CN110814472B - 适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，采用爬壁焊接主机器人搭载焊枪并跟踪焊缝运动，爬壁中继送丝从机器人负载送丝机、焊丝盘等焊接相关设备并承载线缆拖曳力，跟随爬壁焊接主机器人运动从而合作完成现场组焊作业，爬壁焊接主机器人整体重量相对较低，运动灵活，有利于机器人位置与焊枪姿态的快速调整，爬壁中继送丝从机器人负载能力较强，控制精度要求相对较低，能够为爬壁焊接主机器人短距离送丝进行焊接，焊丝输出稳定，容易保证焊接质量；爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构，将吸附机构与运动机构分离，进一步提升了机器人运动的灵活性，提高机器人的运动控制精度。

Description

适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统

技术领域

本发明属于爬壁机器人技术领域，具体涉及一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统。

背景技术

水电站引水压力钢管等大型钢结构件采用焊接的方式制造安装，由于大型钢结构件尺寸巨大、运输条件有限，在组圆焊接形成单节后需运输至施工地点进行现场组焊。长期以来，水电站引水压力钢管等大型钢结构件的焊接一直采用传统的低效率、高能耗、简单而又繁重的手工焊条电弧焊。其现场组焊工程量大、劳动密集程度高、作业危险性高。随着我国大型、巨型水电站密集开工，我国水电建设进入了前所未有的高速发展阶段。但是大直径厚壁压力钢管、蜗壳的焊接施工工期紧、强度大、质量要求高，而熟练焊工又很紧缺，因此，传统的手工焊条电弧焊已越来越不能满足需求。需要一种适用于水电站引水压力钢管等大型钢结构件现场组焊的爬壁焊接机器人系统提升焊接效率与质量，改善工人劳动环境和施工安全性。

现阶段的爬壁焊接机器人一般既搭载焊枪和夹持装置，又负载送丝机、焊丝和焊接电缆，对爬壁机器人负载要求高，从而导致吸附力增大，自重加大而使机器人运动灵活性减弱，不利于机器人位姿及焊枪姿态的快速调整，焊接质量不易保证。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，克服了上述缺陷，将爬壁机器人的焊接和负载功能分开实施，提高机器人灵活性，保证焊接质量，保障操作人员的人身安全。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，所述主从式爬壁焊接机器人系统包括：

爬壁焊接主机器人，所述爬壁焊接主机器人包括有焊枪、焊枪调整机构和第一移动机构，所述焊枪设置在所述焊枪调整机构前端，所述焊枪调整机构用于调整所述焊枪的位姿，所述第一移动机构用于将所述爬壁焊接主机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁焊接主机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；

爬壁中继送丝从机器人，用于向所述爬壁焊接主机器人提供焊丝并输送焊接保护气体；所述爬壁中继送丝从机器人与所述爬壁焊接主机器人通过第一柔性复合电缆连接，所述第一柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的第一电线和用于输送焊接保护气体的第一气体管路；

所述爬壁中继送丝从机器人包括焊丝盘、中继送丝机和第二移动机构，所述焊丝盘与所述中继送丝机均设置在第二移动机构上，所述焊丝盘用于搭载焊丝，所述中继送丝机用于将焊丝输送给所述爬壁焊接主机器人；所述中继送丝机上设置有用于连接保护气体供气设备的保护气体输入口以及用于连接所述第一气体管路的保护气体输出口；所述第二移动机构用于将爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁中继送丝从机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；

焊接设备单元，所述焊接设备单元与所述爬壁中继送丝机从机器人通过第二柔性复合电缆连接，所述第二柔性复合电缆包括用于向所述爬壁中继送丝从机器人提供电源的第二电线和用于向所述中继送丝机输送焊接保护气的第二气体管路；

控制单元，所述控制单元分别与所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人电性连接，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整。

基于上述，所述爬壁焊接主机器人还包括有传感模块，所述传感模块与所述控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置。

基于上述，所述传感模块包括焊缝跟踪传感器和焊枪位姿控制传感器，所述焊缝跟踪传感器和所述焊枪位姿控制传感器均固定设置在所述第一移动机构上，并分别与控制单元电性连接，所述焊缝跟踪传感器用于跟踪焊缝轨迹，所述焊枪位姿控制传感器用于感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置，并将位置信息发送给所述控制单元，所述控制单元控制所述焊枪调整机构对所述焊枪的位姿进行调整。

