CN111203663A - 一种智能化管道自动焊接***及方法 - Google Patents

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张新宇
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Abstract

本发明公开了一种智能化管道自动焊接***及方法，涉及化工工程的自动焊接领域，包括焊接车体，两个固定机械手臂，一个焊接机械手臂，所述固定机械手臂包括关节A、关节B、关节C，所述焊接机械手臂包括关节As、关节Bs、关节Cs，所述固定机械手臂固定于焊接车体上，所述焊接机械手臂固定于焊接车体上，基于4G通信模块的固定式机械手、自动焊接机器人和摄像头，其中固定机械手用于抓取待焊接的管道并抬高，自动焊接机进行管道的自动焊接，整个焊接过程的关键数据可通过4G模块上传至云平台，实现施工现场数据的实时采集与管理同步。

Description

一种智能化管道自动焊接***及方法
技术领域
本发明涉及化工工程的自动焊接领域，特别涉及一种智能化管道自动焊接***及方法。
背景技术
石化生产装置区内管道数量很多，一般大型装置区的管道焊接寸径达到100多万，现在现场的焊接方式都为人工焊接，效率低、成本高且焊接质量不稳定，严重制约了装置区的交付投运时间。而自动焊接机器人一般都是固定在生产线上使用，不能随时移动以适合现场施工；且现场的管道多为贴地铺设，需要架空并保证两管之间的对口精度才能实施自动焊接。
公开号为CN110480202A的专利公开了一种钢管对接自动焊接方法、存储介质、装置，但是不能移动和实时监控；公开号为CN110091029A的专利公开了双焊炬智能焊接***，但是未能体现焊接时如何自动对接的难点的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种智能化管道自动焊接***及方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种智能化管道自动焊接***，包括焊接车体，两个固定机械手臂，一个焊接机械手臂，所述固定机械手臂包括关节A、关节B、关节C，所述焊接机械手臂包括关节As、关节Bs、关节Cs，其中：
焊接车体：承载固定机械手臂和焊接机械手臂，且可以移动；
固定机械手臂：用于抓取管道并完成对接；关节A负责x轴和z轴方向的移动，关节B负责y轴方向的移动，关节C只负责抓取；
焊接机械手臂：用于完成焊接，关节As负责z轴方向的移动，关节Bs负责y轴方向的移动，关节Cs负责y轴方向的移动；
所述固定机械手臂固定于焊接车体上，所述焊接机械手臂固定于焊接车体上。
优选的，所述固定机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节A、关节B上分别设置有位移传感器，其中关节A上设置有x方向和角度两个位移传感器，关节B上设置有角度传感器。
优选的，所述移动机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节As、关节Bs、关节Cs上均设有位移传感器，其中关节As设有角度位移传感器，关节Bs关节上设有角度位移传感器，关节Cs上设有角度位移传感器。
优选的，还包括机械手臂控制器，用于机械手臂的自动控制，采用一用一备模式，在一个本地控制器出现故障的情况下会切换到备用控制器，各传感器信息会同步给备用控制器。
优选的，还包括焊接控制***，具体包括4G摄像装置、4G数据传输模块、总监视平台、焊接***平台总控制器、焊接平台***电源，其中：
4G摄像装置：负责将现场的图像画面传送给总监视平台；
4G数据传输模块：负责将机械手臂的数据通过4G无线通信发送给总监视平台；
总监视平台：用于检测现场数据和现场图像画面，不做任何控制操作；
焊接平台总控制器：负责电源切换，机械手臂的数据接收和传输，急停和故障报警；
焊接平台***电源：为各模块提供供电；
所述4G摄像装置通过4G无线网络与总监视平台连接，将现场画面传输给总监视平台；4G数据传输模块通过4G无线网络与总监视平台连接，将本地参数传输给总监视平台；焊接***平台总控制器与4G数据传输模块电连接，将本地参数传输给4G数据传输模块；焊接平台***电源与焊接***平台总控制器和4G数据传输模块电连接，为***提供电源。
优选的，焊接控制***还包括焊接***急停装置、焊接***手动装置，其中：
焊接***急停装置：在***出现故障的状态下，人为按下急停按钮，***进入急停状态，自动控制和手动控制都不起作用；
焊接***手动装置：在自动控制***出现故障的情况下人为切换到手动，在手动状态下，自动控制不起作用；
所述焊接***急停装置与焊接***平台总控制器电连接；焊接***手动装置与焊接***平台总控制器电连接。
所述驱动装置为伺服电机或者液压缸驱动。
优选的，焊接***平台总控制器分散控制如下3个***：
第一***包括：固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂1驱动装置，固定机械手臂1本地控制器与固定机械手臂1传感器连接，固定机械手臂1传感器与固定机械手臂1驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂1本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂1本地控制器根据固定机械手臂1传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂1驱动装置；固定机械手臂1传感器的功能是检测固定机械手臂1驱动装置的位移信息；固定机械手臂1驱动装置的功能是驱动固定机械手臂1移动；
