CN111360379A - 集成tig焊和mig焊功能的管道焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，所述焊接单元包括基座、喷嘴和焊丝，基座设置在所述位置调节单元的前端，基座上设置喷嘴，该喷嘴的出气口朝向管道的焊缝处并喷出惰性气体。TIG焊和MIG焊可以便捷、灵活的进行变换，提高了整机的适应度，降低了焊工的劳动强度，提高了焊接工作的效率，另外通过各方向上的多级调节，使整机能够适应不同壁厚的管道焊接，而且能够保证钨极或焊丝与焊缝之间保持最佳的相对位置，再有，通过扁平化的改进以及焊丝盘单元贴合的调整，降低了整机的高度和体积，使其适合在管道之间间距较小的现场完成焊接工作。

Description

集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人

技术领域

本发明属于焊接机器人结构改进技术领域，尤其是一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人。

背景技术

管道焊接机器人也被称为管道自动焊机，其是工业管道加工中的自动焊接设备，其能够替代焊工的手工焊接，具有焊接质量稳定、改善焊工劳动条件、提高生产效率的优点。管道焊接机器人的结构是：包括爬行单元2、焊丝盘单元、位置调节单元11和焊接单元10，焊丝盘单元设置在爬行单元上，爬行单元用于在管道1外缘设置的轨道3上沿着管道的径向方向运行，其通过位置调节单元带动焊接单元沿着管道的轴向方向在焊缝处往复运动。在同一时刻中，爬行单元沿管道的径向做径向运动，而焊接单元沿管道的轴向往复运动，焊接盘单元不断的输送焊丝至焊缝处，上述三个过程相互结合，使焊接单元完成两侧管道的焊接。

焊接包括两种形式，一种为非熔化极氩弧焊(Tungsten Inert Gas，简称TIG焊)，另一种为熔化极氩弧焊(Metal Inert Gas，简称MIG焊)，前者将钨极和焊丝分别连接电源的两个电极并利用电弧将管道和焊丝熔融、焊接，后者不使用钨极而将焊丝和管道分别连接电源的两个电极并利用电弧将管道和焊丝熔融、焊接。

传统的管道焊接机器人结构中，要么设置TIG焊的相关结构，要么设置MIG焊的相关结构，而没有将二者的结构有机的结合在一起，这就造成操作人员在变换焊接方式时需要整体更换管道焊接机器人，降低了生产效率，提高了焊工的劳动强度。而且，现有的管道焊接机器人中的摆动调节单元的结构调节结构过于简单，无法实现复杂的位置调节，也降低了焊接的精度，影响焊接质量。再有，现有爬行单元中的行进模块和驱动模块体积较大，导致爬行单元的整体高度和体积偏大，当管道之间的间隙较小时，爬行单元会磕碰旁边的管道，导致无法正常的完成焊接工作。

经过检索，未发现有将TIG焊结构和MIG焊结构有机整合在一起的相关文献，所以，急需一种能够有效解决现有技术存在的问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供将TIG焊结构和MIG焊结构有机整合在一起，现场简单操作即可以完成两种焊接方式的切换且提高生产效率、降低劳动强度，并能有效调节焊接单元位置以提高适应度、焊接性能的一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人。

本发明采取的技术方案是：

一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，包括爬行单元、焊丝盘单元、位置调节单元和焊接单元，焊丝盘单元设置在爬行单元上且用于输送焊丝，爬行单元通过位置调节单元带动焊接单元沿管道轴向方向在焊缝处往复运动，其特征在于：所述焊接单元包括基座、喷嘴和焊丝，基座设置在所述位置调节单元的前端，基座上设置喷嘴，该喷嘴的出气口朝向管道的焊缝处并喷出惰性气体；

当基座内设置钨极且该钨极末端和其旁侧设置焊丝末端靠近焊缝时，所述焊接单元处于TIG焊工作模式；

当基座内设置焊丝且该焊丝的末端靠近焊缝时，所述焊接单元处于MIG焊工作模式。

优选的方案是：

所述焊接单元处于TIG焊工作模式时：

基座内设置钨极，该钨极的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝伸入基座旁侧设置的焊丝套内并从焊丝套的出丝口向下伸出，钨极和管道分别连接电源的负极和正极；

