CN111843324B - 油气长输管道连接用爬行焊接机器人 - Google Patents

油气长输管道连接用爬行焊接机器人 Download PDF

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Abstract

一种油气长输管道连接用爬行焊接机器人。所述机器人包括支撑架、抱管夹紧装置、履带爬行装置、环绕旋转装置以及焊枪调整装置；支撑架是爬行式管道焊接机器人主体框架，履带爬行装置、环绕旋转装置都安装在支撑架上；抱管夹紧装置通过螺旋夹紧机构可以抱住管柱；履带爬行装置在步进电机的驱动下可以带动整个机器人沿着管道爬行；环绕旋转装置在步进电机的驱动下可以带动焊枪沿着管道周向转动；焊枪调整装置在步进电机的驱动下可以微调焊枪位置，保证焊枪对准焊缝。本种机器人能够完成管道对接的自动化焊接作业，有效减轻工人的劳动强度，保证焊接质量、提高工作效率。

Description

油气长输管道连接用爬行焊接机器人
技术领域
本发明涉及一种应用于油气长输管道对接作业中，用于实现管道接口的自动化焊接机器人。
背景技术
用于输油或输气的管道是通过较短的管道进行连接，连接方式采用焊接，其工作量大且对焊接位置的质量要求高，传统的作业方式是通过手工焊接，工人的工作环境恶劣、工作强度和难度大并且效率低。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提出了一种爬行式管道焊接机器人，能够完成管道对接的自动化焊接作业，并且可以沿着管道爬行至下一对接位置，无需频繁搬运，能够有效的减轻工人的劳动强度，让工人远离有害环境，保证焊接质量，提高工作效率。
本发明的技术方案是：该种油气长输管道连接用爬行焊接机器人，包括支撑架、抱管夹紧装置、履带爬行装置、环绕旋转装置以及焊枪调整装置，所述支撑架是爬行式管道焊接机器人主体框架，由板材焊接而成，两侧和前端加工有螺纹孔，分别用于安置履带爬行装置和环绕旋转装置。其独特之处在于：
所述抱管夹紧装置包括夹紧机构支撑架、铰耳、螺杆、螺母、连杆、转轴以及滚轮；其中，夹紧机构支撑架通过螺栓连接在履带爬行装置上；铰耳与夹紧机构支撑架通过销轴铰接在一起；螺杆与铰耳是有间隙的轴孔配合，用来实现自由转动；螺杆与螺母通过螺纹配合连接；螺母与连杆铰接在一起，当转动螺杆时，螺母前后移动，从而带动连杆绕转轴转动，从而实现抱紧和松开动作；连杆上通过轴承安装有滚轮，用以实现在机器人沿着管道爬行时，滚轮与管道之间相对滚动，减小摩擦。
所述履带爬行装置包括履带轮架、履带、履带轮、第一步进电机以及支撑轮；其中，履带轮架通过螺栓与支撑架连接；履带轮与支撑轮分别通过轴与轴承固定在履带轮架的前端与后端；第一步进电机通过螺栓与履带轮架固定，第一步进电机的输出轴通过键与履带轮的支撑轴相连接，从而驱动履带轮转动；履带安装在履带轮和支撑轮上，通过轮齿配合实现履带的爬行动作。
所述环绕旋转装置包括固定滑道、旋转大齿圈、驱动小齿轮、第二步进电机、支撑滚轮以及滑移滚轮；固定滑道与支撑架通过螺钉相连；第二步进电机通过螺钉连接在固定滑道上，第二步进电机的输出轴通过键连接带动驱动小齿轮旋转，再带动旋转大齿圈转动；滑移滚轮通过销轴安装在旋转大齿圈上，并嵌入在固定滑道的滑槽内；支撑滚轮安装在固定滑道上，用于在机器人沿管道爬行时起支撑作用。
所述焊枪调整装置包括固定盒、导轮、第三步进电机、纵向滑动箱、板状导轨、第四步进电机、纵向齿条、导轨、径向齿条、径向移动板、视觉装置夹持器、焊枪夹持器以及送丝嘴夹持器。固定盒与旋转大齿圈通过螺钉连接；导轮与固定盒通过销轴连接；第三步进电机与固定盒通过螺钉连接，第三步进电机的输出轴安装有小齿轮；板状导轨与纵向滑动箱通过螺钉连接；纵向齿条与纵向滑动箱通过螺钉连接；在第三步进电机的小齿轮与纵向齿条的机构驱动下，纵向滑动箱在板状导轨和导轮配合下完成纵向伸缩动作；第四步进电机与纵向滑动箱通过螺钉连接，第四步进电机的输出轴安装有小齿轮；导轨与径向移动板通过螺钉连接，并与装在纵向滑动箱前端的导轨槽配合；径向齿条与径向移动板通过螺钉连接；在第四步进电机的小齿轮与径向齿条的机构驱动下，径向移动板在导轨和纵向滑动箱前端导轨槽的配合下完成径向伸缩动作；视觉装置夹持器与径向移动板通过螺钉连接，用来安装视觉系统；焊枪夹持器与径向移动板通过螺钉连接，用来夹持焊枪；送丝嘴夹持器与径向移动板通过螺钉连接，用来安装送丝嘴。
本发明具有如下有益效果：本发明所给出的机器人，支撑架是爬行式管道焊接机器人主体框架，履带爬行装置、环绕旋转装置都安装在支撑架上；抱管夹紧装置通过螺旋夹紧机构可以抱住管柱；履带爬行装置在步进电机的驱动下可以带动整个机器人沿着管道爬行；环绕旋转装置在步进电机的驱动下可以带动焊枪沿着管道周向转动；焊枪调整装置在步进电机的驱动下可以微调焊枪位置，保证焊枪对准焊缝。该机器人能够完成管道对接的自动化焊接作业，有效的减轻了工人的劳动强度，让工人远离有害环境，保证了焊接质量，提高了工作效率。
附图说明：
图1是本发明爬行式管道焊接机器人总装图。
