一种钢管加工装置及加工方法与流程

本发明涉及管道加工技术领域，具体涉及一种钢管加工装置及加工方法。

背景技术：

在城市建设中，地下管道的铺设是重要环节之一。地下管道是由多根钢管相互连接而成，地下管道敷设完毕后，需要进行管道支护。管道支护包括对管道的切割处理。钢管的内侧壁为弧面结构，钢管切割缝沿弧面延伸，狭小空间下，切割头的移动空间受到限制，不能对切割缝进行精准定位，影响切割精度。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钢管加工装置及加工方法，以达到方便移动，精准定位切割位置的有益效果。

本发明提供一种钢管加工装置，包括机械臂、机械臂控制器、移动装置、移动装置控制器和切割组件，所述机械臂固定在移动装置上，所述机械臂的自由端设有安装头，所述切割组件包括切割枪，所述切割枪固定在安装头上，所述移动装置上设有与待加工钢管固定配合的定位机构；所述机械臂控制器用于控制机械臂的摆动，所述移动装置控制器用于控制移动装置的移动。

进一步的，所述切割组件包括通过线缆相连的切割电源和切割枪，所述切割枪固定在安装头上，所述切割枪上设有视觉总成，所述视觉总成包括照相机和激光器。

进一步的，所述机械臂包括依次转动配合的固定座、大臂驱动机构、小臂驱动机构和手腕驱动机构，所述安装头设置在手腕机构的自由端，所述固定座与移动装置转动配合。

进一步的，所述移动装置包括移动平台，所述移动平台上设有用于安装固定座的安装孔，所述移动平台上设有多个行走轮组件；所述行走轮组件包括驱动机构、行走轮和支撑架，所述行走轮通过对应的支撑架能够进行轴向转动或转向。

进一步的，所述驱动机构包括移动驱动件和转向驱动件，所述移动驱动件和转向驱动件分别与支撑架相连，所述移动驱动件用于驱动行走轮转动以带动移动装置移动，所述转向驱动件用于驱动行走轮转向以改变移动装置的方向。

进一步的，所述移动装置控制器包括用于接收遥控信号的接收模块和与所述接收模块通信的控制模块；所述控制模块用于依据所述遥控信号获取每个所述行走轮所需的转向角度及速度，用于控制转向驱动件驱动对应支撑架带动所述行走轮转向，以及用于控制移动驱动件驱动对应支撑架带动所述行走轮移动；所述遥控信号包括用于控制移动装置转弯运动的第一摇杆发出的遥控信号和用于控制移动装置平移运动的第二摇杆发出的遥控信号。

进一步的，所述定位机构包括升降导杆和驱动升降导杆上下运动的驱动机构，所述升降导杆的下端设有安装板，所述安装板上安装有电磁块，所述安装板上设有缓冲弹簧。

进一步的，所述机械臂上设有用于限制各个驱动机构转动角度的限位件。

进一步的，所述固定座中设有第一主动轮和驱动第一主动轮转动的第一电机，所述大臂驱动机构的底部设有第一从动轮，所述第一主动轮与第一从动轮通过第一传动带相连；所述大臂驱动机构的上部设有第二主动轮和驱动第二主动轮转动的第二电机，所述小臂驱动机构上设有第二从动轮，所述第二主动轮与第二从动轮通过第二传动带相连；所述小臂驱动机构上设有驱动手腕驱动机构相对小臂驱动机构转动的第三电机；所述手腕驱动机构上设有驱动安装头相对手腕驱动机构摆动的第四电机；所述移动平台上上设有驱动固定座相对移动平台转动的第五电机；所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机分别与机械臂控制器电连接。

一种钢管加工装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将机械臂的固定座安装在移动装置的移动平台上；

步骤二：将切割枪固定在安装头上；

步骤三：将移动装置放置到待加工钢管的内侧壁上；

步骤四：根据待加工位置调整移动装置的位置，从遥控信号中识别来自第一摇杆发出的遥控信号以及第二摇杆发出的遥控信号，并依据接收到的所述第一摇杆发出的遥控信号控制所述移动装置做转弯运动，依据接收到的第二摇杆发出的遥控信号控制所述移动装置做平移运动；

步骤五：通过视觉总成确定切割位置；

步骤六：根据待加工位置调整机械臂方位，依次调整固定座、大臂驱动机构、小臂驱动机构和手腕驱动机构的转动角度，使得安装头处于待切割区域范围内；

步骤七：根据待加工位置设定安装头的运行轨迹，通过机械臂控制器控制切割枪的运行轨迹，使切割枪沿切割缝移动，启动切割电源，完成切割。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的钢管加工装置及加工方法，包括机械臂、机械臂控制器、移动装置、移动装置控制器和切割组件，移动装置能够驱动机械臂沿预定方位移动和转向，能够提高移动的灵活性。