所述焊接单元处于MIG焊工作模式时：

基座内设置焊丝，该焊丝的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝和管道分别连接电源的正极和负极。

优选的方案是：所述位置调节单元包括后竖向调节模块、转动调节模块、前竖向调节模块和焊丝套调节模块；

后竖向调节模块在爬行单元驱动下沿管道轴向方向在焊缝处往复运动，后竖向调节模块前端转动连接所述转动调节模块后端，转动调节模块前端连接前竖向调节模块的后端，前竖向调节模块限位转动连接基座，基座通过焊丝套调节模块连接其旁侧的焊丝套。

再有，所述后竖向调节模块包括基板、后移动板和前移动板，基板的后端与爬行单元的沿管道轴向方向在焊缝处往复运动的伸缩部连接，基板的前端竖向限位滑动的设置所述后移动板，该后移动板上设置的电机驱动前移动板竖向限位滑动，该前移动板前端与所述转动调节模块转动连接。

再有，所述转动调节模块包括转动板、限位板和固定螺栓，转动板后端与所述前移动板前端转动连接，转动板前端与所述前竖向调节模块连接，前移动板侧边设置所述限位板的后端，该限位板前端内侧表面与对位的转动板侧面为相互贴合的弧面，该弧面处设置竖向的长滑孔，该长滑孔内穿设的固定螺栓的末端啮合连接转动板的侧面；

固定螺栓拧紧并压紧在长滑孔旁侧的限位板表面时转动板和前移动板保持相互固定，固定螺栓拧松时转动板能带动前竖向调节模块转动调节。

再有，所述前竖向调节模块包括梯形滑块、开孔板和调高架，所述梯形滑块前端与开孔板连接，梯形滑块限位滑动设置在转动板前端设置的竖向的梯形滑槽内，开孔板与调高架后端连接，调高架前端与基座限位转动连接。

再有，所述焊丝套调节模块包括竖向调节机构和前后偏转机构，竖向调节机构用于升高或降低前后偏转机构，前后偏转机构用于焊丝套纵向偏转。

优选的方案是：所述竖向调节机构包括固定架、调节丝杠、导柱和滑动块，固定架内侧端部与基座连接，固定架外侧端部设置调节丝杠，该调节丝杠两侧的外侧端部分别设置一个导柱，调节丝杠上端外缘设置滑动块，该滑动块两端套设在两个导柱外缘，滑动块上设置所述前后偏转机构，调节丝杠转动时能通过滑动块的升降带动前后偏转机构升降。

优选的方案是：所述前后偏转机构包括摆转块、调节螺栓和微调机构，摆转块外侧端部铰装连接在所述滑动块前端外侧，摆转块下端设置的微调机构内设置设置所述焊丝套，摆转块内侧端部啮合穿设所述调节螺栓，该调节螺栓穿过摆转块的端部顶在所述滑动块前端内侧表面。

优选的方案是：所述微调机构包括调整块，该调整块倾斜弧形限位滑动设置在摆转块前端表面，在调整块下端的夹紧套内设置所述焊丝套。

再有，爬行单元的行进模块使爬行单元沿管道径向方向运行，爬行单元的驱动模块使焊接单元沿着管道的轴向方向在焊缝处往复运动；

所述行进模块包括滚动辊、行进电机和下压轮，至少两个滚动辊间隔的设置在爬行单元的壳体内底部并在行进电机驱动下同向转动，在滚动辊下方设置至少一个所述下压轮，所述滚动辊和下压轮分别压接在管道外缘所设轨道的上端面和底面。

再有，所述壳体底面两侧设置两个上夹板，每个上夹板的一端与其下方设置的能横向摆转的下夹板的一端相互铰装，每个上夹板另一端与其下方设置的能横向摆转的下夹板的另一端可拆卸连接，在下夹板内侧设置所述下压轮。