图2是本发明支撑架示意图。
图3是本发明抱管夹紧装置示意图。
图4是本发明抱管夹紧装置抱紧、松开动作示意图。
图5是本发明爬行装置示意图。
图6是本发明环绕旋转装置示意图。
图7是本发明固定滑道示意图。
图8是本发明旋转大齿圈及滑移滚轮示意图。
图9是本发明环绕旋转装置旋转动作示意图。
图10是本发明焊枪调整装置示意图。
图中1-支撑架，2-抱管夹紧装置，3-履带爬行装置，4-环绕旋转装置，5-焊枪调整装置，6-夹紧机构支撑架，7-铰耳，8-螺杆，9-螺母，10-连杆，11-转轴，12-滚轮，13-履带轮架，14-履带，15-履带轮，16-第一步进电机，17-支撑轮，18-固定滑道，19-旋转大齿圈，20-驱动小齿轮，21-第二步进电机，22-支撑滚轮，23-滑移滚轮，24-固定盒，25-导轮，26-第三步进电机，27-纵向滑动箱，28-板状导轨，29-第四步进电机，30-纵向齿条，31-导轨，32-径向齿条，33-径向移动板，34-视觉装置夹持器，35 -焊枪夹持器，36-送丝嘴夹持器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1至图10所示，该种焊接机器人主体包括支撑架1、抱管夹紧装置2、履带爬行装置3、环绕旋转装置4、焊枪调整装置5组成。
所述支撑架1 是爬行式管道焊接机器人主体框架，由板材焊接而成，两侧和前端加工有螺纹孔，分别用于安置履带爬行装置3和环绕旋转装置4。
所述抱管夹紧装置2包括夹紧机构支撑架6、铰耳7、螺杆8、螺母9、连杆10、转轴11、滚轮12。其中夹紧机构支撑架6通过螺栓连接在履带爬行装置3上；铰耳7与夹紧机构支撑架6通过销轴铰接在一起；螺杆8与铰耳7是有间隙的轴孔配合，可以自由转动，螺杆8与螺母9通过螺纹配合连接；螺母9与连杆10 铰接在一起，当转动螺杆8时，螺母9实现前后移动，从而带动连杆10绕转轴11转动，从而实现抱紧和松开动作；连杆10上通过轴承安装有滚轮12，在机器人沿着管道爬行时，滚轮12与管道之间相对滚动，减小摩擦。
所述履带爬行装置3包括履带轮架13、履带14、履带轮15、第一步进电机16、支撑轮17。其中履带轮架13通过螺栓与支撑架1连接；履带轮15与支撑轮17通过轴与轴承固定在履带轮架13的前端与后端；第一步进电机16通过螺栓与履带轮架13固定，第一步进电机输出轴通过键与履带轮15的支撑轴相连接，从而驱动履带轮15转动；履带14安装在履带轮15和支撑轮17上，并通过轮齿配合实现履带的爬行动作。
所述环绕旋转装置4包括固定滑道18、旋转大齿圈19、驱动小齿轮20、第二步进电机21、支撑滚轮22、滑移滚轮23。固定滑道18与支撑架1 通过螺钉相连；第二步进电机21通过螺钉连接在固定滑道18上，其输出轴通过键连接带动驱动小齿轮20旋转，从而再通过齿轮机构带动旋转大齿圈19转动；滑移滚轮23通过销轴安装在旋转大齿圈19上，并嵌入在固定滑道18的滑槽内；支撑滚轮22安装在固定滑道18上，在机器人沿管道爬行时起支撑作用。
所述焊枪调整装置5包括固定盒24、导轮25、第三步进电机26、纵向滑动箱27、板状导轨28、第四步进电机29、纵向齿条30、导轨31、径向齿条32、径向移动板33、视觉装置夹持器34、焊枪夹持器35以及送丝嘴夹持器36。固定盒24与旋转大齿圈19通过螺钉连接；导轮25与固定盒24通过销轴连接；第三步进电机26与固定盒24通过螺钉连接，第三步进电机26输出轴安装有小齿轮；板状导轨28与纵向滑动箱27通过螺钉连接；纵向齿条30 与纵向滑动箱27通过螺钉连接；在第三步进电机26的小齿轮与纵向齿条30的机构驱动下，纵向滑动箱27在板状导轨28和导轮25配合下可完成纵向伸缩动作；第四步进电机29与纵向滑动箱27通过螺钉连接，第四步进电机29输出轴安装有小齿轮；导轨31与径向移动板33通过螺钉连接，并与装在纵向滑动箱27前端的导轨槽配合；径向齿条32与径向移动板33通过螺钉连接；在第四步进电机29的小齿轮与径向齿条32的机构驱动下，径向移动板33在导轨31和纵向滑动箱27前端导轨槽的配合下可完成径向伸缩动作；视觉装置夹持器34与径向移动板33通过螺钉连接，用来安装视觉系统，并可以调节角度；焊枪夹持器35与径向移动板33通过螺钉连接，用来夹持焊枪；送丝嘴夹持器36与径向移动板33通过螺钉连接，用来安装送丝嘴，并可以调节角度。
本发明的工作过程如下：
抱管夹紧过程：将机器人整体吊装放置在管道上后，通过手动调节两侧抱管夹紧装置上的螺杆，使抱管夹紧装置上的滚轮夹紧管道，防止机器人掉落。
沿管道爬行过程：在两侧履带爬行装置上步进电机的驱动下，履带运转，带动整个机器人在管道上沿着管道纵向爬行，直到焊枪移动至焊接位置时停止。
调整焊枪位置过程：焊枪调整装置在步进电机的驱动下分别微调纵向滑动箱和径向移动板，从而实现微调焊枪，达到精确的焊接位置。
旋转焊接过程：调整焊枪达到准确位置后，开始进行焊接，同时环绕旋转装置开始工作，在两侧步进电机的驱动下，旋转大齿圈开始旋转，同时带动焊枪旋转，完成管道的圆周焊接，实现管道的对接。