第二***包括：固定机械手臂2本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂2驱动装置，固定机械手臂2本地控制器与固定机械手臂2传感器连接，固定机械手臂2传感器与固定机械手臂2驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂2本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂2本地控制器根据固定机械手臂2传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂2驱动装置；固定机械手臂2传感器的功能是检测固定机械手臂2驱动装置的位移信息；固定机械手臂2驱动装置的功能是驱动固定机械手臂2移动；
第三***包括：焊接机械手臂本地控制器、焊接机械手臂传感器、焊接机械手臂驱动装置，焊接机械手臂本地控制器与焊接机械手臂传感器连接，焊接机械手臂传感器与焊接机械手臂驱动装置连接，三者形成闭环，焊接机械手臂本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；焊接机械手臂本地控制器根据焊接机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；焊接机械手臂1传感器的功能是检测焊接机械手臂驱动装置的位移信息；焊接机械手臂1驱动装置的功能是驱动焊接机械手臂移动。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种智能化管道自动焊接方法，根据上述所述的智能化管道自动焊接***，智能化管道自动焊接方法采用分散控制策略，具体方法如下：
S1：焊接***平台总控制器向固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂2本地控制器发出管道自动对接命令；
S2：机械手臂1本地控制器和固定机械手臂2本地控制器同时开始根据各自机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；
S3：焊接机械手臂驱动装置1和焊接机械手臂驱动装置2根据各自本地控制器指令驱动机械手臂移动待焊接管道；
S4：焊接机械手臂1和焊接机械手臂2将待焊接管道移动到设定位置并对接完成后向焊接***平台总控制器发送对接完成信息；
S5：焊接***平台总控制器向焊接机械手臂本地控制器发送焊接指令；
S6：焊接机械手臂开始焊接，焊接完成后向焊接***平台总控制器发送焊接完成信息。
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
智能化管道自动焊接平台包括三个部分：基于4G通信模块的固定式机械手、自动焊接机器人和摄像头。其中固定机械手用于抓取待焊接的管道并抬高，自动焊接机进行管道的自动焊接，摄像头属于可选部分，可用于焊接过程的记录与检验。整个焊接过程的关键数据可通过4G模块上传至云平台，实现施工现场数据的实时采集与管理同步。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的智能化管道自动焊接控制总***示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的智能化管道自动焊接***示意图；
图中：1—焊接车体，2—固定机械手臂，3—焊接机械手臂，4—机械手爪，5—焊接枪，A—关节A，B—关节B，C—关节C，As—关节As，Bs—关节Bs，Cs—关节Cs。
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
如图2所示一种智能化管道自动焊接***，包括焊接车体1，两个固定机械手臂2，一个焊接机械手臂3，所述固定机械手臂2包括关节A、关节B、关节C，所述焊接机械手臂3包括关节As、关节Bs、关节Cs，其中，焊接车体用于承载固定机械手臂和焊接机械手臂，且可以移动；固定机械手臂用于抓取管道并完成对接；关节A负责x轴和z轴方向的移动；关节B负责y轴方向的移动；关节C只负责抓取；焊接机械手臂：用于完成焊接，关节As负责z轴方向的移动；关节Bs负责y轴方向的移动；关节Cs负责y轴方向的移动，所述固定机械手臂固定于焊接车体上，所述焊接机械手臂固定于焊接车体上。
根据上述方案，进一步，所述固定机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节A、关节B上分别设置有位移传感器，其中关节A上设置有x方向和角度两个位移传感器，关节B上设置有角度传感器。
根据上述方案，进一步，所述移动机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节As、关节Bs、关节Cs上均设有位移传感器，其中关节As设有角度位移传感器，关节Bs关节上设有角度位移传感器，关节Cs上设有角度位移传感器。
根据上述方案，进一步，还包括机械手臂控制器，用于机械手臂的自动控制，采用一用一备模式，在一个本地控制器出现故障的情况下会切换到备用控制器，各传感器信息会同步给备用控制器。
根据上述方案，进一步，如图1所示，还包括焊接控制***，具体包括4G摄像装置、4G数据传输模块、总监视平台、焊接***平台总控制器、焊接平台***电源，其中：
4G摄像装置：负责将现场的图像画面传送给总监视平台；
4G数据传输模块：负责将机械手臂的数据通过4G无线通信发送给总监视平台；
总监视平台：用于检测现场数据和现场图像画面，不做任何控制操作。
焊接平台总控制器：负责电源切换，机械手臂的数据接收和传输，急停和故障报警；
焊接平台***电源：为各模块提供供电；
