一种多折断式爬墙焊接机器人的制作方法

本发明涉及一种多折断式爬墙焊接机器人，尤其是涉及环形曲面焊接。

背景技术：

随着工业化进程的不断推进，一座座的工厂随之建立而起，工厂工业化节省大量的人力，加速了社会的进步，优化了人们的生活质量。伴随着工业化进程，其工厂大型管道设备维护难度大问题日益彰显。

现在对工厂一些管道结构维护修理，基本都是“蜘蛛人”来人为完成，在防护绳的牵引下，攀爬在工厂管壁上进行维护工作，不仅危险系数高，而且对人体伤害高，工作效率低。

技术实现要素：

针对上述技术中的不足，本发明提供一种可降低工厂管道维护工作的劳动强度，提高维护效率，节约人力成本的机器人。

为实现上述目的，本发明的目的是提供一种结构简单，既能在地面上行驶，又能在垂直钢板面行驶，还能在管状曲面行驶的智能焊接机器人。其中包括可以在平面行走的遥控车主体，有四个用于将遥控车主体紧贴钢板面的电磁模块，两个用于监控机器人周围环境的监控装置，一个用于监控焊接焊枪周围环境的监控装置，用于显示监控装置获取的画面的显示器，用于控制遥控车主体与电磁模块工作的无线射接收器，用于焊接焊枪在空间移动的支撑装置，所述焊枪装置和无线接收器分别固定在遥控车体上，所述监控装置分别固定于遥控车前后端与焊枪左侧，所述电磁模块装置与遥控车主体与无线发射接收器连接，所述无线发射接收器与遥控无线通讯连接，所述显示器与无线发射器通讯连接。

其中，所述遥控车主体包括多折断式调整架，伸缩式折断横臂，柔性转向架，八个移动滚轮和八个伺服电机，所述的电机放置在多折断式调整架偏中心位置，伺服电机与移动滚轮驱动连接，同时伺服电机与无线发射接收器信号连接。

其中，所述监控装置包括放置于遥控车一前一后的两个摄像头，放置在焊枪左侧的红外激光信号发射器与摄像头，所述摄像头和红外激光发射器与无线发射器信号连接。

其中，所述移动支撑装置为方形支座，所述方形支座上设有垂直转轴，所述方形支座固定在多折断式调整架上。

其中，所述多折断式调整架包含电磁模块，同时多折断式调整架与伸缩式折断横臂连接。

其中，所述柔性转向架包含柔性弹簧，与多折断式调整架连接。

其中，所述焊接装置为氩弧焊枪，所述氩弧焊枪固定在转轴上。转轴和焊枪与无线发射器信号连接。

本发明的有益效果是：相较现有技术，本发明提供的多折断式爬墙焊接机器人，最核心的思想即利用牛顿积分原理，将管状曲面等同无限多边形，利用电磁模块产生的磁场使得机器人可吸附在平整的钢板平面，与此同时利用多折断式调整架的多折断性使得机器人可以吸附在管状规则曲面，利用柔性转向器与伸缩式折断横臂使得移动滚轮中心与管状曲面截面圆中心在同一直线上，更加稳定的贴附在管状曲面。在爬行过程中焊接装置会对损坏的金属面进行焊接修复，与此同时，机器人的头尾部设有监控装置，焊枪前段也有红外激光发射器与监控装置，监控装置会将实时拍摄的画面通过无线发射器反馈到显示器上面，操作人员可通过显示器可以观察到机器人周围情况，同时方便操作人员的工作。本发明结构简单，操作方便，可有效降低工厂设备检修维护的工作强度，节约人力成本，解决以往人工高空焊接的安全隐患。

附图说明

图1为本发明的多折断式爬墙焊接机器人贴近环形曲面左视图

图2为本发明的多折断式爬墙焊接机器人在环形曲面方向俯视图

图3为本发明的多折断式爬墙焊接机器人左视图

图4为本发明的多折断式爬墙焊接机器人主视图

图5为本发明的多折断式爬墙焊接机器人俯视图

图6为本发明的伸缩式折断横臂结构示意图

图7、8为本发明的柔性转向器结构示意图

图9为本发明的柔性转向器偏转时简易视图

主要元件说明如下：

5.遥控车主体 6.电磁模块 7.焊接焊枪

8.监控装置 9.转轴 10.监控装置

11.无线发射接收器 12.方形支座 13.机器人

14.显示器 15.遥控器 16.板件连接件

17.气缸 18.卡扣 19.柔性弹簧 20.柔性架

21.小型柔性弹簧组 22.固定轴芯 23.挡板 24.蛇形柔性结构

51.多折断式调整架 52.伸缩式折断横臂 53.移动滚轮 54.伺服电机 55.柔性转向架

具体实施方式

为了更清楚的表述本发明，下面结合附图对本发明进一步的描述。

请参阅图，本发明提供的一种焊接机器人，其中包括可以在平面行走的遥控车主体5，有四个用于将遥控车主体5紧贴钢板面的电磁模块6，两个用于监控机器人13周围环境的监控装置10，一个用于监控焊接焊枪7周围环境的监控装置8，用于显示监控装置获取的画面的显示器14，用于控制遥控车主体5与电磁模块6的无线射接收器11，用于焊接焊枪在空间移动的支撑装置12，所述焊枪装置7和无线接收器11分别固定在遥控车体5上，所述监控装置10分别固定于遥控车前后端与焊枪7左侧，所述电磁模块6和遥控车主体5与无线发射接收器11连接，所述无线发射接收器11与遥控无线通讯连接，所述显示器14与无线发射器11通讯连接。