基于上述，所述焊枪调整机构包括X轴调整引动器、Z轴调整引动器、焊枪摆动引动器和焊枪俯仰角度调整转台；所述X轴调整引动器、所述Z轴调整引动器、所述焊枪摆动引动器和所述焊枪俯仰角度调整转台依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪俯仰角度调整转台前端；

所述X轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝宽度方向的移动；

所述Z轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝高度方向的距离；

所述焊枪摆动引动器用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪的摆动；

所述焊枪俯仰角度调整转台用于根据所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置信息调整所述焊枪的俯仰角度。

基于上述，所述第一移动机构和所述第二移动机构均包括有车体板、驱动模组和永磁吸附体，所述永磁吸附体有多个、分别固定设置在所述车体板下表面上；

所述车体板的四角分别设置一个驱动模组，所述驱动模组包括驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、驱动轮轴、轴承支撑部件和车轮，所述轴承支撑部件安装在所述车体板上用于支撑所述驱动轮轴，所述蜗轮蜗杆减速机与所述轴承支撑部件同轴连接；所述驱动轮轴安装在所述蜗轮蜗杆减速机的输出端并同轴连接所述车轮，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端连接所述驱动电机；所述车轮贯穿所述车体板且所述车轮的下沿超出所述永磁吸附体下表面一定距离。

基于上述，所述车体板包括有前车体板和后车体板两个部分，所述前车体板与所述后车体板上通过车体长度调整机构连接，所述车体长度调整机构用于调整所述前车体板与所述后车体板之间的距离，所述车体长度调整机构包括连接杆以及两个分别设置在所述前车体板和后车体板上的固定座组件，所述固定座组件设置有夹紧把手，通过所述夹紧把手将所述连接杆的两端分别固定在两个固定座组件上。

基于上述，所述控制单元设置在所述第一移动机构的后车体板上表面上，所述控制单元的输出端分别电性连接第一移动机构和第二移动机构的所述驱动电机，以及所述焊枪调整机构。

基于上述，所述焊接设备单元包括有焊接设备、保护气体供气设备和电源，所述焊接设备、所述保护气体供气设备和所述电源均通过所述第二柔性复合电缆与所述爬壁中继送丝从机器人的中继送丝机连接，向所述中继送丝机输送焊接保护气体，并提供焊接电源，所述爬壁中继送丝从机器人再通过第一柔性复合电缆向所述爬壁焊接主机器人传递焊接保护气体和焊接电源。

基于上述，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括显示设置终端，所述显示设置终端电性连接所述控制单元，包括有触摸屏，用于对所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行参数设置。

基于上述，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括有无线接收器和远程遥控手柄，所述无线接收器与所述控制单元电性连接，所述远程遥控手柄通过所述无线接收器发送控制信号给所述控制单元，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行运动。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，相比现有技术至少具有如下的技术效果：

1、本发明提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，实现了大型钢结构件现场组焊的全位置自动焊接，提升焊接效率与质量，改善工人劳动环境，提高施工安全性；

2、本发明提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，采用爬壁焊接主机器人搭载焊枪并跟踪焊缝运动，爬壁中继送丝从机器人负载送丝机、焊丝盘等焊接相关设备并承载线缆拖曳力，跟随爬壁焊接主机器人运动，爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人合作完成现场组焊作业，爬壁焊接主机器人整体重量相对较低，运动灵活，有利于机器人位置与焊枪姿态的快速调整，爬壁中继送丝从机器人负载能力较强，控制精度要求相对较低；

3、本发明提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁中继送丝从机器人为爬壁焊接主机器人短距离送丝进行焊接，焊丝输出稳定，容易保证焊接质量；

4、本发明提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构，将吸附机构与运动机构分离，进一步提升了机器人运动的灵活性，提高机器人的运动控制精度；

5、本发明提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人均采用两块车体板通过车体长度调整机构连接的结构，使得爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人的车体长度能够调节，即前后滚轮的距离能够调节，使爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人具备了适应多种直径钢管的能力。

附图说明

图1为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的总体结构示意图；

图2为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的爬壁焊接主机器人结构示意图；

图3为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的爬壁中继送丝从机器人结构示意图；

图4为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的第一移动机构/第二移动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的工作状态示意图；