再有，所述滚动辊为两个，该两个滚动辊间隔的设置在上夹板的两侧，所述行进电机设置在两个滚动辊之间，行进电机的输出轴通过齿轮副驱动其两侧的两个滚动辊同向转动。

再有，所述驱动模块设置在行进模块上方的壳体内，该驱动模块的结构是：包括驱动电机、外套管和伸缩部，驱动电机驱动其横向旁侧的转动轴转动，转动轴通过联轴器驱动其前端所设外套管内设置的滚珠丝杠中的丝杠转动，滚珠丝杠外缘所设丝母驱动伸缩部伸出外套管或缩回外套管，伸缩部位于外套管外侧的端部与所述焊接单元连接；

优选的方案是：

所述焊接单元与壳体两侧凹槽内设置的条形滑块连接，每个条形滑块滑动设置在同侧凹槽内设置的导轨上。

再有，所述壳体后端设置摆杆，该摆杆能限位摆转，摆杆的末端设置焊丝盘单元。

本发明的优点和积极效果是：

1.本机器人中，焊接单元内设置基座、喷嘴、焊丝套、钨极和焊丝，钨极为焊丝分别位于喷嘴和焊丝套内时为TIG工作模式，焊丝位于喷嘴内时为MIG工作模式，也就是说，TIG焊和MIG焊的相关结构被有机的整合在一起，在变换焊接方式时，仅需调整部分结构的安装位置即可，无需现有技术中的进行整机更换。

2.本机器人中，爬行单元具有使焊接单元沿管道轴向方向在焊缝处往复运动的驱动结构，通过后竖向调节模块、前竖向调节模块实现焊接单元在竖向方向上的高度调整，通过转动调节模块实现焊接单元在横向方向上的角度调整，通过前竖向调节模块实现基座在纵向方向上的角度调整，通过竖向调节机构实现焊丝套在竖向方向上的高度微调，通过前后偏转机构实现焊丝套在纵向方向上的角度微调，通过微调机构实现焊丝套在横向方向上的角度微调以及在竖向方向上的高度微调。

3.本机器人中，滚动辊设置在爬行单元壳体底部的上夹板处，二者之间设置行进电机，壳体内上方横向的间隔设置驱动电机、同步带轮、滚珠丝杠和伸缩部，也就是说，行进模块整体以及驱动模块整体均进行结构的优化，实现了其内各部件的扁平化调整，使爬行单元的高度以及体积大幅度缩小，整体外形更为小巧，能够适应管道之间间距较小的现场施工环境。

4.本机器人中，壳体后端限位摆转的设置摆杆，摆杆末端设置焊丝盘单元，在使用时，可以根据管道外径的大小对摆杆进行调整，使焊丝盘单元更加贴合管道的外部形状，进一步降低了整机的高度，而且爬行单元和焊丝盘单元比较贴合管道外形的形状也降低了整机沿管道外缘运行时的力臂，进一步增加了整体与管道的贴合度，有利于焊接精度的提高。

3.本发明中，TIG焊和MIG焊可以便捷、灵活的进行变换，提高了整机的适应度，降低了焊工的劳动强度，提高了焊接工作的效率，另外通过各方向上的多级调节，使整机能够适应不同壁厚的管道焊接，而且能够保证钨极或焊丝与焊缝之间保持最佳的相对位置，再有，通过扁平化的改进以及焊丝盘单元贴合的调整，降低了整机的高度和体积，使其适合在管道之间间距较小的现场完成焊接工作。

附图说明

图1是本发明的工作状态图(TIG焊模式)；

图2是图1的右侧视角的放大图(去掉管道和壳体上端面)；

图3是图1的位置调节单元和焊接单元的局部放大图；

图4是图3的前竖向调节模块、基座和焊丝套调节模块的局部放大图；

图5是图2左侧的局部放大图；

图6是图2左侧的俯视放大图；

图7是MIG焊模式的示意图；

图8是图1的底部视角的放大图(去掉管道)；

图9是图8的行进模块的放大图；

图10是图2中驱动模块俯视视角的截面图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，如图1～7所示，包括爬行单元2、焊丝盘单元、位置调节单元11和焊接单元10，焊丝盘单元设置在爬行单元上且用于输送焊丝46，爬行单元通过位置调节单元带动焊接单元沿管道1轴向方向在焊缝9处往复运动，本发明的创新在于：焊接单元包括基座、喷嘴27和焊丝，基座设置在位置调节单元的前端，基座上设置喷嘴，该喷嘴的出气口朝向管道的焊缝处并喷出惰性气体。