所述4G摄像装置通过4G无线网络与总监视平台连接，将现场画面传输给总监视平台；4G数据传输模块通过4G无线网络与总监视平台连接，将本地参数传输给总监视平台；焊接***平台总控制器与4G数据传输模块电连接，将本地参数传输给4G数据传输模块；焊接平台***电源与焊接***平台总控制器和4G数据传输模块电连接，为***提供电源。
根据上述方案，进一步，焊接控制***还包括焊接***急停装置、焊接***手动装置，其中：
焊接***急停装置：在***出现故障的状态下，人为按下急停按钮，***进入急停状态，自动控制和手动控制都不起作用。
焊接***手动装置：在自动控制***出现故障的情况下人为切换到手动，在手动状态下，自动控制不起作用。
所述焊接***急停装置与焊接***平台总控制器电连接；焊接***手动装置与焊接***平台总控制器电连接。
所述驱动装置为伺服电机或者液压缸驱动。
根据上述方案，进一步，如图1所示，焊接***平台总控制器分散控制如下3个***：
第一***包括：固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂1驱动装置，固定机械手臂1本地控制器与固定机械手臂1传感器连接，固定机械手臂1传感器与固定机械手臂1驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂1本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂1本地控制器根据固定机械手臂1传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂1驱动装置；固定机械手臂1传感器的功能是检测固定机械手臂1驱动装置的位移信息；固定机械手臂1驱动装置的功能是驱动固定机械手臂1移动；
第二***包括：固定机械手臂2本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂2驱动装置，固定机械手臂2本地控制器与固定机械手臂2传感器连接，固定机械手臂2传感器与固定机械手臂2驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂2本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂2本地控制器根据固定机械手臂2传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂2驱动装置；固定机械手臂2传感器的功能是检测固定机械手臂2驱动装置的位移信息；固定机械手臂2驱动装置的功能是驱动固定机械手臂2移动；
第三***包括：焊接机械手臂本地控制器、焊接机械手臂传感器、焊接机械手臂驱动装置，焊接机械手臂本地控制器与焊接机械手臂传感器连接，焊接机械手臂传感器与焊接机械手臂驱动装置连接，三者形成闭环，焊接机械手臂本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；焊接机械手臂本地控制器根据焊接机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；焊接机械手臂1传感器的功能是检测焊接机械手臂驱动装置的位移信息；焊接机械手臂1驱动装置的功能是驱动焊接机械手臂移动。
本发明第二方面还公开了一种智能化管道自动焊接方法的实施例，根据上述方案所述的智能化管道自动焊接***，智能化管道自动焊接方法采用分散控制策略，具体方法如下：
S1：焊接***平台总控制器向固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂2本地控制器发出管道自动对接命令；
S2：机械手臂1本地控制器和固定机械手臂2本地控制器同时开始根据各自机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；
S3：焊接机械手臂驱动装置1和焊接机械手臂驱动装置2根据各自本地控制器指令驱动机械手臂移动待焊接管道；
S4：焊接机械手臂1和焊接机械手臂2将待焊接管道移动到设定位置并对接完成后向焊接***平台总控制器发送对接完成信息；
S5：焊接***平台总控制器向焊接机械手臂本地控制器发送焊接指令；
S6：焊接机械手臂开始焊接，焊接完成后向焊接***平台总控制器发送焊接完成信息。
智能化管道自动焊接平台包括三个部分：基于4G通信模块的固定式机械手、自动焊接机器人和摄像头。其中固定机械手用于抓取待焊接的管道并抬高，自动焊接机进行管道的自动焊接，摄像头属于可选部分，可用于焊接过程的记录与检验。整个焊接过程的关键数据可通过4G模块上传至云平台，实现施工现场数据的实时采集与管理同步。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种智能化管道自动焊接***，其特征在于，包括焊接车体，两个固定机械手臂，一个焊接机械手臂，所述固定机械手臂包括关节A、关节B、关节C，所述焊接机械手臂包括关节As、关节Bs、关节Cs，其中：
焊接车体：承载固定机械手臂和焊接机械手臂，且可以移动；
固定机械手臂：用于抓取管道并完成对接；关节A负责x轴和z轴方向的移动，关节B负责y轴方向的移动，关节C只负责抓取；
焊接机械手臂：用于完成焊接，关节As负责z轴方向的移动，关节Bs负责y轴方向的移动，关节Cs负责y轴方向的移动；
所述固定机械手臂固定于焊接车体上，所述焊接机械手臂固定于焊接车体上。
2.根据权利要求1所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，所述固定机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节A、关节B上分别设置有位移传感器，其中关节A上设置有x方向和角度两个位移传感器，关节B上设置有角度传感器。