图6为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的爬壁焊接主机器人焊枪姿态调整机构的结构示意图；

图7为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的爬壁焊接主机器人焊接过程中焊枪姿态调整工作状态示意图；

图8为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的驱动模组结构示意图；

图9为本发明实施例中主从式爬壁焊接机器人系统的驱动模组的另一个结构示意图。

附图标记说明：

1-大型钢结构件；2-爬壁焊接主机器人；3-爬壁中继送丝从机器人；4-焊接设备单元；5-控制单元；6-传感模块；

7-显示设置终端；8-焊枪；9-焊枪调整机构；10-中继送丝机；11-焊丝盘；12-第二柔性复合电缆；13-第一柔性复合电缆；14-车体长度调整机构；

151-第一移动机构；152-第二移动机构；16-车体板；161-前车体板；162-后车体板；17-驱动模组；171-驱动电机；172-蜗轮蜗杆减速机；173-驱动轮轴；174-车轮；175-轴承支撑部件；

18-永磁吸附体；19-X轴调整引动器；20-Z轴调整引动器；21-焊枪摆动引动器；22-焊枪俯仰角度调整转台；23-焊缝跟踪传感器；24-焊枪位姿控制传感器。

具体实施方式

下面将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的一部分实施例，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1根据本发明的实施例，提供一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，包括：

爬壁焊接主机器人2，爬壁焊接主机器人2包括有焊枪8、焊枪调整机构9和第一移动机构151，焊枪8设置在焊枪调整机构9前端，焊枪调整机构9用于调整焊枪8的位姿，第一移动机构151用于将爬壁焊接主机器人2吸附在大型钢结构件1表面，并使爬壁焊接主机器人2在大型钢结构件1表面沿焊缝移动；

爬壁中继送丝从机器人3，用于向爬壁焊接主机器人2提供焊丝；爬壁中继送丝从机器人3与爬壁焊接主机器人2通过第一柔性复合电缆13连接，第一柔性复合电缆13包括用于传输焊接电流的电线和用于输送焊接保护气体的气体管路；爬壁中继送丝从机器人3包括焊丝盘11、中继送丝机10和第二移动机构152，本实施例中焊丝盘11与中继送丝机10整合设置在同一个机架上并由同一个壳体从外部封装，如图3所示，在其他实施方式中两者还可以如现有技术那样分开设置；

焊丝盘11与中继送丝机10均设置在第二移动机构152上，焊丝盘11用于搭载焊丝，中继送丝机10用于将焊丝盘11搭载的焊丝输送给爬壁焊接主机器人2，第二移动机构152用于将爬壁中继送丝从机器人3吸附在大型钢结构件1表面，并使爬壁中继送丝从机器人3在大型钢结构件1表面沿焊缝移动；

焊接设备单元4，焊接设备单元4与爬壁中继送丝从机器人3通过第二柔性复合电缆12连接，用于向爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3提供电源，并通过第二柔性复合电缆12将焊接保护气体输送至中继送丝机10，再由中继送丝机10将焊接保护气体送往爬壁焊接主机器人2的焊枪8；

控制单元5，控制单元5分别与爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3电性连接，用于控制爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3在大型钢结构件1壁面的移动，及焊枪8位姿的调整；

如图5所示，在进行焊接工作时，爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3均在大型钢结构件1壁面运动，焊接设备单元4设置在大型钢结构件1附近的地面，通过第二柔性复合电缆12与爬壁中继送丝从机器人3连接，爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3通过第一柔性复合电缆13连接，第二柔性复合电缆12和第一柔性复合电缆13内均设有电路通路和焊接保护气体通路；

爬壁焊接主机器人2搭载焊枪8并跟踪焊缝运动，爬壁中继送丝从机器人3负载中继送丝机10、焊丝盘11等焊接相关设备并承载线缆拖曳力，跟随爬壁焊接主机器人2运动，爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3合作完成现场组焊作业，爬壁焊接主机器人2整体重量相对较低，运动灵活，有利于机器人位置与焊枪8姿态的快速调整，爬壁中继送丝从机器人3负载能力较强，控制精度要求相对较低。

如图1所示，在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，还包括有传感模块6，传感模块6与控制单元5电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知爬壁焊接主机器人2相对于大型钢结构件1的位置。

