CN118023801B - 一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，属于焊接机器人技术领域，包括：机体，所述机体的外部设置有固定环，所述机体远离固定环的一侧设置有两组驱动装置，两组所述驱动装置之间设置有焊接装置，所述驱动装置包括：支撑架，所述支撑架与机体连接，所述焊接装置包括：焊接环，所述焊接环与机体转动连接；两段螺旋管分段在焊接环内汇集接触，随后控制器控制焊接装置启动，焊接装置随即对两段螺旋管分段的交接处进行焊接处理，使得螺旋管分段合并成一条，进而避免了螺旋管先焊接再卷制螺旋时出现弯曲裂纹和断裂的现象，进而提高了螺旋管焊接的质量，并且通过自动化的驱动装置和焊接装置，提高了螺旋管焊接的效率。

Description

一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人

技术领域

本发明涉及焊接机器人技术领域，具体为一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人。

背景技术

氟化工设备偏氟乙烯VDF裂解炉是聚偏氟乙烯PVDF装置核心反应设备，其运行温度大于800℃，要求反应器具备耐高温的同时，与反应介质接触部位需具备催化功能，目前国内外主要采样复合螺旋状盘管作为反应器核心反应场地；

现有的复合螺旋状盘管通常采用分段对接成长管，在将长管一次冷弯成型为螺旋状盘管，但在弯曲的过程中，堆焊层镍基合金材质冷态下强度高塑性低，在进行冷弯成型时极易出现裂纹缺陷及断裂情况，从而导致产品成品率低，耗损高、成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，包括：机体，所述机体的外部设置有固定环，所述机体远离固定环的一侧设置有两组驱动装置，两组所述驱动装置之间设置有焊接装置，所述驱动装置包括：支撑架，所述支撑架与机体连接，所述焊接装置包括：焊接环，所述焊接环与机体转动连接；

工作人员将预先卷制完成的螺旋管分段放入驱动装置中，随后驱动装置将两段螺旋管分段进行移动，两段螺旋管分段在驱动装置的作用下移动，两段螺旋管分段向靠近焊接装置的一侧相向而行，最终两段螺旋管分段在焊接环内汇集接触，随后控制器控制焊接装置启动，焊接装置随即对两段螺旋管分段的交接处进行焊接处理，使得螺旋管分段合并成一条，进而避免了螺旋管先焊接再卷制螺旋时出现弯曲裂纹和断裂的现象，进而提高了螺旋管焊接的质量，并且通过自动化的驱动装置和焊接装置，提高了螺旋管焊接的效率。

优选的，所述支撑架上设置有移动口，所述移动口上设置有若干个驱动槽，若干个所述驱动槽绕着移动口的轴线环绕布置，所述驱动槽内设置有驱动轮，所述驱动轮与驱动槽转动连接，所述驱动槽内设置有一号微型电机，所述一号微型电机的驱动轴连接驱动轮。

优选的，所述焊接环靠近机体的一侧设置有转动架，所述转动架与机体转动连接，所述机体内设置有一号电机，所述一号电机的驱动轴连接转动架，所述转动架靠近焊接环的一侧设置有电磁线圈，所述焊接环内设置有磁导体。

优选的，所述焊接环靠近固定环的一侧对称设置有收纳槽，所述收纳槽内设置有若干个转动柱，若干个所述转动柱绕着收纳槽的轴线环绕布置，所述转动柱上设置有切刀，所述收纳槽中设置有二号微型电机，所述二号微型电机的驱动轴连接转动柱。

优选的，所述焊接环内设置有两组辅助辊，两组所述辅助辊绕着焊接环的轴线环绕布置，所述辅助辊与焊接环转动连接，所述辅助辊靠近焊接环中部的一侧设置有若干个挤压板，若干个所述挤压板绕着焊接环的轴线环绕布置，所述焊接环内设置有推缸，所述推缸的推杆连接挤压板，所述焊接环的中部设置有焊接槽，所述焊接槽内设置有焊接头。

优选的，所述焊接环的两端对称设置有若干个喷口，所述焊接环的内部设置有输水管，所述喷口连通输水管，所述机体内设置有储水腔，所述储水腔内设置有水泵，所述水泵通过管道连通输水管。