当基座内如图1～6所示的设置钨极57且该钨极末端和其旁侧设置焊丝(图4中标号46)末端靠近焊缝时，焊接单元处于TIG焊工作模式。

当基座内如图7所示的设置焊丝且该焊丝的末端靠近焊缝时，焊接单元处于MIG焊工作模式。

本实施例中，爬行单元具有行进模块12，该行进模块在管道外缘设置的轨道3上沿着管道的径向方向运行。爬行单元具有能往复运动的驱动模块15，该驱动模块可以是电动推杆方式、直线电机方式或滚柱丝杠方式等工作形式，优选为由电机驱动的滚珠丝杠，该丝杠上的丝母驱动一伸缩部4往复运动，由此通过位置调节单元带动焊接单元往复运动。

上述焊丝盘单元包括焊丝盘架8、焊丝盘7、摆杆18、固定杆16好输送电机6，固定杆安装在爬行单元的壳体14后端，固定杆外侧端部设置一固定的静齿轮17，该静齿轮的轴上铰装摆杆，在摆杆上对位的设置一个与静齿轮啮合的动齿轮19，该动齿轮套装在一摆杆上设置的固定扳手83的转轴上，当摆杆需要转动时，将固定扳手拧松，则摆杆带动动齿轮在静齿轮外缘啮合转动，当固定杆和摆杆达到所需夹角时，拧紧固定扳手将动齿轮固定，由此使摆杆和固定杆相互固定。在摆杆上设置有压紧模块5，该压紧模块内设置有相互压接的两个压辊，一个压辊或两个压辊由输送电机驱动，两个压辊通过转动挤压的方式实现焊丝由焊丝盘拉出，再以持续方式或脉冲方式通过焊丝管13输送到焊接单元处。在使用时，可以根据管道外径的大小对摆杆进行调整，使焊丝盘单元更加贴合管道的外部形状，进一步降低了整机的高度，而且爬行单元和焊丝盘单元比较贴合管道外形的形状也降低了整机沿管道外缘运行时的力臂，进一步增加了整体与管道的贴合度，有利于焊接精度的提高。

基座包括铜阀板26、绝缘板40和绝缘块72，铜阀板的上端面和前端面覆盖绝缘板，铜阀板的两侧设置绝缘块，在铜阀板内设置有用于安装钨极和喷嘴的自上至下的通孔，还安装有用于冷水循环的通道，通道入口进入冷水，通道出口流出热水，铜阀板还具有连接电源的功能。

焊接单元处于TIG焊工作模式时，如图1～6所示：

基座的通孔内上端嵌装钨极，通孔内下端设置喷嘴，该钨极位于下端的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝伸入基座旁侧设置的焊丝套29内并从焊丝套的出丝口倾斜或竖向向下伸出，钨极和管道分别连接电源的负极和正极。

焊接单元处于MIG焊工作模式时，如图7所示：

基座的通孔内上端嵌装焊丝的导电外套73，该焊丝的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝和管道分别连接电源的正极和负极。

位置调节单元包括后竖向调节模块23、转动调节模块24、前竖向调节模块25和焊丝套调节模块28，后竖向调节模块在驱动模块的伸缩部的驱动下沿管道轴向方向在焊缝处往复运动，后竖向调节模块前端转动连接转动调节模块后端，转动调节模块前端连接前竖向调节模块的后端，前竖向调节模块限位转动连接基座一侧边(图5为右侧边)所装的绝缘块，基座通过焊丝套调节模块连接其旁侧的焊丝套29。

通过后竖向调节模块、前竖向调节模块实现焊接单元在竖向方向上的高度调整，通过转动调节模块实现焊接单元在横向方向上的角度调整，通过前竖向调节模块实现基座在纵向方向上的角度调整，通过竖向调节机构实现焊丝套在竖向方向上的高度微调，通过前后偏转机构实现焊丝套在纵向方向上的角度微调，通过微调机构实现焊丝套在横向方向上的角度微调以及在竖向方向上的高度微调。