2、切割组件中的切割枪固定在机械臂上的安装头上，机械臂与移动装置转动配合，机械臂包括多个依次相连的驱动机构，相邻驱动机构之间转动配合，安装头能够带动切割枪在三维空间调整方位，减小了活动空间，能够满足不同位置的加工需求。

3、所述切割枪安装有视觉总成，所述视觉总成包括照相机和激光器，通过照相机粗略定位焊缝或切割缝位置，通过激光扫描快速精准定位，获取准确加工位置，通过控制机械臂转动，将切割枪对准切割缝，提高了切割精度。

4、所述移动装置采用工控机控制模式，与移动装置控制器建立信号通讯，以此控制行走轮的行走，便于移动。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例中钢管加工装置的结构示意图。

图2是本发明一个实施例中机械臂与移动装置的装配结构示意图。

图3是图2的俯视结构示意图。

图4是本发明一个实施例中机械臂的部分内部结构示意图。

图5是本发明一个实施例中切割组件的结构示意图。

图中，1、切割枪，2、移动装置，3、固定座，4、大臂驱动机构，5、小臂驱动机构，6、手腕驱动机构，7、安装头，8、线缆，9、视觉总成，10、切割电源，11、移动平台，12、行走轮，13、升降导杆，14、安装板，15、电磁块，16、缓冲弹簧，17、机械臂，18、第二主动轮，19、第二从动轮，20、第二传动带，21、第一主动轮，22、第一从主动轮，23、第一传动带。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。

下面对本发明中出现的关键术语进行解释。

如图1-图3所示，本发明提供的钢管加工装置，包括机械臂17、机械臂控制器、移动装置2、移动装置控制器和切割组件。所述机械臂17固定在移动装置2上，移动装置2能够驱动机械臂17沿预定方位移动，能够实现灵活移动。所述机械臂17的自由端连接有安装头7，所述切割组件包括切割枪1，所述切割枪1固定在安装头7上，所述切割枪1与安装头7可拆卸连接，本实施例中，安装头7内设有内螺纹，切割枪1的端部设有与安装头内螺纹相匹配的外螺纹，切割枪1与安装头7通过螺纹连接，在其他实施例中，两者也可以采用其他本领域技术人员熟知的其他连接方式。所述机械臂控制器用于控制机械臂的摆动，所述移动装置控制器用于控制移动装置2的移动。所述移动装置2包括移动平台11，所述移动平台11上设有多个行走轮组件；所述行走轮组件包括驱动机构、行走轮12和支撑架，行走轮12固定在支撑架上。所述行走轮12通过对应的支撑架能够进行轴向转动或转向。本实施例中，所述行走轮组件的数量为四个。所述行走轮组件中的驱动机构包括移动驱动件和转向驱动件，所述移动驱动件和转向驱动件分别与支撑架相连，所述移动驱动件用于驱动行走轮12转动以带动移动装置2移动，所述转向驱动件用于驱动行走轮12转向以改变移动装置2的方向。所述移动装置控制器包括用于接收遥控信号的接收模块和与所述接收模块通信的控制模块；所述控制模块用于依据所述遥控信号获取每个所述行走轮12所需的转向角度及速度，用以控制转向驱动件驱动对应支撑架带动所述行走轮12转向，以及用以控制移动驱动件驱动对应支撑架带动所述行走轮12移动。移动装置2的运动可由遥控器控制，所述控制器与移动装置2分体设置。所述遥控器上设有第一摇杆和第二摇杆。所述遥控器与所述接收模块通讯连接。所述遥控信号包括用于控制移动装置转弯运动的第一摇杆发出的遥控信号和用于控制移动装置平移运动的第二摇杆发出的遥控信号。

如图4所示，所述机械臂17包括依次转动配合的固定座3、大臂驱动机构4、小臂驱动机构5和手腕驱动机构6，所述安装头7设置在手腕机构6的自由端，所述移动平台11上设有用于安装固定座3的安装孔，所述固定座3与移动装置2转动配合。所述固定座3中设有第一主动轮21和驱动第一主动轮21转动的第一电机，所述大臂驱动机构4的底部设有第一从动轮22，所述第一主动轮21与第一从动轮22通过第一传动带23相连；所述大臂驱动机构4的上部设有第二主动轮18和驱动第二主动轮18转动的第二电机，所述小臂驱动机构5上设有第二从动轮19，所述第二主动轮18与第二从动轮19通过第二传动带20相连；所述小臂驱动机构5上设有驱动手腕驱动机构6相对小臂驱动机构5转动的第三电机；所述手腕驱动机构6上设有驱动安装头7相对手腕驱动机构6摆动的第四电机；所述移动平台11上设有驱动固定座3相对移动平台11转动的第五电机；所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机分别与机械臂控制器电连接，机械臂控制器用于控制第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机的工作状态。