优选的，所述固定环的外壁上设置有若干个辅助板，若干个所述辅助板绕着固定环的轴线螺旋环绕布置，所述固定环的外壁上还设置有若干个从动轮，若干个所述从动轮绕着固定环的轴线螺旋环绕布置。

优选的，所述焊接环的内壁上设置有视觉传感器，所述储水腔中设置有加热器；

焊接完成的螺旋管沿着固定环的外壁螺旋布置，而固定环上的辅助板则对焊接完成的螺旋管进行支撑，每段螺旋管焊接完成后，驱动装置将螺旋管向远离焊接装置的一侧移动，使得螺旋管绕着固定环的轴线进行螺旋上升运动，螺旋管运动的过程中，固定环外侧的从动轮在螺旋管移动的时候转动，便于螺旋管沿着固定环的外壁进行移动，从而实现了管道螺旋爬行，进而避免了螺旋管与固定环的硬接触；

当螺旋管需要继续进行分段焊接时，控制器控制两侧驱动槽中的一号微型电机启动，一号微型电机的驱动轴带动驱动轮转动，使得两侧的螺旋管向靠近焊接环的一侧移动，此时焊接环在转动架的作用下抬升，使得焊接环不在两个支撑架之间的空间中；

由于螺旋管对接时，端面存在多余空间，当需要进行对接焊的螺旋管的多余位置移动至支撑架的外侧后，控制器控制收纳槽中的二号微型电机启动，二号微型电机的驱动轴带动转动柱转动，转动柱转动的过程中，转动柱带动切刀转动，若干个切刀向远离收纳槽的一侧转动，使得切刀伸出收纳槽，随后控制器控制转动架中的电磁线圈通电，电磁线圈通电后，由于焊接环内设置有磁导体，电磁线圈通电后产生磁力，磁力带动焊接环转动，焊接环转动时带动切刀转动；

随后控制器控制一号微型电机启动，若干个驱动轮将螺旋管进行固定，随后控制器控制机体内的一号电机启动，一号电机的驱动轴带动转动架转动，转动架随即向靠近支撑架的一侧转动，转动架转动时带动焊接环传动，焊接环向两个支撑架之间的空间移动，焊接环移动时带动切刀移动，切刀在移动的过程中与螺旋管多余部分接触，随即切刀将螺旋管的多余部分切下，使得两侧螺旋管的端面达到对接状态，当切割完成后，此时焊接环移动至两个支撑架之间的空间中，使得焊接环的轴线与支撑架的轴线处于重合状态，随后控制器控制二号微型电机启动，二号微型电机的驱动轴带动转动柱反转，转动柱反转后带动切刀复位，使得切刀收缩至收纳槽中；

在切刀切割前，控制器控制储水腔中的加热器启动，加热器对储水腔中的水进行加热，当切刀进行切割时，控制器控制储水腔中的水泵启动，水泵将储水腔中的水进行抽取，随后通过管道输送至输水管中，再通过输水管输送至喷口中，最终从喷口中向靠近螺旋管的一侧喷出，由于切刀在对螺旋管进行切割的过程中会产生高温，水喷向螺旋管中，对螺旋管和切刀进行降温处理，然而由于喷出的水携带有热量，使得较高温度的水缓解了螺旋管切割时的温度流失，使得螺旋管的切割面温度残留，进而使得螺旋管的焊接面进行预热处理，便于后续的螺旋管端面焊接；

当螺旋管的多余部分切割完成后，控制器控制一号微型电机启动，一号微型电机的驱动轴随即带动驱动轮转动，两组驱动轮再次相向转动，使得两段螺旋管伸入至焊接环中，并由焊接环的两端向焊接环的中部移动，最后两段螺旋管的焊接面在焊接环的中部完成对接接触，随后控制器控制焊接环内壁上的视觉传感器启动，视觉传感器随即将螺旋管对接的图片信号转变为电信号，并传递至控制器，控制器对其进行分析，确定两端螺旋管的焊接端面对接完成，从而实现了自动定位的功能；

