損，另一方面，根據測得的壓力值判斷旋擰手臂與主螺栓的相對高度是否合適，從而控制豎向驅動裝置動作以使得旋轉驅動裝置及與旋轉驅動裝置連接的旋擰手臂豎向移動至合適的高度，以使旋擰手臂方便地控制主螺栓擰入或擰出螺紋孔。
[0014]較佳的，所述控制裝置控制所述豎向驅動裝置輸出力矩，以驅使所述旋擰手臂提拉所述主螺栓；旋擰手臂連接主螺栓並提拉主螺栓，從而減少與主螺栓螺紋連接的螺紋孔受力，避免螺紋孔受損。
[0015]具體地，所述壓力檢測裝置為壓力傳感器。
[0016]較佳的，所述旋轉驅動裝置包括豎向設置的旋轉軸和驅動所述旋轉軸旋轉的第二旋轉伺服電機；所述旋擰手臂連接於所述旋轉軸的下端；第二旋轉伺服電機在控制裝置的控制下，驅動旋轉軸旋轉，旋轉軸轉動帶動旋擰手臂旋轉，以旋擰主螺栓。
[0017]具體地，所述旋擰手臂與所述旋轉軸通過雙平鍵連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明螺栓旋擰機器人的結構示意圖。
[0019]圖2為圖1中A部的放大圖
[0020]圖3為本發明螺栓旋擰機器人的正向視圖。[0021]圖4為圖3中B部的放大圖
[0022]圖5為本發明螺栓旋擰機器人的俯視圖。
[0023]圖6為圖5中C-C方向的剖視圖。
[0024]圖7為圖5中D-D方向的剖視圖。
【具體實施方式】
[0025]為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。
[0026]如圖1所示的螺栓旋擰機器人，包括主體架100、控制裝置200、旋轉驅動裝置300、豎向驅動裝置400、旋擰手臂500、校正裝置600及壓力檢測裝置700。其中，旋轉驅動裝置300和豎向驅動裝置400設置於主體架100，且旋轉驅動裝置300和豎向驅動裝置400連接於控制裝置200 ;旋轉驅動裝置300與豎向驅動裝置400連接並在豎向驅動裝置400驅動下豎向移動，旋擰手臂500豎向設置，且旋擰手臂500連接於旋轉驅動裝置300的輸出端。結合圖2-圖7所示，更具體地:
[0027]如圖1和圖3所示，主體架100包括底板110和固定連接於底板110上側的支撐架120，底板110下側設置有滾輪130，底板110上設置有伺服驅動電機140，伺服驅動電機140控制滾輪130滾動，具體地，螺栓旋擰機器人位於工作平臺上，工作平臺設置有對螺栓旋擰機器人進行導向的行駛軌道，於行駛軌道的側面安裝有鏈條，伺服電機140的輸出端為一鏈輪(圖中未示)，伺服電機140驅動鏈輪轉動，使得鏈輪相對與之嚙合的鏈條滾動，從而驅動螺栓旋擰機器人相對工作平臺移動，從而控制螺栓旋擰機器人移動至目標位置；在此過程中，底板下側的滾輪滾動，使得螺栓旋擰機器人與工作平臺之間的摩擦力為滾動摩擦，以減少螺栓旋擰機器人與工作平臺之間的摩擦力，減少能耗。支撐架120呈倒U型結構，控制裝置200固定連接於支撐架120倒U型結構的內側，旋轉驅動裝置300、豎向驅動裝置400、旋擰手臂500、校正裝置600及壓力檢測裝置700分別對稱地設置於支撐架120倒U型結構的外側，即，螺栓旋擰機器人包括對稱的兩組旋轉驅動裝置300、豎向驅動裝置400、旋擰手臂500、校正裝置600及壓力檢測裝置700，兩組旋轉驅動裝置300、豎向驅動裝置400、旋擰手臂500、校正裝置600及壓力檢測裝置700在同一控制裝置200控制下動作，使得本發明螺栓旋擰機器人可以同時旋擰兩個主螺栓，提高作業效率。以下僅就一組旋轉驅動裝置300、豎向驅動裝置400、旋擰手臂500、校正裝置600及壓力檢測裝置700的結構、連接關係及工作方式進行說明。