如图7所示，在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，传感模块6包括焊缝跟踪传感器23和焊枪位姿控制传感器24，焊缝跟踪传感器23和焊枪位姿控制传感器24均固定设置在第一移动机构151上，并分别与控制单元5电性连接，焊缝跟踪传感器23用于跟踪焊缝轨迹，焊枪位姿控制传感器24用于感知爬壁焊接主机器人2相对于大型钢结构件1的位置，并将位置信息发送给控制单元5，位置信息包括焊枪与焊缝之间的相对位置，例如焊枪距焊缝的高度、焊枪相对焊缝的左右偏离距离等；

控制单元5根据该位置信息控制焊枪调整机构9从而对焊枪8的位姿进行调整。焊缝跟踪传感器23用于跟踪焊缝轨迹以控制爬壁焊接主机器人2在大型钢结构件1壁面总是沿着焊缝轨迹运动，焊枪位姿控制传感器24将信号反馈给控制单元5，控制单元5控制焊枪8姿态调整机构实现焊枪8姿态的实时精密微调。

本实施例中控制单元5中的控制器主要包括车轮驱动电机的控制器和焊枪位姿的引动器控制器，车轮驱动电机的控制器可以选择maxon ESCON70-10，引动器控制器可以选择安川SGD7S-R90A00A。

本实施例中的焊缝跟踪传感器选取激光传感器，如康美国耐视DS925B、德国米铱scanCONTROL 2910、加拿大SERVO-ROBOT、赛融OWER-TRAC/Z；焊枪位姿控制传感器可以选择接触式传感器，如雷尼绍RLP40、RMP40或LP2。

如图6和图7所示，在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，焊枪调整机构9包括X轴调整引动器19、Z轴调整引动器20、焊枪摆动引动器21和焊枪俯仰角度调整转台22。

X轴调整引动器19、Z轴调整引动器20、焊枪摆动引动器21和焊枪俯仰角度调整转台22依次串联，这里的串联是指焊枪俯仰角度调整转台22安装在焊枪摆动引动器21的滑块上，焊枪摆动引动器21安装在Z轴调整引动器20的滑块上，Z轴调整引动器20安装在X轴调整引动器19的滑块上，四个机械部分呈串联结构，而每个机械部分由单独的电机驱动，电机是由各自的控制器来控制；X轴调整引动器19通过安装支架固定在第一移动机构151的车体板16之上。

焊枪8安装在焊枪俯仰角度调整转台22前端；X轴调整引动器19用于调整焊枪8沿焊缝宽度方向的移动；Z轴调整引动器20用于沿焊缝调整焊枪8的高度方向距离，所谓高度方向距离是指焊枪前端距离壁面的距离，一般取10mm；焊枪摆动引动器21用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪8的摆动，该摆动基本垂直于焊缝走向，满足焊缝成形宽度尺寸的变化，有时为Z形摆动轨迹，有时为S形摆动轨迹；焊枪俯仰角度调整转台22用于根据爬壁焊接主机器人2相对于大型钢结构件1的位置信息调整焊枪8的俯仰角度，焊枪与焊缝之间的角度取决于焊接工艺的制定，因为是自动焊接，所以焊枪角度由焊枪调整机构按照实现输入的参数实时调整。

爬壁焊接主机器人2在大型钢结构件1壁面沿焊缝轨迹进行焊接时，X轴调整引动器19实时调整焊枪8在焊缝宽度方向的位置实现焊枪8的精确轨迹，Z轴调整引动器20实时调整焊枪8与焊缝高度方向的距离以保证电弧稳定性，焊枪摆动引动器21带动焊枪8按照焊接工艺参数设置使焊枪8在沿焊缝轨迹焊接时摆动以形成焊接轨迹，焊枪俯仰角度调整转台22根据爬壁焊接主机器人2相对于大型钢结构件1的位置实时调整焊枪8俯仰角度保证焊缝成型工艺要求。

如图4所示，在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，第一移动机构151和第二移动机构152结构相同，均包括有车体板16、驱动模组17和永磁吸附体18，车体板16呈板状结构，永磁吸附体18有多个且分别固定设置在车体板16下表面上，永磁吸附体的种类可以选择钕铁硼N42、N52SH等。

