CN213105233U - 一种大型管道自动焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种大型管道自动焊接机器人，用于焊接管道，包括沿管道周向设置的导轨、沿所述导轨行走的车体和控制所述车体行走的控制器，从车体左侧或右侧伸出有焊臂，所述焊臂末端设置有上下方向和左右方向移动的焊枪，所述控制器还控制焊枪的移动，从俯视方向观察、在车体上与焊枪左右方向对齐的位置处设置有角度传感器，所述角度传感器与控制器通信连接。其可感知多种焊接工况以便进行相应焊接工艺，且运行稳定可靠、体积小巧、使用寿命较高。

Description

一种大型管道自动焊接机器人

技术领域

本实用新型涉及自动焊接技术领域，尤其涉及一种大型管道自动焊接机器人。

背景技术

随着工业企业生产节奏的加快，对输送管道提出了新的要求，管道的口径越来越大，输送介质的压力也越来越高，因此对管道焊接质量及技术提出了更高的要求，目前大部分工业企业仍然使用手工焊接技术，该技术焊接效率较低，且焊接质量受人为因素影响较大，焊接缺陷常常产生，会影响整个工程质量安全，为消除缺陷而进行的返工也降低整体作业效率。因此，使用焊接机器人的自动焊接技术应运而生。

当今对于管道的自动焊接，通常采用的具体形式是：将两段待焊管道打坡口后以一定间隔缝隙对齐摆放并固定，随后在管道上固定可沿管道圆周方向移动的焊接机器人，从而使焊接机器人在两管道之间的间隔缝隙上进行填缝焊接。但由于这种对水平固定的管道焊接涉及平焊、仰焊、立焊、爬坡焊等各种焊接工况，现有的管道自动焊接机器人较为死板单一，难以应对多种工况；尤其对于在管径600mm以上的大型管道，仰焊、立焊等多种焊接工况下的焊缝长度变得相对较长，其对焊接质量的影响将越发明显，现有的自动焊接机器人难以应对各种焊接工况以提供足够好的焊接质量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可感知多种焊接工况以便进行相应焊接工艺的大型管道自动焊接机器人。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种大型管道自动焊接机器人，用于焊接管道，包括沿管道周向设置的导轨、沿所述导轨行走的车体和控制所述车体行走的控制器，从车体左侧或右侧伸出有焊臂，所述焊臂末端设置有上下方向和左右方向移动的焊枪，所述控制器还控制焊枪的移动，从俯视方向观察、在车体上与焊枪左右方向对齐的位置处设置有角度传感器，所述角度传感器与控制器通信连接。

进一步的：所述导轨为条带状，所述车体设置有卡接机构，所述卡接机构卡接在条带状的导轨的侧边，在导轨的底面上沿长度方向均布有立柱。

进一步的：所述立柱为螺柱，在导轨的底面上开设有与立柱相配合的通孔，立柱穿过所述通孔并通过螺母与导轨固定连接。

进一步的：在所述车体的底面设置有由所述控制器控制转动的齿轮，在导轨的条带面上设置有与齿轮相配合的齿槽。

进一步的：所述齿轮为圆弧齿轮。

进一步的：所述齿槽设置在导轨宽度方向的中部，在齿槽的两侧分别设有所述立柱。

进一步的：在所述立柱至导轨的侧边之间具有平滑带面，所述卡接机构包括与车体连接的导轮，所述导轮在轮面上设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述平滑带面上。

进一步的：所述卡槽为V形槽。

进一步的：所述卡接机构还包括在车体两侧分别设置的滑块，所述滑块与车体左右滑动连接且与导轮转动连接。

进一步的：在滑块的前后两端分别设置有导轮，两个所述滑块的中部分别铰接有连杆，所述卡接机构还包括以前后方向固定在车体上的气缸和设置在气缸的气缸杆末端的推块，两个所述连杆均铰接在所述推块上。

通过采用上述技术方案，本实用新型的技术效果是提供了一种大型管道自动焊接机器人，其可感知多种焊接工况以便进行相应焊接工艺，且运行稳定可靠、体积小巧、使用寿命较高。

附图说明

图1是本实用新型的使用状态示意图；

图2是本实用新型的车体与导轨连接结构示意主视图；

图3是本实用新型的车体与导轨连接结构示意右视图；

图4是本实用新型的结构示意俯视图；

其中，1-导轨、2-焊臂、3-车体、4-管道、5-立柱、6-齿轮、7-滑块、8-导轮、9-V形槽、10-齿槽、11-螺母、12-导柱、13-连杆、14-气缸、15-推块、16-角度传感器、17-焊枪。

具体实施方式

首先需要说明的是，下面的论述中出现的前后方向，除特别指明的外，均指车体3移动的方向，即大体相当于图2的观察方向；而关于左右方向，除特别指明的外，均指垂直于上述的前后方向且平行于管道4轴线的方向，即大体相当于图1和图3的观察方向；而关于上下方向，除特别指明的外，是指车体3远离管道4轴线的方向为上、靠近管道4轴线的方向为下。上述方向尤其适用于对车体3和焊枪17的描述。