[0028]豎向驅動裝置400固定連接於底板110上側；校正裝置600通過直線導軌與支撐架120滑動連接，從而使得校正裝置600可相對支撐架120上下移動；校正裝置600的下側連接於豎向驅動裝置400的輸出端，校正裝置600的上側固定連接旋轉驅動裝置300。根據該連接結構，從而實現豎向驅動裝置400驅動旋轉驅動裝置300和校正裝置600沿支撐架120豎向移動，以帶動旋擰手臂500豎向移動。校正裝置600通過直線導軌與支撐架120滑動連接，使得校正裝置600、旋轉驅動裝置300以及旋擰手臂500在豎向驅動裝置400驅動下上下移動時於水平方向上的位置準確，旋擰手臂500與主螺栓之間不會有較大的位置偏差。
[0029]如圖1和圖3所示，豎向驅動裝置400包括豎向設置的絲杆410、螺紋連接絲杆410的絲母(圖中未示)以及驅動絲杆410旋轉的第一旋轉伺服電機420 ;校正裝置600的下側連接於絲母。控制裝置200控制第一旋轉伺服電機420工作，第一旋轉伺服電機420驅動絲杆410旋轉，使得絲母沿著絲杆410豎向移動，從而帶動校正裝置600、旋轉驅動裝置300及旋擰手臂500上下移動。結合圖1-圖7所示，校正裝置600包括豎向排列的固定件610、中間件620及調整件630。固定件610、中間件620及調整件630均呈平板狀結構，且固定件610、中間件620及調整件630均呈水平方向設置。其中，固定件610和中間件620通過X嚮導軌611滑動連接，中間件620和調整件630通過Y嚮導軌621滑動連接，從而使得調整件630可相對固定件610於水平面內移動。當然，亦可以固定件610和中間件620通過Y嚮導軌滑動連接、中間件620和調整件630通過X嚮導軌滑動連接，同樣能夠實現調整件630相對固定件610於水平面內移動的目的。固定件610連接於絲母，從而使得校正裝置600在豎向驅動裝置400驅動下豎向移動；旋轉驅動裝置300固定連接於調整件630。根據旋擰手臂500與主螺栓在水平面上的偏差值，校正裝置600動作進行找準校正。具體的:如圖2所示，旋擰手臂500的下部具有錐度導向部510 ;主螺栓的上端具有一適配器(圖中未示)，該適配器具有一供旋擰手臂500插入並連接旋擰手臂500的插接孔；當旋擰手臂500向下動作以插入適配器的插接孔時，若旋擰手臂500與主螺栓在水平方向上有細微偏差未對準，稍有偏差的錐度導向部510與插接孔的中心軸不在一直線上，但由於偏差不大，錐度導向部510較細小的下端仍可以插入插接孔內；隨著錐度導向部510逐漸深入插接孔，錐度導向部510的錐度斜面對可在平面內移動的旋擰手臂500進行導向，使得旋擰手臂500依靠校正裝置600於水平面內自動移動直至錐度導向部510與插接孔的中心軸處於同一直線上，此時旋擰手臂500連接主螺栓。進一步的，固定件610、中間件620及調整件630分別對應開設有供旋轉驅動裝置300通過的避讓孔(圖中未示)；旋轉驅動裝置300從避讓孔向下伸出，以連接旋擰手臂500。
[0030]如圖6所示，壓力檢測裝置700的一端連接於豎向驅動裝置400，壓力檢測裝置700的另一端連接於旋轉驅動裝置300，且壓力檢測裝置700連接於控制裝置200 ;壓力檢測裝置700測量豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300之間的作用力大小，並將測量結果傳送至與其連接的控制裝置200，控制裝置200根據壓力檢測裝置700的測量結果控制旋轉驅動裝置300和豎向驅動裝置400的動作。具體地:旋擰手臂500帶著主螺栓擰入擰出壓力容器的螺栓孔的過程中，主螺栓頭部與壓力容器的表面之間沒有接觸，且主螺栓與螺紋孔相連接的螺紋面積較主螺栓與螺紋孔完全連接時的螺紋面積來得小，由於主螺栓重量非常大(約260kg)，如果主螺栓的全部重量都作用於部分螺紋，會損壞壓力容器的螺紋孔；在實際操作中，要求作用於螺紋的重量不能超過50kg。因此這裡用到壓力檢測裝置700，控制裝置200根據壓力檢測裝置700的測量結果，一方面協調豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300的動作，即旋轉速度與主螺栓向上向下的速度要協調，另一方面控制豎向驅動裝置400輸出力矩，驅使旋擰手臂500提拉主螺栓以承擔主螺栓的部分甚至全部重量，以避免螺紋孔受損。