本实施例中驱动模组17包括四组，分别设置在车体板的四角，如图8和图9所示，每组驱动模组均包括驱动电机171、蜗轮蜗杆减速机172、驱动轮轴173、轴承支撑部件175和车轮174，其中轴承支撑部件175安装在车体板上用于支撑驱动轮轴173，蜗轮蜗杆减速机172与轴承支撑部件175同轴连接；驱动轮轴173安装在蜗轮蜗杆减速机172的输出端并同轴连接车轮，蜗轮蜗杆减速机172的输入端连接驱动电机；车轮贯穿车体板且车轮的下沿超出永磁吸附体18下表面一定距离，驱动电机的型号可以选择maxon EC-4pole 30

无刷，200Watt。

根据大型钢结构件1形貌特点及焊接过程工艺要求，爬壁焊接主机器人2的第一移动机构151和爬壁中继送丝从机器人3的第二移动机构152均通过永磁间隙吸附的方式吸附在大型钢结构件1壁面并采用四轮驱动的方式在大型钢结构件1壁面运动。

在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，车体板16包括有前车体板161和后车体板162两个部分，其中，两个驱动模组17设置在前车体板上，另外两个驱动模组17设置在后车体板上，前车体板161与后车体板162通过车体长度调整机构14连接，车体长度调整机构14用于调整前车体板161与后车体板162之间的距离，车体长度调整机构14包括连接杆以及两个分别设置在前车体板和后车体板上的固定座组件，固定座组件设置有夹紧把手，连接杆穿过固定座组件孔后连接车体前后两部分，松开固定座组件的夹紧把手后，连接杆可以在固定座组件孔内前后滑动，从而改变车体长度，长度调整好后再锁紧夹紧把手，这样车体尺寸就固定了。

通过调整车体长度调整机构14，爬壁焊接主机器人2的长度和爬壁中继送丝从机器人3的长度可由车体长度调整机构14进行尺寸调整以适应不同直径大型钢结构件1的焊接。本申请针对的大型钢结构件的直径一般在1.2米以上，更优选在1.5米以上，最有选在2.5米以上，而且一般用于大直径筒体的焊接。

在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，控制单元5设置在第一移动机构151的后车体板16上表面上，控制单元5的输出端分别电性连接第一移动机构151和第二移动机构152的驱动电机，以及焊枪调整机构9。

在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，焊接设备单元4包括有焊接设备、保护气体供气设备和电源，焊接设备、保护气体供气设备和电源均通过第二柔性复合电缆12与爬壁中继送丝从机器人3的中继送丝机10连接，向中继送丝机10输送焊接保护气体，并提供焊接电源，爬壁中继送丝从机器人3再通过第一柔性复合电缆13向爬壁焊接主机器人2传递焊接保护气体和焊接电源，本实施例中用到的第一柔性复合电缆13与第二柔性复合电缆12均包括用于传输焊接电流的电线和用于输送焊接保护气体的气体管路。焊接设备单元4的焊接设备和保护气体供气设备与爬壁中继送丝从机器人3之间通过焊接电缆组件，即第二柔性复合电缆12连接，为焊接过程提供焊接电源并将保护气体输送至中继送丝机10，但不直接为焊枪8送丝，避免了长距离送丝造成的焊接不稳定性。爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3之间通过短距离柔性焊接电缆，即第一柔性复合电缆13连接，爬壁中继送丝从机器人3为爬壁焊接主机器人2所搭载的焊枪8送丝、供气，爬壁中继送丝从机器人3为爬壁焊接主机器人2短距离送丝进行焊接，焊丝输出稳定，容易保证焊接质量。

本实施例中第二柔性复合电缆12不限制长度；考虑到主、从机器人运动过程中距离是相对固定的，第一柔性复合电缆13为短距离柔性焊接电缆，一般取1-1.5米，电缆两端分别固定在爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3上。

在上述的主从式爬壁焊接机器人系统中，作为优选方案，主从式爬壁焊接机器人系统还包括有无线接收器和远程遥控手柄，无线接收器与控制单元5电性连接，远程遥控手柄通过无线接收器发送控制信号给控制单元5，用于控制爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3进行运动，另外，无线接收器还可以接收位姿传感器的信号，反馈给控制单元5，进而控制爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3进行运动。