如图1所示，本实用新型是使用在焊接大型管道的，所述大型管道一般指600mm管径以上的管道4。本实用新型主要包括导轨1和车体3，在车体3的一侧伸出有焊臂2，焊臂2的末端为焊枪17。在使用时，将导轨1通过立柱5以管道4周向固定在管道4上、例如将立柱5点焊在管道4上，之后车体3沿着导轨1行走，并带动焊枪17对两段管道4之间的缝隙进行焊接，在焊接时焊枪17通常要做左右方向的摆动以更好完成焊接，此外在焊接开始与结束时也需操控焊枪17进行落下与抬起的上下运动，上述运动均可采用由控制器（本实用新型采用型号为STM32F103RDT6的单片机）控制伺服***的现有技术来完成。

如图2~4所示，本实用新型的具体结构有如下特点：

结合图1和3可见：从俯视方向观察，在车体3上的与焊枪17左右方向对齐的位置处设置有角度传感器16。由于大型管道在焊接时均使管道4水平放置，因而焊接就涉及平焊、仰焊、立焊等各种焊接工况，而其反映在图1上就是指焊枪移动方向与重力线之间的夹角上，比如为0°时是平焊，为90°或270°时是立焊，为180°时是仰焊。而角度传感器16（本实用新型采用型号为HAC3735UF的角度传感器）可360°感知其与重力的角度，其与焊枪17左右方向对齐，即从图1中以管道4轴线方向上看，角度传感器16至管道4轴心点的连线与焊枪17至管道4轴心点的连线是重合的，因此也就反应了焊枪17相对于管道4所处的位置，而控制器得知这一信息后，便可针对平焊、仰焊、立焊等各种焊接工况调整焊枪17的运动轨迹，比如采用上向焊工艺在焊接打底层时，在管道4下半部分采用锯齿法焊接，在管道4上半部分采用弧线法焊接，以得到更好的焊缝质量。

需要指出的是，角度传感器16与焊枪17进行上述的左右方向对齐，并非特指严格意义上的对齐，只需大体对齐即可。因为焊接工艺对于平焊、仰焊、立焊的定义模糊性，只需大体知道焊枪17与管道4的方位即可，通常来说车体3相对越短小，则越不要求角度传感器16在车体3上的位置严格与焊枪17对齐，只要车体3装有角度传感器16即可反映上述位置关系，除非车体3相对特别长时才应特别注意角度传感器16在车体3上的安装位置。

而将角度传感器16安装在车体3上而非直接装在焊枪17附近、比如靠近焊枪17的焊臂2上，是因为一方面这样对角度传感器16的走线更利于安排（控制器通常都装在车体3内），另一方面可防止焊枪17在焊接时产生的高温伤害或影响角度传感器16，提高设备寿命和测量精度。

此外，本实用新型的导轨1为条带状，所述车体3通过卡接机构卡接在条带状的导轨1的侧边，在导轨1的底面上沿长度方向均布立柱5。

条带状的导轨1制造较为方便，且易于弯折，便于按管道4的外形来固定，因为对于不同管径的管道4来说，导轨1的长度与弯曲程度均不同，条带状的导轨1则既可标准化批量生产，又可满足不同工况要求。而设置立柱5一方面便于车体3对条带状的导轨1的卡接，另一方面使车体3远离焊接热源，防止焊接热量对车体内电子部件的损伤，尤其立柱5由于其较小的截面使其导热率相对较低，有效降低焊接时较烫的管道4将热量传递给车体3。

此外，上述的立柱5为螺柱，在导轨1的底面上开设有与立柱5相配合的通孔，立柱5穿过所述通孔并通过螺母11与导轨1固定连接。

在焊接前的准备工作中，将立柱5点焊在管道4上时，立柱5有可能产生一定的歪斜，而立柱5为螺柱则方便对导轨1至管道4的距离进行调整，使导轨1与管道4保持定距，有利于后续焊接的可靠完成。

此外，本实用新型在所述车体3的底面设置有齿轮6，在导轨1的条带面上设置有与齿轮6相配合的齿槽10。齿轮6由所述控制器控制伺服***来转动。

齿轮传动具有较高的传动精度，便于控制器对车体3的前后运动做精细控制。而在在导轨1的条带面上设置齿槽10，相比于在条带状导轨1的侧边设置齿牙的方案来说，其受力面更大，减少了齿轮6的磨损，延长设备寿命；且齿槽10由于位于条带的内部，不容易被磕碰损伤，相比位于侧边的齿牙方案，其寿命与可靠性更高。

此外，上述的齿轮6为圆弧齿轮。圆弧齿轮相比于渐开线齿轮不具有切根的问题，因而可以不像渐开线齿轮的齿数必须不小于17齿那样，使齿轮6的齿数做的较少，因为出于设备体积考虑，齿轮6的直径应尽量小，而小齿轮过多的齿数意味着齿牙的齿形较为单薄（同样造成导轨1上两齿槽10之间的连接条也很单薄），而焊接工地通常的作业环境较为恶略，使用中很容易产生其他物品意外碰击齿轮6或齿槽10的情况，而单薄的齿形则易被损伤而影响正常工作，而较少的齿数则带来较厚大的齿形，便可防止上述问题的产生，圆弧齿轮便满足了这种要求。