通過上述方式將壓力檢測裝置700的測量結果保持在預設範圍值內，以保證螺栓旋擰機器人有序運行。比如，主螺栓的螺距為4，旋轉驅動裝置300旋擰主螺栓一圈，主螺栓會向上或向下移動4mm,此時豎向驅動裝置400應當驅動旋轉驅動裝置300帶動旋抒手臂500向上或向下同步運動4mm，豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300的動作要一致，才能使作用於螺紋孔上作用力非常小，最理想的狀況就是作用於螺紋孔上的作用力為0，與主螺栓連接的旋擰手臂500承擔主螺栓的全部重量。
[0031]進一步的，壓力檢測裝置700的上端固定連接於固定板，壓力檢測裝置700的下端連接於絲母。具體地，壓力檢測裝置700為壓力傳感器。
[0032]結合圖1、圖6及圖7所示，旋轉驅動裝置300包括豎向設置的旋轉軸310、驅動旋轉軸310旋轉的第二旋轉伺服電機320、以及連接旋轉軸310和第二旋轉伺服電機320的旋轉傳動機構330 ;旋擰手臂500連接於旋轉軸310的下端；第二旋轉伺服電機320在控制裝置200的控制下,經過旋轉傳動機構330驅動旋轉軸310旋轉,旋轉軸310轉動帶動旋抒手臂500旋轉，以旋擰主螺栓。進一步的，如圖7所示，旋擰手臂500與旋轉軸310通過雙平鍵311連接。
[0033]結合圖1-圖7所示，對本發明螺栓旋擰機器人的工作過程做一詳細說明:
[0034]控制裝置200控制伺服驅動電機140工作，使得螺栓旋擰機器人移動至目標位置；控制裝置200控制第一旋轉伺服電機420驅動絲杆410轉動，帶動旋擰手臂500向下移動以插入主螺栓；若旋抒手臂500與主螺栓在水平方向上有細微偏差未對準，固定的主螺栓在錐度導向部510的導向作用下對旋擰手臂500進行導向，使得旋擰手臂500依靠校正裝置600於水平面內自動移動到旋擰手臂500對準插入主螺栓。控制裝置200控制第一旋轉伺服電機420輸出力矩，直至壓力檢測裝置700測得的壓力值達到預設值；控制裝置200控制第二旋轉伺服電機320驅動旋轉軸310轉動，帶動旋擰手臂500正向旋擰主螺栓以將主螺栓擰入螺紋孔抑或反向旋擰主螺栓以將主螺栓擰出螺紋孔，同時，控制裝置200根據壓力檢測裝置700測得的壓力值控制第一旋轉伺服電機420動作，使得豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300的動作協調，絲母豎向移動量與主螺栓豎向移動量相同步，以減少螺紋孔的受力；直至將主螺栓擰入或擰出螺紋孔。
[0035]與現有技術相比，本發明提供的螺栓旋擰機器人，控制裝置200控制旋轉驅動裝置300和豎向驅動裝置400的動作；旋轉驅動裝置300在控制裝置200的控制下，驅動旋擰手臂500旋轉以旋擰主螺栓，使得主螺栓擰入或擰出螺紋孔；豎向驅動裝置400在控制裝置200的控制下，驅動旋轉驅動裝置300和旋擰手臂500豎向移動豎向移動，使得旋轉驅動裝置300和旋擰手臂500隨主螺栓的高度進行同步調整；校正裝置600與錐度導向部510相配合以對旋擰手臂500的位置進行微調，使旋擰手臂500對準主螺栓；壓力檢測裝置700測量豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300之間的作用力大小，根據測得的壓力值控制豎向驅動裝置400與旋轉驅動裝置300同步動作，並使得豎向驅動裝置400輸出力矩，以使旋擰手臂500對主螺栓施力以承擔主螺栓的部分甚至全部重量，以避免螺紋孔受損。根據本發明提供的螺栓旋擰機器人，通過各部件的配合動作，以實現螺栓旋擰機器人控制主螺栓擰入或擰出螺紋孔，從而取代人工手動作業。
[0036]以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