本实施例的主从式爬壁焊接机器人系统的控制单元5融合了爬壁焊接主机器人2和爬壁中继送丝从机器人3在大型钢结构件1壁面的运动状态的控制、焊接过程中焊枪8姿态实时调整、焊接工艺参数控制、远程遥操作功能。主从式爬壁焊接机器人系统还包括显示设置终端7，所述显示设置终端7电性连接控制单元，包括有触摸屏，用于对爬壁焊接主机器人和爬壁中继送丝从机器人进行参数设置。

本发明实施例所提供的主从式爬壁焊接机器人系统的实际使用操作过程如下：

步骤1：将爬壁焊接主机器人2、爬壁中继送丝从机器人3吸附于大型钢结构件1导磁工作面。

步骤2：连接控制单元5与爬壁焊接主机器人2、爬壁中继送丝从机器人3之间的控制线缆。

步骤3：在焊接设备单元4与爬壁中继送丝从机器人之间连接焊接电缆组件。

步骤4：在爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3之间连接短距离柔性焊接电缆。

步骤5：启动爬壁焊接主机器人2、爬壁中继送丝从机器人3，启动显示设置终端7。

步骤6：通过远程遥控手柄使爬壁焊接主机器人2运动至所要焊接的大型钢结构件1焊缝处，使其处于初始位置。

步骤7：通过远程遥控手柄使爬壁中继送丝从机器人3运动至爬壁焊接主机器人2近旁，使其处于相对于主机器人的设定距离的位置。

步骤8：通过焊枪8姿态调整机构，调整焊枪8初始焊接姿态。

步骤9：设置爬壁焊接主机器人2焊缝跟踪传感器23和焊枪位姿控制传感器24初始状态。

步骤10：通过显示设置终端7对爬壁机器人运动参数、焊接工艺参数进行设定。

步骤11：通过遥操作系统进行爬壁机器人的使能，下发机器人的运动指令。

步骤12：开启焊接设备焊接电源开关，爬壁焊接主机器人2按照焊缝跟踪传感器23反馈至控制单元5所发出的指令实时修正运动状态，自动沿焊缝轨迹进行焊接作业。

步骤13：完成某一道焊缝焊接工序后，通过遥操作系统调整爬壁机器人的位置，进入下一道焊缝的焊接工序。

步骤14：当所有焊接任务执行结束后，关闭焊接设备，并将机器人驱动至待卸除区域。

综上，本发明的具体实施方式部分提供若干种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，相比现有技术至少具有如下的技术效果：

1、本发明提供了一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，实现了大型钢结构件1现场组焊的全位置自动焊，提升焊接效率与质量，改善工人劳动环境，提高施工安全性。

2、本发明提供了一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，采用爬壁焊接主机器人2搭载焊枪8并跟踪焊缝运动，爬壁中继送丝从机器人3负载送丝机、焊丝盘11等焊接相关设备并承载线缆拖曳力，跟随爬壁焊接主机器人2运动，爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3合作完成现场组焊作业，爬壁焊接主机器人2整体重量相对较低，运动灵活，有利于机器人位置与焊枪8姿态的快速调整，爬壁中继送丝从机器人3负载能力较强，控制精度要求相对较低。

3、本发明提供了一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁中继送丝从机器人3为爬壁焊接主机器人2短距离送丝进行焊接，焊丝输出稳定，容易保证焊接质量。

4、本发明提供了一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构，将吸附机构与运动机构分离，进一步提升了机器人运动的灵活性，提高机器人的运动控制精度。

5、本发明提供了一种大型钢结构件1用主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3均采用两块车体板16通过车体长度调整机构14连接的结构，使得爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3的车体长度能够调节，即前后滚轮的距离能够调节，使爬壁焊接主机器人2与爬壁中继送丝从机器人3具备了适应多种直径钢管的能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述主从式爬壁焊接机器人系统包括：

爬壁焊接主机器人，所述爬壁焊接主机器人包括有焊枪、焊枪调整机构和第一移动机构，所述焊枪设置在所述焊枪调整机构前端，所述焊枪调整机构用于调整所述焊枪的位姿，所述第一移动机构用于将所述爬壁焊接主机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁焊接主机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；

爬壁中继送丝从机器人，用于向所述爬壁焊接主机器人提供焊丝并输送焊接保护气体；所述爬壁中继送丝从机器人与所述爬壁焊接主机器人通过第一柔性复合电缆连接，所述第一柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的第一电线和用于输送焊接保护气体的第一气体管路；