各模块的具体结构是：

1.后竖向调节模块包括基板22、后移动板30和前移动板44，基板的后端与伸缩部连接，基板的前端竖向限位滑动的设置后移动板，该后移动板上设置的电机驱动前移动板竖向限位滑动，该前移动板前端与转动调节模块转动连接。

基板的前端竖向限位滑动设置后移动板的结构是：后移动板在图3中的左侧设置电机箱31，图3中的右侧设置间隔的两个竖向的长孔33，该长孔内设置的锁紧螺栓34穿过长孔的末端啮合连接在基板内，锁紧螺栓拧松后，后移动板可以沿着锁紧螺栓的外缘做竖向的升降，后移动板高度调节好后将锁紧螺栓拧紧即可以将基板和后移动板相互固定。

电机驱动前移动板竖向限位滑动的结构是：电机箱内设置有电机并由其驱动滚珠丝杠，该滚珠丝杠上的丝母驱动旁侧后移动板所设的外壳内的一个滑板32竖向滑动，该滑板通过穿过外壳上长孔的滑杆71带动前移动板竖向滑动。

基板与壳体两侧凹槽20内设置的条形滑块21连接，每个条形滑块滑动设置在同侧凹槽内设置的导轨75上。当伸缩部通过基板驱动位置调节单元和焊接单元往复运动时，条形滑块和导轨、凹槽的相互配合使往复运动更加的平稳。

2.转动调节模块包括转动板66、限位板68和固定螺栓50，转动板后端与前移动板前端通过转轴(图中为画出)转动连接，转动板前端与前竖向调节模块连接，前移动板侧边设置限位板的后端，该限位板前端内侧表面与对位的转动板侧面为相互贴合的弧面，该弧面可以如图5所示的向右侧凸出，也可以是向图5所示的左侧凹陷。弧面处设置竖向的长滑孔67，该长滑孔内穿设的固定螺栓的末端啮合连接转动板的侧面，固定螺栓拧紧并压紧在长滑孔旁侧的限位板表面时转动板和前移动板保持相互固定，固定螺栓拧松时转动板能带动前竖向调节模块转动调节。

3.前竖向调节模块包括梯形滑块35、开孔板37和调高架69，梯形滑块前端与开孔板通过开孔38内的固定螺栓相互固定，梯形滑块限位滑动设置在转动板前端设置的竖向的梯形滑槽内，开孔板与调高架后端通过开孔内的固定螺栓连接，调高架前端与基座限位转动连接。

梯形滑块限位滑动的结构是：梯形滑块如图4所示，其横截面为梯形，转动板前端面与其右侧的固定块和其左侧的锁紧块65的凸边45形成了一个上下开口且横截面为梯形的梯形滑槽，在梯形滑块和开孔板相对的表面上对位设置有凹槽36，该两个凹槽内嵌入键条(图中未画出)以保证相互竖向滑动。梯形滑块竖向滑动的插入梯形滑槽内，拧紧固定螺栓，使凸边和固定块将梯形滑块挤紧在梯形滑槽内。

调高架前端与基座限位转动连接的结构是：图5中，调高架前端通过铰轴70与铜阀板右侧的绝缘块铰装，在图4中设置一个定位板39，该定位板上具有向前端凸出的弧形孔41，该弧形孔内穿设的固定螺栓的末端啮合连接在铜阀板左侧的绝缘块内。铜阀板沿着铰轴做纵向(前后)摆转，然后将弧形孔处的固定螺栓拧紧即可以将铜阀板固定位置。

4.焊丝套调节模块包括竖向调节机构和前后偏转机构，竖向调节机构用于升高或降低前后偏转机构，前后偏转机构用于焊丝套纵向偏转。

⑴竖向调节机构包括固定架42、调节丝杠60、导柱54、61和滑动块58，固定架内侧端部与基座左侧(图4中)的绝缘块连接，固定架外侧端部53设置调节丝杠的下端，该调节丝杠两侧的外侧端部分别设置一个菱形导柱54(图4中左侧)和另一个圆柱形导柱61(图4中右侧)，调节丝杠上端外缘设置滑动块，该滑动块两端套设在两个导柱外缘，滑动块上设置前后偏转机构，调节丝杠转动时能通过滑动块的升降带动前后偏转机构升降，菱形导柱的横截面为菱形，其外形的目的是在在转动调节丝杠时能够承受较大的外力，保证滑动块升降的平稳。