随后控制器控制焊接环中的推缸启动，推缸的推杆随即带动挤压板移动，挤压板随即对螺旋管进行压紧固定，随后控制器控制焊接槽中的焊接头启动，焊接头在焊接环转动的过程中，对螺旋管进行焊接处理，螺旋管进行焊接的过程中，喷口再次喷出水，水在焊接环的两端形成两组水雾墙，两组水雾墙与焊接环的环壁共同组合成了一个焊接的密闭空间，使得焊接产生的烟气被封存在此密闭空间中，进而避免了焊接气体飘散出去，影响工作人员的身心健康，进而保证了焊接处于密闭空间，从而提高焊接的质量，若有部分烟气向水雾墙靠近，水雾墙中的水会对烟气进行冲刷处理，烟气中的杂质会在水流的作用下被裹挟带走，从而实现了烟气中的杂质与烟气进行分离的效果，从而净化了烟气，当焊接完成后，控制器控制驱动装置同步转动，焊接完成的螺旋管冲焊接环中输出。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.切刀在对螺旋管的多余部分进行切割的过程中，喷口喷出的水对螺旋管的切割面和切刀进行降温，同时由于喷出的水携带有温度，使得切割面在切割时的高温不会很快的消散，使得切割面利用切割时的温度进行预热处理，从而提高了后续焊接的质量，减少了焊接时热影响的形变量；在螺旋管进行焊接的过程中，喷口喷出的水在焊接环的两侧形成水雾墙，两组水雾墙与焊接环的环壁共同组合成了一个焊接的密闭空间，使得焊接产生的烟气被封存在此密闭空间中，进而避免了焊接气体飘散出去，影响工作人员的身心健康，进而保证了焊接处于密闭空间，从而提高焊接的质量，若有部分烟气向水雾墙靠近，水雾墙中的水会对烟气进行冲刷处理，烟气中的杂质会在水流的作用下被裹挟带走，从而实现了烟气中的杂质与烟气进行分离的效果，从而净化了烟气。

2.先将基管曲成所需螺旋状，通过焊接机器人在螺旋状态下进行表面堆焊，解决焊接后弯曲裂纹及断裂问题，实现自动化作业，提高焊接的效率，避免了在进行冷弯成型时极易出现裂纹缺陷及断裂情况。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的主体图；

图2是本发明处于未工作时的结构示意图；

图3是本发明处于工作时的结构示意图；

图4是本发明处于工作时的内部结构示意图；

图5是本发明处于工作时的内部正视图；

图6是本发明处于切割状态时的结构示意图；

图中：1、机体；11、固定环；

2、驱动装置；21、支撑架；22、移动口；23、驱动槽；24、驱动轮；

3、焊接装置；31、焊接环；32、转动架；33、收纳槽；331、转动柱；34、切刀；35、辅助辊；36、挤压板；37、焊接槽；38、喷口；39、输水管。

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。基于本发明中的实施例，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-图6，本发明提供技术方案：

一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，包括：机体1，所述机体1的外部设置有固定环11，所述机体1远离固定环11的一侧设置有两组驱动装置2，两组所述驱动装置2之间设置有焊接装置3，所述驱动装置2包括：支撑架21，所述支撑架21与机体1连接，所述焊接装置3包括：焊接环31，所述焊接环31与机体1转动连接。

作为本发明的一种具体实施方式，所述固定环11的外壁上设置有若干个辅助板，若干个所述辅助板绕着固定环11的轴线螺旋环绕布置，所述固定环11的外壁上还设置有若干个从动轮，若干个所述从动轮绕着固定环11的轴线螺旋环绕布置；所述焊接环31的内壁上设置有视觉传感器。

作为本发明的一种具体实施方式，所述支撑架21上设置有移动口22，所述移动口22上设置有若干个驱动槽23，若干个所述驱动槽23绕着移动口22的轴线环绕布置，所述驱动槽23内设置有驱动轮24，所述驱动轮24与驱动槽23转动连接，所述驱动槽23内设置有一号微型电机，所述一号微型电机的驱动轴连接驱动轮24。

作为本发明的一种具体实施方式，所述焊接环31靠近机体1的一侧设置有转动架32，所述转动架32与机体1转动连接，所述机体1内设置有一号电机，所述一号电机的驱动轴连接转动架32，所述转动架32靠近焊接环31的一侧设置有电磁线圈，所述焊接环31内设置有磁导体。

作为本发明的一种具体实施方式，所述焊接环31靠近固定环11的一侧对称设置有收纳槽33，所述收纳槽33内设置有若干个转动柱331，若干个所述转动柱331绕着收纳槽33的轴线环绕布置，所述转动柱331上设置有切刀34，所述收纳槽33中设置有二号微型电机，所述二号微型电机的驱动轴连接转动柱331。