所述爬壁中继送丝从机器人包括焊丝盘、中继送丝机和第二移动机构，所述焊丝盘与所述中继送丝机均设置在第二移动机构上，所述焊丝盘用于搭载焊丝，所述中继送丝机用于将焊丝输送给所述爬壁焊接主机器人；所述中继送丝机上设置有用于连接保护气体供气设备的保护气体输入口以及用于连接所述第一气体管路的保护气体输出口；所述第二移动机构用于将爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁中继送丝从机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；

焊接设备单元，所述焊接设备单元与所述爬壁中继送丝机从机器人通过第二柔性复合电缆连接，所述第二柔性复合电缆包括用于向所述爬壁中继送丝从机器人提供电源的第二电线和用于向所述中继送丝机输送焊接保护气体的第二气体管路；

控制单元，所述控制单元分别与所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人电性连接，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整。

2.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述爬壁焊接主机器人还包括有传感模块，所述传感模块与所述控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置。

3.根据权利要求2所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述传感模块包括焊缝跟踪传感器和焊枪位姿控制传感器，所述焊缝跟踪传感器和所述焊枪位姿控制传感器均固定设置在所述第一移动机构上，并分别与控制单元电性连接，所述焊缝跟踪传感器用于跟踪焊缝轨迹，所述焊枪位姿控制传感器用于感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置，并将位置信息发送给所述控制单元，所述控制单元控制所述焊枪调整机构对所述焊枪的位姿进行调整。

4.根据权利要求3所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述焊枪调整机构包括X轴调整引动器、Z轴调整引动器、焊枪摆动引动器和焊枪俯仰角度调整转台；所述X轴调整引动器、所述Z轴调整引动器、所述焊枪摆动引动器和所述焊枪俯仰角度调整转台依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪俯仰角度调整转台前端；

所述X轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝宽度方向的移动；

所述Z轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝高度方向的距离；

所述焊枪摆动引动器用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪的摆动；

所述焊枪俯仰角度调整转台用于根据所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置信息调整所述焊枪的俯仰角度。

5.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述第一移动机构和所述第二移动机构均包括有车体板、驱动模组和永磁吸附体，所述永磁吸附体有多个、分别固定设置在所述车体板下表面上；

所述车体板的四角分别设置一个驱动模组，所述驱动模组包括驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、驱动轮轴、轴承支撑部件和车轮，所述轴承支撑部件安装在所述车体板上用于支撑所述驱动轮轴，所述蜗轮蜗杆减速机与所述轴承支撑部件同轴连接；所述驱动轮轴安装在所述蜗轮蜗杆减速机的输出端并同轴连接所述车轮，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端连接所述驱动电机；所述车轮贯穿所述车体板且所述车轮的下沿超出所述永磁吸附体下表面一定距离。

6.根据权利要求5所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述车体板包括有前车体板和后车体板两个部分，所述前车体板与所述后车体板上通过车体长度调整机构连接，所述车体长度调整机构用于调整所述前车体板与所述后车体板之间的距离，所述车体长度调整机构包括连接杆以及两个分别设置在所述前车体板和后车体板上的固定座组件，所述固定座组件设置有夹紧把手，通过所述夹紧把手将所述连接杆的两端分别固定在两个固定座组件上。

7.根据权利要求6所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述控制单元设置在所述第一移动机构的后车体板上表面上，所述控制单元的输出端分别电性连接第一移动机构和第二移动机构的所述驱动电机，以及所述焊枪调整机构。

8.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接设备单元包括有焊接设备、保护气体供气设备和电源，所述焊接设备、所述保护气体供气设备和所述电源均通过所述第二柔性复合电缆与所述爬壁中继送丝从机器人的中继送丝机连接，向所述中继送丝机输送焊接保护气体，并提供焊接电源，所述爬壁中继送丝从机器人再通过第一柔性复合电缆向所述爬壁焊接主机器人传递焊接保护气体和焊接电源，所述大型钢结构件指直径1.2米以上的筒体。

9.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括显示设置终端，所述显示设置终端电性连接所述控制单元，包括有触摸屏，用于对所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行参数设置。

10.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括有无线接收器和远程遥控手柄，所述无线接收器与所述控制单元电性连接，所述远程遥控手柄通过所述无线接收器发送控制信号给所述控制单元，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行运动。

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