⑵前后偏转机构包括摆转块52、调节螺栓64和微调机构，摆转块外侧端部56铰装在滑动块前端外侧轴座55内竖向设置的铰轴59上，摆转块下端设置的微调机构内设置所述焊丝套，摆转块内侧端部62设置的倾斜块63啮合穿设调节螺栓，该调节螺栓穿过摆转块的端部顶在滑动块前端内侧表面。

调节丝杠和调节螺栓上设置有球形的手柄47以便于手工调节。调节螺栓位于倾斜块内的外缘上分别设置有靠近倾斜块前端内的较大螺距的外螺纹以及倾斜块后端内的较小螺距的外螺纹，倾斜块内对位的设置两段不同螺距的内螺纹。从图6中可知，在内侧端部62处的倾斜块分为两部分，位于下方的靠近球形的手柄的倾斜块前端以及位于上方的靠近滑动块58的倾斜块后端，倾斜块前端内的调节螺栓外螺纹的螺距以及对位的倾斜块前端内的内螺纹的螺距稍大，而倾斜块后端内的调节螺栓外螺纹的螺距以及对位的倾斜块前端内的内螺纹的螺距稍小，这样在调节螺栓转动时，倾斜块带动摆转块的前后摆转距离为两个螺距的差，比如：螺距稍大为1.0，螺距稍小为0.8，摆转块的纵向摆转的距离为1.0-0.8＝0.2，这样的调整距离精度更高，能够比现有技术的单螺距调整结构的精度提高5倍。

微调机构包括调整块48，该调整块倾斜弧形限位滑动设置在摆转块前端表面，在调整块下端的夹紧套51内设置焊丝套。焊丝套上端的开口内嵌入焊丝管的绝缘部43，焊丝管内穿出的焊丝自焊丝套的出丝口向焊缝方向伸出。

倾斜弧形限位滑动的结构是：在摆转块前端表面上设置有倾斜的弧形导槽74，调整块后端对位的设置有凸块，该凸块嵌入弧形导槽内，在调整块上设置有倾斜的弧形孔49，该弧形孔内穿装的固定螺栓50的末端与摆转块表面啮合连接，调整块沿着导槽和固定螺栓导向移动，然后固定螺栓拧紧后将调整块固定在摆转块上。

如图8～10所示，爬行单元包括壳体14、行进模块12和驱动模块15，行进模块使爬行单元沿管道1径向方向运行，驱动模块15使焊接单元沿着管道的轴向方向在焊缝9处往复运动。

行进模块包括滚动辊82、行进电机81和下压轮80，至少两个滚动辊间隔的设置在爬行单元的壳体内底部并在行进电机驱动下同向转动，在滚动辊下方设置至少一个下压轮，滚动辊和下压轮分别压接在管道外缘所设轨道3的上端面和底面。

壳体底面两侧设置两个上夹板78，每个上夹板的一端(图8中左侧)与其下方设置的能横向摆转的下夹板79的一端相互铰装，每个上夹板另一端(图8中右侧)与其下方设置的能横向摆转的下夹板的另一端可拆卸连接，在下夹板内侧凸起84设置下压轮。

下夹板一端的通槽77内设置一个圆孔螺栓86，该圆孔螺栓内设置轴85，圆孔螺栓的末端啮合连接上夹板同侧的一端，圆孔螺栓、轴等形成了相互铰装的结构。上夹板另一端设置通槽77，该通槽内嵌入的拉紧螺栓76的末端啮合连接下夹板的另一端，拉紧螺栓等形成了可拆卸连接。