3.根据权利要求1所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，
所述移动机械手臂的各个关节由驱动装置驱动，关节As、关节Bs、关节Cs上均设有位移传感器，其中关节As设有角度位移传感器，关节Bs关节上设有角度位移传感器，关节Cs上设有角度位移传感器。
4.根据权利要求1-3任一所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，还包括机械手臂控制器，用于机械手臂的自动控制，采用一用一备模式，在一个本地控制器出现故障的情况下会切换到备用控制器，各传感器信息会同步给备用控制器。
5.根据权利要求1-3任一所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，还包括焊接控制***，具体包括4G摄像装置、4G数据传输模块、总监视平台、焊接***平台总控制器、焊接平台***电源，其中：
4G摄像装置：负责将现场的图像画面传送给总监视平台；
4G数据传输模块：负责将机械手臂的数据通过4G无线通信发送给总监视平台；
总监视平台：用于检测现场数据和现场图像画面，不做任何控制操作；
焊接平台总控制器：负责电源切换，机械手臂的数据接收和传输，急停和故障报警；
焊接平台***电源：为各模块提供供电；
所述4G摄像装置通过4G无线网络与总监视平台连接，将现场画面传输给总监视平台；4G数据传输模块通过4G无线网络与总监视平台连接，将本地参数传输给总监视平台；焊接***平台总控制器与4G数据传输模块电连接，将本地参数传输给4G数据传输模块；焊接平台***电源与焊接***平台总控制器和4G数据传输模块电连接，为***提供电源。
6.根据权利要求5所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，焊接控制***还包括焊接***急停装置、焊接***手动装置，其中：
焊接***急停装置：在***出现故障的状态下，人为按下急停按钮，***进入急停状态，自动控制和手动控制都不起作用；
焊接***手动装置：在自动控制***出现故障的情况下人为切换到手动，在手动状态下，自动控制不起作用；
所述焊接***急停装置与焊接***平台总控制器电连接；焊接***手动装置与焊接***平台总控制器电连接。
7.根据权利要求2所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，所述驱动装置为伺服电机或者液压缸驱动。
8.根据权利要求5所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，焊接***平台总控制器分散控制如下3个***：
第一***包括：固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂1驱动装置，固定机械手臂1本地控制器与固定机械手臂1传感器连接，固定机械手臂1传感器与固定机械手臂1驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂1本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂1本地控制器根据固定机械手臂1传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂1驱动装置；固定机械手臂1传感器的功能是检测固定机械手臂1驱动装置的位移信息；固定机械手臂1驱动装置的功能是驱动固定机械手臂1移动；
第二***包括：固定机械手臂2本地控制器、固定机械手臂1传感器、固定机械手臂2驱动装置，固定机械手臂2本地控制器与固定机械手臂2传感器连接，固定机械手臂2传感器与固定机械手臂2驱动装置连接，三者形成闭环，固定机械手臂2本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；固定机械手臂2本地控制器根据固定机械手臂2传感器检测到的位移信息来控制固定机械手臂2驱动装置；固定机械手臂2传感器的功能是检测固定机械手臂2驱动装置的位移信息；固定机械手臂2驱动装置的功能是驱动固定机械手臂2移动；
第三***包括：焊接机械手臂本地控制器、焊接机械手臂传感器、焊接机械手臂驱动装置，焊接机械手臂本地控制器与焊接机械手臂传感器连接，焊接机械手臂传感器与焊接机械手臂驱动装置连接，三者形成闭环，焊接机械手臂本地控制器与焊接***平台总控制器控制连接；焊接机械手臂本地控制器根据焊接机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；焊接机械手臂1传感器的功能是检测焊接机械手臂驱动装置的位移信息；焊接机械手臂1驱动装置的功能是驱动焊接机械手臂移动。
9.一种智能化管道自动焊接方法，根据权利要求1-9所述的智能化管道自动焊接***，其特征在于，智能化管道自动焊接方法采用分散控制策略，具体方法如下：
S1：焊接***平台总控制器向固定机械手臂1本地控制器、固定机械手臂2本地控制器发出管道自动对接命令；
S2：机械手臂1本地控制器和固定机械手臂2本地控制器同时开始根据各自机械手臂传感器检测到的位移信息来控制焊接机械手臂驱动装置；
S3：焊接机械手臂驱动装置1和焊接机械手臂驱动装置2根据各自本地控制器指令驱动机械手臂移动待焊接管道；
S4：焊接机械手臂1和焊接机械手臂2将待焊接管道移动到设定位置并对接完成后向焊接***平台总控制器发送对接完成信息；
S5：焊接***平台总控制器向焊接机械手臂本地控制器发送焊接指令；
S6：焊接机械手臂开始焊接，焊接完成后向焊接***平台总控制器发送焊接完成信息。
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