作为本发明的一种具体实施方式，所述焊接环31内设置有两组辅助辊35，两组所述辅助辊35绕着焊接环31的轴线环绕布置，所述辅助辊35与焊接环31转动连接，所述辅助辊35靠近焊接环31中部的一侧设置有若干个挤压板36，若干个所述挤压板36绕着焊接环31的轴线环绕布置，所述焊接环31内设置有推缸，所述推缸的推杆连接挤压板36，所述焊接环31的中部设置有焊接槽37，所述焊接槽37内设置有焊接头。

作为本发明的一种具体实施方式，所述焊接环31的两端对称设置有若干个喷口38，所述焊接环31的内部设置有输水管39，所述喷口38连通输水管39，所述机体1内设置有储水腔，所述储水腔内设置有水泵，所述水泵通过管道连通输水管39，所述储水腔中设置有加热器。

本发明的工作原理：

焊接完成的螺旋管沿着固定环11的外壁螺旋布置，而固定环11上的辅助板则对焊接完成的螺旋管进行支撑，每段螺旋管焊接完成后，驱动装置2将螺旋管向远离焊接装置3的一侧移动，使得螺旋管绕着固定环11的轴线进行螺旋上升运动，螺旋管运动的过程中，固定环11外侧的从动轮在螺旋管移动的时候转动，便于螺旋管沿着固定环11的外壁进行移动，从而实现了管道螺旋爬行，进而避免了螺旋管与固定环11的硬接触；

当螺旋管需要继续进行分段焊接时，控制器控制两侧驱动槽23中的一号微型电机启动，一号微型电机的驱动轴带动驱动轮24转动，使得两侧的螺旋管向靠近焊接环31的一侧移动，此时焊接环31在转动架32的作用下抬升，使得焊接环31不在两个支撑架21之间的空间中；

由于螺旋管对接时，端面存在多余空间，当需要进行对接焊的螺旋管的多余位置移动至支撑架21的外侧后，控制器控制收纳槽33中的二号微型电机启动，二号微型电机的驱动轴带动转动柱331转动，转动柱331转动的过程中，转动柱331带动切刀34转动，若干个切刀34向远离收纳槽33的一侧转动，使得切刀34伸出收纳槽33，随后控制器控制转动架32中的电磁线圈通电，电磁线圈通电后，由于焊接环31内设置有磁导体，电磁线圈通电后产生磁力，磁力带动焊接环31转动，焊接环31转动时带动切刀34转动；

随后控制器控制一号微型电机启动，若干个驱动轮24将螺旋管进行固定，随后控制器控制机体1内的一号电机启动，一号电机的驱动轴带动转动架32转动，转动架32随即向靠近支撑架21的一侧转动，转动架32转动时带动焊接环31传动，焊接环31向两个支撑架21之间的空间移动，焊接环31移动时带动切刀34移动，切刀34在移动的过程中与螺旋管多余部分接触，随即切刀34将螺旋管的多余部分切下，使得两侧螺旋管的端面达到对接状态，当切割完成后，此时焊接环31移动至两个支撑架21之间的空间中，使得焊接环31的轴线与支撑架21的轴线处于重合状态，随后控制器控制二号微型电机启动，二号微型电机的驱动轴带动转动柱331反转，转动柱331反转后带动切刀34复位，使得切刀34收缩至收纳槽33中；

在切刀34切割前，控制器控制储水腔中的加热器启动，加热器对储水腔中的水进行加热，当切刀34进行切割时，控制器控制储水腔中的水泵启动，水泵将储水腔中的水进行抽取，随后通过管道输送至输水管39中，再通过输水管39输送至喷口38中，最终从喷口38中向靠近螺旋管的一侧喷出，由于切刀34在对螺旋管进行切割的过程中会产生高温，水喷向螺旋管中，对螺旋管和切刀34进行降温处理，然而由于喷出的水携带有热量，使得较高温度的水缓解了螺旋管切割时的温度流失，使得螺旋管的切割面温度残留，进而使得螺旋管的焊接面进行预热处理，便于后续的螺旋管端面焊接；