优选的方案是：滚动辊如图8、9所示的为两个，该两个滚动辊间隔的设置在上夹板的两侧，行进电机设置在两个滚动辊之间且稍微高于两个滚动辊。行进电机的输出轴通过齿轮架87上设置的齿轮副88驱动其两侧的两个滚动辊同向转动，位于中部的齿轮与输出轴连接，当其顺时针转动时，中部齿轮驱动其右侧的齿轮逆时针转动，右侧的齿轮再驱动最右侧与滚动辊连接的齿轮顺时针转动，中部齿轮驱动其左侧的齿轮逆时针转动，左侧的齿轮再驱动最左侧与滚动辊连接的齿轮顺时针转动，由此实现了两个滚动辊的同向转动。

任意一个滚动辊通过齿轮同步驱动一旋转编码器89，该旋转编码器用于滚动辊转动角度等数据的检测。

驱动模块设置在行进模块上方的壳体内，该驱动模块的结构如图10所示：包括驱动电机95、同步带轮91、外套管96和伸缩部4，驱动电机通过同步带92驱动其横向旁侧的同步带轮转动，该同步带轮的转动轴驱动伸缩部伸出外套管或缩回外套管。同步带轮的转动轴同步驱动另一个旋转编码器90。

转动轴通过联轴器94驱动外套管内设置的滚珠丝杠中的丝杠98转动，滚珠丝杠外缘所设丝母97驱动伸缩部伸出或缩回。在同步带轮和联轴器外部设置连接套管93，该连接套管的前端与外套管后端固定连接。滚动辊设置在爬行单元壳体底部的上夹板处，二者之间设置行进电机，壳体内上方横向的间隔设置驱动电机、同步带轮、滚珠丝杠和伸缩部，也就是说，行进模块整体以及驱动模块整体均进行结构的优化，实现了其内各部件的扁平化调整，使爬行单元的高度以及体积大幅度缩小，整体外形更为小巧，能够适应管道之间间距较小的现场施工环境。

本发明中，TIG焊和MIG焊可以便捷、灵活的进行变换，提高了整机的适应度，降低了焊工的劳动强度，提高了焊接工作的效率，另外通过各方向上的多级调节，使整机能够适应不同壁厚的管道焊接，而且能够保证钨极或焊丝与焊缝之间保持最佳的相对位置，再有，通过扁平化的改进以及焊丝盘单元贴合的调整，降低了整机的高度和体积，使其适合在管道之间间距较小的现场完成焊接工作。

Claims (10)

1.一种集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，包括爬行单元、焊丝盘单元、位置调节单元和焊接单元，焊丝盘单元设置在爬行单元上且用于输送焊丝，爬行单元通过位置调节单元带动焊接单元沿管道轴向方向在焊缝处往复运动，其特征在于：所述焊接单元包括基座、喷嘴和焊丝，基座设置在所述位置调节单元的前端，基座上设置喷嘴，该喷嘴的出气口朝向管道的焊缝处并喷出惰性气体；

当基座内设置钨极且该钨极末端和其旁侧设置焊丝末端靠近焊缝时，所述焊接单元处于TIG焊工作模式；

当基座内设置焊丝且该焊丝的末端靠近焊缝时，所述焊接单元处于MIG焊工作模式；

优选的方案是：

所述焊接单元处于TIG焊工作模式时：

基座内设置钨极，该钨极的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝伸入基座旁侧设置的焊丝套内并从焊丝套的出丝口向下伸出，钨极和管道分别连接电源的负极和正极；

所述焊接单元处于MIG焊工作模式时：

基座内设置焊丝，该焊丝的末端自喷嘴的出气口竖向向下伸出，焊丝和管道分别连接电源的正极和负极；

优选的方案是：

所述位置调节单元包括后竖向调节模块、转动调节模块、前竖向调节模块和焊丝套调节模块；

后竖向调节模块在爬行单元驱动下沿管道轴向方向在焊缝处往复运动，后竖向调节模块前端转动连接所述转动调节模块后端，转动调节模块前端连接前竖向调节模块的后端，前竖向调节模块限位转动连接基座，基座通过焊丝套调节模块连接其旁侧的焊丝套。

2.根据权利要求1所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述后竖向调节模块包括基板、后移动板和前移动板，基板的后端与爬行单元的沿管道轴向方向在焊缝处往复运动的伸缩部连接，基板的前端竖向限位滑动的设置所述后移动板，该后移动板上设置的电机驱动前移动板竖向限位滑动，该前移动板前端与所述转动调节模块转动连接。