本发明提供的爬墙焊接机器人，最核心的思想即利用牛顿积分原理，将管状曲面等同无限多边形，利用电磁模块6产生的磁场使得机器人可吸附在平整的钢板平面，与此同时利用多折断式调整架51的多折断性使得机器人可以吸附在管状规则曲面，利用柔性转向器55与伸缩式折断横臂52使得移动滚轮53中心与管状曲面截面圆中心在同一直线上，更加稳定的贴附在管状曲面。使得遥控机器人可以在管状曲面平稳爬行，在爬行过程中焊接装置7会对损坏的金属面进行焊接修复，与此同时，机器人的头尾部设有监控装置10，焊枪装置7也有红外激光发射器与监控装置8，监控装置8会将实时拍摄的画面通过无线发射器反馈到显示器上面，操作人员可通过显示器可以观察到机器人周围情况，同时方便操作人员的工作。本发明结构简单，操作方便，可有效降低工厂设备检修维护的工作强度，节约人力成本，解决以往人工高空焊接的安全隐患。

在本实施例中，遥控车主体5包括多折断式调整架51，伸缩式折断横臂52，柔性转向架55，八个移动滚轮53和八个伺服电机54，所述的伺服电机54固定在多折断式调整架51偏中心位置，伺服电机54与移动滚轮53驱动连接，同时伺服电机54与无线发射接收器11信号连接，基于每块电磁模块6在稳定状况下能够提供的吸附力设为F0，电磁模块6能够提供的总吸附力为F＝F0(n-1)，机器人13总重量设为G,移动滚轮53装置能够提供的稳定进给力为F1,表面接触摩擦系数为μ,机器人能够前行的稳定加速度为a，即F1-μF0(n-1)＝aG/g，机器人13能够稳定前行时a为0，基于伸缩式折断横臂52初始长度为h0，气缸17伸长变换量为△h，规则环形曲面截面半径为R,即R与h，△h及多折断式调整架51数量n的初步函数关系：R≈βn△h+θh，其中β，θ为常数，当得知n为一定时R与(h+△h)在一定范围内呈现一次线性关系，由此可根据△h的变化来调整伸缩式横臂52的长度，柔性转向架55包含柔性弹簧19，柔性架20，柔性弹簧19能够在z轴方向完成伸缩，使得遥控车主体5能够初步与环形曲面定位，柔性架20由多组柔性结构组成，柔性架中多组小型柔性弹簧组21完成处在xy平面中移动滚轮53的空间姿态变换和小范围点面调整，使得与柔性转向架55联接的移动滚轮53能够更好的贴合于环状曲面。小型柔性弹簧组21在固定轴芯22周围，柔性弹簧19与柔性架20之间存在隔板23，蛇形柔性结构24为一种蛇形环绕的柔性组织组成。遥控车主体5依靠伺服电机54驱动移动滚轮53实现空间上面的前后左右、停等基本动作，板件连接件16的绕动与卡扣18的固定作用使得遥控车主体5又能够在平整钢板面上稳定自由行走。

实际上遥控车主体5的工作原理与现有的爬墙机器人工作的原理是相同的，本发明的提供的爬墙焊接机器人在普通爬墙机器人基础上增加了电磁模块，焊接模块。但结构为折断式结构比一般机器人结构简单，轻盈，能更好的完成本职工作。

在本实施例中，监控装置10，8，监控装置10包含设置在遥控车主体5前后的两个摄像头，这样能更好的观察遥控车周围的环境。监控装置8包含焊枪前段红外激光发射器与摄像头，监控装置会将实时拍摄的画面通过无线发射器反馈到显示器上面，操作人员可通过显示器可以观察到机器人13周围情况，同时方便操作人员的工作。

在本实施例中，电磁模块6共有6个，6个电磁模块固定在调整架51上，与无线发射器11信号连接利用电磁模块产生的磁场使得机器人即可吸附在平整的钢板平面，又可以吸附在管状规则曲面，即利用遥控器15进行无线控制，遥控机器人13在平面或曲面爬行。显然这仅仅是本发明的一种实施案例，至于电磁模块的数量，位置并不止于此，例如，为吸附稳定在每一个调整架前后端可设置两个电磁模块，或为节省装置重量，中部调整架不设置电磁模块，本实施例这样做的目的仅仅是为了机器人更好的吸附在平面工作。

在本实施例中，遥控器15设置在触屏显示器13上面，这样操作人员可通过显示器图像观察到机器人周围情况，触屏控制机器人工作。当然，这仅仅只本实施例中一种情况，显示器13与遥控器15也可分开，并作为两个结构。

在本实施例中，无线发射器与遥控器通过现有无线频段3g，4g等通讯模式连接。亦可根据实际需求选择不同的通讯模式。

在本实施例中，本发明的智能焊接机器人，其焊接装置7具体结构如下，为了使焊枪能够在空间x，y，z轴方向自由移动，在同一平面内为焊接装置提供3个自由度，在垂直于吸附平面为焊枪装置配备用于焊接焊枪在空间移动的支撑装置，移动支撑装置为方形支座12，方形支座上设有垂直转轴9，方形支座固定在多折断式调整架51上，焊接装置为氩弧焊枪，氩弧焊枪固定在转轴9上，显然这仅仅是本发明的一种实施案例，至于焊枪的种类，焊枪的其他连接方式，可以根实际情况改变。

在本实施例中，遥控车主体的防滑性能必须足够好，以致使机器人能够在行进时不至于打滑，因此本发明采取了凹形条纹橡胶轮，这仅仅是本实施例的一种情况。

以上公开的仅是本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何领域的技术人员能思之变化都应纳入本发明的保护范围。