【權利要求】
1.一種螺栓旋擰機器人，其特徵在於:包括主體架、控制裝置、旋轉驅動裝置、豎向驅動裝置及旋擰手臂，所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置設置於所述主體架，且所述旋轉驅動裝置和所述豎向驅動裝置連接於所述控制裝置；所述旋轉驅動裝置連接於所述豎向驅動裝置並在所述豎向驅動裝置驅動下豎向移動，所述旋擰手臂豎向設置，且所述旋擰手臂連接於所述旋轉驅動裝置的輸出端。
2.如權利要求1所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述主體架包括底板，所述底板下側設置有滾輪，所述底板上設置有伺服驅動電機，所述伺服驅動電機控制所述滾輪滾動。
3.如權利要求1所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述螺栓旋擰機器人還包括校正裝置，所述校正裝置包括固定件和連接於所述固定件並可相對所述固定件於水平面內移動的調整件；所述固定件連接於所述豎向驅動裝置並在所述豎向驅動裝置驅動下豎向移動，所述旋轉驅動裝置固定連接於所述調整件；所述旋擰手臂的下部具有錐度導向部。
4.如權利要求3所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述校正裝置還包括中間件，豎向排列設置的所述固定件、所述中間件和所述調整件均呈平板狀結構，且所述固定件、所述中間件和所述調整件均呈水平方向設置；所述固定件和所述中間件通過X嚮導軌和Y嚮導軌的其中一者滑動連接，所述中間件和所述調整件通過X嚮導軌和Y嚮導軌的其中另一者滑動連接。
5.如權利要求4所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述固定件、所述中間件和所述調整件分別對應開設有供所述旋轉驅動裝置通過的避讓孔。
6.如權利要求3所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述校正裝置上下滑動地連接於所述主體架。
7.如權利要求3所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述豎向驅動裝置包括豎向設置的絲杆、螺紋連接所述絲杆的絲母以及驅動所述絲杆旋轉的第一旋轉伺服電機；所述校正裝置的下側連接於所述絲母。
8.如權利要求1所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述螺栓旋擰機器人還包括壓力檢測裝置，所述壓力檢測裝置連接於所述控制裝置；所述壓力檢測裝置的一端連接於所述豎向驅動裝置，所述壓力檢測裝置的另一端連接於所述旋轉驅動裝置；所述壓力檢測裝置測量所述豎向驅動裝置與所述旋轉驅動之間的作用力，所述控制裝置根據所述壓力檢測裝置的測量結果控制所述豎向驅動裝置和所述旋轉驅動裝置動作。
9.如權利要求8所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述控制裝置控制所述豎向驅動裝置輸出力矩，以驅使所述旋擰手臂提拉所述主螺栓。
10.如權利要求1所述的螺栓旋擰機器人，其特徵在於:所述旋轉驅動裝置包括豎向設置的旋轉軸和驅動所述旋轉軸旋轉的第二旋轉伺服電機；所述旋擰手臂連接於所述旋轉軸的下端。
【文檔編號】B23P19/06GK104015044SQ201410264272
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優先權日:2014年6月13日
【發明者】吳玉, 張濤, 王愛麗, 李曉, 李志 , 劉治, 劉青松, 周國豐, 袁任重, 孫綺林, 劉士心, 朱健林 申請人:中科華核電技術研究院有限公司, 中國廣核集團有限公司