此外，本实用新型的齿槽10设置在导轨1宽度方向的中部，在齿槽10的两侧分别设有所述立柱5。

在齿槽10左右两侧共设置两列立柱5，比单列立柱5的稳定性更强，使导轨1的固定更稳固。而设置在导轨1宽度方向的中部的齿槽10，使卡在导轨1上的车体3受力更好，运行中不易产生偏斜。

此外，本实用新型在所述立柱5至导轨1的侧边之间具有平滑带面，所述卡接机构包括与车体3连接的导轮8，所述导轮8在轮面上设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述平滑带面上。

设置这样的导轮8使车体3与导轨1之间形成滚动摩擦，更利于车体3的顺畅运行。而立柱5位于齿槽10与平滑带面之间，使突出的立柱5既不影响齿轮6转动又不影响导轮8的滚动。

此外，上述的卡槽为V形槽9。因为导轨1在实际使用中会具有不同程度的弯曲以贴合管道4的外形，而V形槽9便可适应不同曲率的导轨1而将车体3牢固卡接在导轮8内。

此外，本实用新型的卡接机构还包括在车体3两侧分别设置的滑块7，所述滑块7与车体3左右滑动连接且与导轮8转动连接。具体来说本实施例采用了固定在车体3上的导柱12与在滑块7上设置的导向孔相配合的方式来完成滑块7的左右滑动，其他完成相同滑动动作的机构也可应用于此。

这样设置不仅使车体3在导轨1上的卡固更稳更牢靠，且方便了车体3与导轨1的拆装。因为在使用前需要先将导轨1固定在管道4上，带着卡在导轨1上的车体3去固定导轨1，操作极为不便。这样设置便可先单独固定导轨1，其后将滑块7滑至开口最大处，再将车体3卡在导轨上，增加了设备易用性。

此外，本实用新型在滑块7的前后两端分别设置有导轮8，两个所述滑块7的中部分别铰接有连杆13，所述卡接机构还包括以前后方向固定在车体3上的气缸14和设置在气缸14的气缸杆末端的推块15，两个所述连杆13均铰接在所述推块15上。

位于车体3四角的四个导轮8使车体3运行更平稳顺畅。而上述卡接机构通过气缸14推出或缩回气缸杆便可完成导轮8与导轨1之间的卡接或拆下，动作快捷流畅，方便了操作，提高了整体作业效率。

Claims (10)

1.一种大型管道自动焊接机器人，用于焊接管道（4），其特征在于：包括沿管道（4）周向设置的导轨（1）、沿所述导轨（1）行走的车体（3）和控制所述车体（3）行走的控制器，从车体（3）左侧或右侧伸出有焊臂（2），所述焊臂（2）末端设置有上下方向和左右方向移动的焊枪（17），所述控制器还控制焊枪（17）的移动，从俯视方向观察、在车体（3）上与焊枪（17）左右方向对齐的位置处设置有角度传感器（16），所述角度传感器（16）与控制器通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述导轨（1）为条带状，所述车体（3）设置有卡接机构，所述卡接机构卡接在条带状的导轨（1）的侧边，在导轨（1）的底面上沿长度方向均布有立柱（5）。

3.根据权利要求2所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述立柱（5）为螺柱，在导轨（1）的底面上开设有与立柱（5）相配合的通孔，立柱（5）穿过所述通孔并通过螺母（11）与导轨（1）固定连接。

4.根据权利要求2所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：在所述车体（3）的底面设置有由所述控制器控制转动的齿轮（6），在导轨（1）的条带面上设置有与齿轮（6）相配合的齿槽（10）。

5.根据权利要求4所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述齿轮（6）为圆弧齿轮。

6.根据权利要求4所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述齿槽（10）设置在导轨（1）宽度方向的中部，在齿槽（10）的两侧分别设有所述立柱（5）。

7.根据权利要求6所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：在所述立柱（5）至导轨（1）的侧边之间具有平滑带面，所述卡接机构包括与车体（3）连接的导轮（8），所述导轮（8）在轮面上设置有卡槽，所述卡槽卡接在所述平滑带面上。

8.根据权利要求7所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述卡槽为V形槽（9）。

9.根据权利要求7所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：所述卡接机构还包括在车体（3）两侧分别设置的滑块（7），所述滑块（7）与车体（3）左右滑动连接且与导轮（8）转动连接。

10.根据权利要求9所述的一种大型管道自动焊接机器人，其特征在于：在滑块（7）的前后两端分别设置有导轮（8），两个所述滑块（7）的中部分别铰接有连杆（13），所述卡接机构还包括以前后方向固定在车体（3）上的气缸（14）和设置在气缸（14）的气缸杆末端的推块（15），两个所述连杆（13）均铰接在所述推块（15）上。

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