如图5所示，所述切割组件包括通过线缆8相连的切割电源10和切割枪1，所述切割枪1固定在安装头7上，安装头7上设有用于卡紧切割枪1的夹紧环，切割枪1固定在夹紧环中，切割枪1与安装头7可拆卸连接。所述切割枪1上设有视觉总成9，所述视觉总成9包括照相机和激光器。照相机用于对加工位置进行拍照，所述激光器用于记录切割的施工过程。

所述移动装置2上设有与待加工钢管固定配合的定位机构。所述定位机构包括升降导杆13和驱动升降导杆13上下运动的驱动机构，所述升降导杆13竖向设置，所述升降导杆13的下端设有安装板14，所述安装板14垂直于升降导杆13，所述安装板14上安装有电磁块15，所述安装板14的两侧分别设有缓冲弹簧16，所述缓冲弹簧16的高度大于电磁块15的高度，缓冲弹簧16起到缓冲的作用。当移动装置2移动至待加工钢管的内腔中并靠近待加工位置时，启动驱动机构，驱动升降导杆13向下运动，带动电磁块15向下运动，电磁块15吸附在待加工钢管的底部，移动装置2通过电磁块15与待加工钢管进行定位。

所述机械臂17上设有用于限制各个驱动机构转动角度的限位件。所述限位件包括第一限位件、第二限位件、第三限位件和第四限位件。具体的，所述固定座3上设有用于限制大臂驱动机构4转动角度的第一限位件，所述大臂驱动机构4上设有用于限制小臂驱动机构5转动角度的第二限位件，所述小臂驱动机构5上设有用于限制手腕驱动机构6转动角度的第三限位件，所述手腕驱动机构6上设有用于限制安装头7转动角度的第四限位件。其中，大臂驱动机构4相对固定座3的转动角度、小臂驱动机构5相对大臂驱动机构4的转动角度、手腕驱动机构6相对小臂驱动机构5的转动角度以及安装头7相对手腕驱动机构6的转动角度范围为0-120度。第一限位件、第二限位件、第三限位件和第三限位件均采用金属柱状体，所述金属柱状体设置在被限制机构的转动轨迹上，所述金属柱状体通过焊接固定在对应机构上。

本发明提供一种钢管加工装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤一：将机械臂的固定座安装在移动装置的移动平台上，经固定座插入到移动平台上的安装孔中，所述移动平台上上设有驱动固定座相对移动平台转动的第五电机，第五电机可以驱动固定座相对移动平台转动。

步骤二：将切割枪固定在安装头上，安装头上设有用于卡紧切割枪的夹紧环，切割枪固定在夹紧环中，切割枪与安装头可拆卸连接。

步骤三：将安装好的移动装置及机械臂放置到待加工钢管的内侧壁上。

步骤四：根据待加工位置调整移动装置的位置，从遥控信号中识别来自第一摇杆发出的遥控信号以及第二摇杆发出的遥控信号，并依据接收到的所述第一摇杆发出的遥控信号控制所述移动装置做转弯运动，依据接收到的第二摇杆发出的遥控信号控制所述移动装置做平移运动，通过上述操作，使切割枪靠近待切割位置。

步骤五：通过视觉总成确定切割位置，通过照相机粗略定位焊缝或切割缝位置，通过激光扫描快速精准定位，获取准确加工位置。

步骤六：根据待加工位置调整机械臂方位，依次调整固定座、大臂驱动机构、小臂驱动机构和手腕驱动机构的转动角度，使得安装头处于待切割区域范围内。

步骤七：根据待加工位置设定安装头的运行轨迹，通过机械臂控制器控制切割枪的运行轨迹，使切割枪沿切割缝移动，启动切割电源，完成切割。

本发明提供的钢管加工装置包括移动装置，移动装置能够驱动机械臂沿预定方位移动，能够实现灵活移动。切割枪固定在机械臂上的安装头上，机械臂包括多个依次转动配合的驱动机构，安装头能够带动切割枪在三维空间调整方位，减小了活动空间，能够满足不同位置的加工需求，提高了切割精度。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。