沿管道轴向位置检测的图像传感器32、焊缝沿管道径向位置检测的超声波测距传感器34和自动送丝机构33，图像传感器32、超声波测距传感器34和自动送丝机构33均通过螺钉固定在自动送丝机构安装板18上。
[0049]轨道圈9通过固定螺栓12固定在被焊接管道内。
[0050]纵向进给电动缸13为滑块式电动缸。
[0051]焊枪姿态调整机构3设置在纵向进给电动缸13的滑块上，横向进给机构4设置在纵向进给电动缸13的缸体上。
[0052]车架25与轴承座26通过螺栓连接。
[0053]一种管道焊接机器人在工作时，焊接机器人沿被焊接管道做周向运动，内齿圈10与焊接机器人的驱动齿轮啮合以保证焊接机器人绕内齿圈10运动，轨道圈9与焊接机器人的内导向滚轮27相切配合以实现对焊接机器人绕被焊接管道做周向运动；焊枪8相对焊缝沿被焊接管道的轴向位置由横向进给机构4调整，焊枪8相对焊缝沿被焊接管道的径向距离则由纵向进给机构2控制；采用焊枪位姿检测系统7可实时检测焊枪8与相对被焊接管道的位置信息，据此对纵向进给机构2、焊枪姿态调整机构3、横向进给机构4和驱动机构5中驱动电机进行实时控制，可实现焊枪8与焊缝的定位；同时，图像传感器32采集到的信息可实现焊枪8相对焊缝沿管道轴向的位置检测，超声波测距传感器35可实现焊枪8相对焊缝沿管道径向的位置检测。
[0054]驱动机构5采用的是齿轮传动，由于轨道组件I中的轨道圈9通过连接件11和固定螺栓12与被焊接管道固定，内齿圈10与轨道圈9固连，即内齿圈10相对被焊接件是固定的。当驱动机构5中的小齿轮轴23在电机驱动下转动时，只能绕内齿圈10做行星运动，进而带动焊接机器人的主体沿被焊接管道做周向运动。在焊接过程中，由于轨道组件I与被焊接管道并不一定同心，在焊接过程中需要根据管道与轨道组件I的偏心量实时调整焊接机器人的运动速度以确保焊枪8相对焊缝做匀速运动，同时，纵向进给机构2也要负责实现焊枪8与焊缝距离的实时调整。
[0055]本发明一种管道焊接机器人焊接管道的方法，具体按照以下步骤实施:
[0056]步骤1:采集信息；
[0057]步骤1.1，通过图像传感器32采集焊枪8沿管道轴向的位置信息；
[0058]步骤1.2，通过超声波测距传感器35采集焊枪8沿管道径向的位置信息；
[0059]步骤2:调节焊枪8位置；
[0060]步骤2.1，根据步骤1.1采集到的焊枪8沿管道轴向的位置信息，通过横向进给机构4的电动缸19和纵向进给电动缸13调整焊枪8与焊缝对中；
[0061]步骤2.2，根据步骤1.2采集到的焊枪8沿管道径向的位置信息，通过电机bl7带动传动齿轮对16，传动齿轮对16带动自动送丝机构安装板18来调节焊枪8与被焊接管道壁的距离。
[0062]步骤3:焊接管道。
[0063]本发明一种管道焊接机器人，纵向进给机构和横向进给机构均采用电动缸驱动，位置控制精确，运动可靠，使焊接精度得到保障，驱动机构采用齿轮啮合，由于齿轮传动是定比传动，运动精度易保证，自动送丝机构满足了机器人对送丝精度的要求，车体组件的设置能确保焊接机器人的焊枪能绕被焊接管道做周向运动，实现了大型管道的360°全方位自动跟踪焊接，可在较恶劣的工作环境下实现大型管道的自动焊接，改善了工人的工作环境，同时该管道焊接机器人可连续作业，克服了人工工作时间不能太长的限制，提高了工程的进度。另外，该管道焊接机器人结构精巧，使用方便，并且焊接质量稳定。
【主权项】
1.一种管道焊接机器人，其特征在于，包括轨道组件(I)、纵向进给机构(2)、焊枪姿态调整机构(3)、横向进给机构(4)、驱动机构(5)、车体组件(6)、焊枪位姿检测系统(7)和焊枪(8)，所述驱动机构(5)通过螺栓固连在所述车体组件(6)上； 所述的轨道组件(I)包括固定在被焊接管道内的轨道圈(9)，轨道圈(9)通过螺钉和内齿圈(10)固连，所述轨道圈(9)外侧设置有用于连接相邻轨道圈的连接件(11); 所述的纵向进给机构⑵包括通过螺钉固定的纵向进给电动缸(13)和电机a(14)，通过平键将电机a(14)的轴与纵向进给电动缸(13)输入轴连接，电机a(14)转动时带动纵向进给电动缸(13)的滑块沿缸体轴向运动； 所述的焊枪姿态调整机构(3)包括固定在支架(15)上的传动齿轮对(16)，所述支架(15)下方通过螺钉连接有电机b (17)，通过平键将电机b (17)与传动齿轮对(16)的输入齿轮固连，传动齿轮对(16)的输出轴与自动送丝机构安装板(18)固连，所述支架(15)固定在所述纵向进给机构⑵的电动缸(13)的滑块上； 所述的横向进给机构(4)包括通过螺钉连接的电动缸(19)和电机c (20)，所述电动缸(19)的缸体通过螺钉与车体组件(6)连接，通过螺钉将电机c(20)的机体与横向进给机构4的电动缸(19)的缸体固定，通过平键将电机c (20)的轴与电动缸(19)输入轴连接，电动缸(19)的滑块与纵向进给机构中的纵向进给电动缸(13)的缸体固定； 所述的驱动机构(5)包括与所述车体组件(6)固连的车体底座(21)，车体底座(21)下部通过齿轮轴承座(22)固定有小齿轮轴(23)，小齿轮轴(23)上设置有电机d (24)； 所述的车体组件(6)包括固定在车架(25)上的在轴承座(26)，轴承座(26)借助轴承标准件与内轮轴(30)连接，内轮轴(30)上设置有内导向滚轮(27)，内轮轴(30)通过车轮连接板(28)与设置在外轮轴(31)上的外导向滚轮(29)连接，所述内导向滚轮(27)与轨道组件⑴的轨道圈(9)内切，所述外导向滚轮(29)与轨道组件⑴的轨道圈(9)外切； 所述的焊枪位姿检测系统(7)包括用于实现焊缝沿管道轴向位置检测的图像传感器(32)、焊缝沿管道径向位置检测的超声波测距传感器(34)和自动送丝机构(33)，所述图像传感器(32)、超声波测距传感器(34)和自动送丝机构(33)均通过螺钉固定在自动送丝机构安装板(18)上。
2.根据权利要求1所述的一种管道焊接机器人，其特征在于，所述轨道圈(9)通过固定螺栓(12)固定在被焊接管道内。
3.根据权利要求1所述的一种管道焊接机器人，其特征在于，所述纵向进给电动缸(13)为滑块式电动缸。
4.根据权利要求1或者3所述的一种管道焊接机器人，其特征在于，所述焊枪姿态调整机构(3)设置在所述纵向进给电动缸(13)的滑块上，所述横向进给机构(4)设置在纵向进给电动缸(13)的缸体上。
5.根据权利要求1所述的一种管道焊接机器人，其特征在于，所述车架(25)与轴承座(26)通过螺栓连接。
6.一种采用权利要求1-5任意一项所述的管道焊接机器人进行管道焊接的方法，具体按照以下步骤实施: 步骤1:米集?目息; 步骤2:调节焊枪⑶位置； 步骤3:焊接管道。
7.根据权利要求6所述的管道焊接方法，其特征在于，所述步骤I具体按照以下步骤实施: 步骤1.1，通过图像传感器(32)采集焊枪(8)沿管道轴向的位置信息； 步骤1.2，通过超声波测距传感器(35)采集焊枪(8)沿管道径向的位置信息。
8.根据权利要求7所述的管道焊接方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施: 步骤2.1，根据所述步骤1.1采集到的焊枪(8)沿管道轴向的位置信息，通过横向进给机构⑷的电动缸(19)和纵向进给电动缸(13)调整焊枪⑶与焊缝对中； 步骤2.2，根据所述步骤1.2采集到的焊枪(8)沿管道径向的位置信息，通过电机b(17)带动传动齿轮对(16)，传动齿轮对(16)带动自动送丝机构安装板(18)来调节焊枪(8)与被焊接管道壁的距离。
【专利摘要】本发明公开了一种管道焊接机器人，包括轨道组件、纵向进给机构、焊枪姿态调整机构、横向进给机构、驱动机构、车体组件、焊枪位姿检测系统和焊枪。本发明还公开了利用上述机器人焊接管道的方法：步骤1：采集信息；步骤2：调节焊枪位置；步骤3：焊接管道。本发明一种管道焊接机器人实现了大型管道的360°全方位自动跟踪焊接，可在较恶劣的工作环境下实现大型管道的自动焊接，改善了工人的工作环境，同时该管道焊接机器人可连续作业，克服了人工工作时间不能太长的限制，提高了工程的进度。
【IPC分类】B23K37-02, B23K37-00
【公开号】CN104690456
【申请号】CN201510060948
【发明人】史恩秀, 王妮娜, 李静, 姚远, 徐伟栋, 郭鹏阁, 郭文强
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年2月5日