3.根据权利要求1所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述转动调节模块包括转动板、限位板和固定螺栓，转动板后端与所述前移动板前端转动连接，转动板前端与所述前竖向调节模块连接，前移动板侧边设置所述限位板的后端，该限位板前端内侧表面与对位的转动板侧面为相互贴合的弧面，该弧面处设置竖向的长滑孔，该长滑孔内穿设的固定螺栓的末端啮合连接转动板的侧面；

固定螺栓拧紧并压紧在长滑孔旁侧的限位板表面时转动板和前移动板保持相互固定，固定螺栓拧松时转动板能带动前竖向调节模块转动调节。

4.根据权利要求1所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述前竖向调节模块包括梯形滑块、开孔板和调高架，所述梯形滑块前端与开孔板连接，梯形滑块限位滑动设置在转动板前端设置的竖向的梯形滑槽内，开孔板与调高架后端连接，调高架前端与基座限位转动连接。

5.根据权利要求1所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述焊丝套调节模块包括竖向调节机构和前后偏转机构，竖向调节机构用于升高或降低前后偏转机构，前后偏转机构用于焊丝套纵向偏转；

优选的方案是：

所述竖向调节机构包括固定架、调节丝杠、导柱和滑动块，固定架内侧端部与基座连接，固定架外侧端部设置调节丝杠，该调节丝杠两侧的外侧端部分别设置一个导柱，调节丝杠上端外缘设置滑动块，该滑动块两端套设在两个导柱外缘，滑动块上设置所述前后偏转机构，调节丝杠转动时能通过滑动块的升降带动前后偏转机构升降；

优选的方案是：

所述前后偏转机构包括摆转块、调节螺栓和微调机构，摆转块外侧端部铰装连接在所述滑动块前端外侧，摆转块下端设置的微调机构内设置设置所述焊丝套，摆转块内侧端部啮合穿设所述调节螺栓，该调节螺栓穿过摆转块的端部顶在所述滑动块前端内侧表面；

优选的方案是：

所述微调机构包括调整块，该调整块倾斜弧形限位滑动设置在摆转块前端表面，在调整块下端的夹紧套内设置所述焊丝套。

6.根据权利要求1～5任意一项所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：爬行单元的行进模块使爬行单元沿管道径向方向运行，爬行单元的驱动模块使焊接单元沿着管道的轴向方向在焊缝处往复运动；

所述行进模块包括滚动辊、行进电机和下压轮，至少两个滚动辊间隔的设置在爬行单元的壳体内底部并在行进电机驱动下同向转动，在滚动辊下方设置至少一个所述下压轮，所述滚动辊和下压轮分别压接在管道外缘所设轨道的上端面和底面。

7.根据权利要求6所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述壳体底面两侧设置两个上夹板，每个上夹板的一端与其下方设置的能横向摆转的下夹板的一端相互铰装，每个上夹板另一端与其下方设置的能横向摆转的下夹板的另一端可拆卸连接，在下夹板内侧设置所述下压轮。

8.根据权利要求7所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述滚动辊为两个，该两个滚动辊间隔的设置在上夹板的两侧，所述行进电机设置在两个滚动辊之间，行进电机的输出轴通过齿轮副驱动其两侧的两个滚动辊同向转动。

9.根据权利要求7或8所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述驱动模块设置在行进模块上方的壳体内，该驱动模块的结构是：包括驱动电机、外套管和伸缩部，驱动电机驱动其横向旁侧的转动轴转动，转动轴通过联轴器驱动其前端所设外套管内设置的滚珠丝杠中的丝杠转动，滚珠丝杠外缘所设丝母驱动伸缩部伸出外套管或缩回外套管，伸缩部位于外套管外侧的端部与所述焊接单元连接；

优选的方案是：

所述焊接单元与壳体两侧凹槽内设置的条形滑块连接，每个条形滑块滑动设置在同侧凹槽内设置的导轨上。

10.根据权利要求7所述的集成TIG焊和MIG焊功能的管道焊接机器人，其特征在于：所述壳体后端设置摆杆，该摆杆能限位摆转，摆杆的末端设置焊丝盘单元。

Images