当螺旋管的多余部分切割完成后，控制器控制一号微型电机启动，一号微型电机的驱动轴随即带动驱动轮24转动，两组驱动轮24再次相向转动，使得两段螺旋管伸入至焊接环31中，并由焊接环31的两端向焊接环31的中部移动，最后两段螺旋管的焊接面在焊接环31的中部完成对接接触，随后控制器控制焊接环31内壁上的视觉传感器启动，视觉传感器随即将螺旋管对接的图片信号转变为电信号，并传递至控制器，控制器对其进行分析，确定两端螺旋管的焊接端面对接完成；

随后控制器控制焊接环31中的推缸启动，推缸的推杆随即带动挤压板36移动，挤压板36随即对螺旋管进行压紧固定，随后控制器控制焊接槽37中的焊接头启动，焊接头在焊接环31转动的过程中，对螺旋管进行焊接处理，螺旋管进行焊接的过程中，喷口38再次喷出水，水在焊接环31的两端形成两组水雾墙，两组水雾墙与焊接环31的环壁共同组合成了一个焊接的密闭空间，使得焊接产生的烟气被封存在此密闭空间中，进而避免了焊接气体飘散出去，影响工作人员的身心健康，进而保证了焊接处于密闭空间，若有部分烟气向水雾墙靠近，水雾墙中的水会对烟气进行冲刷处理，烟气中的杂质会在水流的作用下被裹挟带走，从而净化了烟气，当焊接完成后，控制器控制驱动装置2同步转动，焊接完成的螺旋管冲焊接环31中输出。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种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、物品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，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，其特征在于：包括：机体(1)，所述机体(1)的外部设置有固定环(11)，所述机体(1)远离固定环(11)的一侧设置有两组驱动装置(2)，两组所述驱动装置(2)之间设置有焊接装置(3)，所述驱动装置(2)包括：支撑架(21)，所述支撑架(21)与机体(1)连接，所述焊接装置(3)包括：焊接环(31)，所述焊接环(31)与机体(1)转动连接；所述焊接环(31)的内壁上设置有视觉传感器；

所述支撑架(21)上设置有移动口(22)，所述移动口(22)上设置有若干个驱动槽(23)，若干个所述驱动槽(23)绕着移动口(22)的轴线环绕布置，所述驱动槽(23)内设置有驱动轮(24)，所述驱动轮(24)与驱动槽(23)转动连接，所述驱动槽(23)内设置有一号微型电机，所述一号微型电机的驱动轴连接驱动轮(24)；

所述焊接环(31)靠近机体(1)的一侧设置有转动架(32)，所述转动架(32)与机体(1)转动连接，所述机体(1)内设置有一号电机，所述一号电机的驱动轴连接转动架(32)，所述转动架(32)靠近焊接环(31)的一侧设置有电磁线圈，所述焊接环(31)内设置有磁导体；

所述焊接环(31)靠近固定环(11)的一侧对称设置有收纳槽(33)，所述收纳槽(33)内设置有若干个转动柱(331)，若干个所述转动柱(331)绕着收纳槽(33)的轴线环绕布置，所述转动柱(331)上设置有切刀(34)，所述收纳槽(33)中设置有二号微型电机，所述二号微型电机的驱动轴连接转动柱(331)；

所述焊接环(31)内设置有两组辅助辊(35)，两组所述辅助辊(35)绕着焊接环(31)的轴线环绕布置，所述辅助辊(35)与焊接环(31)转动连接，所述辅助辊(35)靠近焊接环(31)中部的一侧设置有若干个挤压板(36)，若干个所述挤压板(36)绕着焊接环(31)的轴线环绕布置，所述焊接环(31)内设置有推缸，所述推缸的推杆连接挤压板(36)，所述焊接环(31)的中部设置有焊接槽(37)，所述焊接槽(37)内设置有焊接头；

所述焊接环(31)的两端对称设置有若干个喷口(38)，所述焊接环(31)的内部设置有输水管(39)，所述喷口(38)连通输水管(39)，所述机体(1)内设置有储水腔，所述储水腔内设置有水泵，所述水泵通过管道连通输水管(39)。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，其特征在于：所述固定环(11)的外壁上设置有若干个辅助板，若干个所述辅助板绕着固定环(11)的轴线螺旋环绕布置，所述固定环(11)的外壁上还设置有若干个从动轮，若干个所述从动轮绕着固定环(11)的轴线螺旋环绕布置。

3.根据权利要求1所述的一种具有自动定位功能的管道螺旋爬行焊接机器人，其特征在于：所述储水腔中设置有加热器。