Claims (1)

1.一种油气长输管道连接用爬行焊接机器人，包括支撑架(1)、抱管夹紧装置(2)、履带爬行装置(3)、环绕旋转装置(4)以及焊枪调整装置(5)，所述支撑架(1) 是爬行式管道焊接机器人主体框架，由板材焊接而成，两侧和前端加工有螺纹孔，分别用于安置履带爬行装置(3)和环绕旋转装置(4)，其特征在于：
所述抱管夹紧装置(2)包括夹紧机构支撑架(6)、铰耳(7)、螺杆(8)、螺母(9)、连杆(10)、转轴(11)以及滚轮(12)；其中，夹紧机构支撑架(6)通过螺栓连接在履带爬行装置(3)上；铰耳(7)与夹紧机构支撑架(6)通过销轴铰接在一起；螺杆(8)与铰耳(7)是有间隙的轴孔配合，用来实现自由转动；螺杆(8)与螺母(9)通过螺纹配合连接；螺母(9)与连杆(10) 铰接在一起，当转动螺杆(8)时，螺母(9)前后移动，从而带动连杆(10)绕转轴(11)转动，从而实现抱紧和松开动作；连杆(10)上通过轴承安装有滚轮(12)，用以实现在机器人沿着管道爬行时，滚轮(12)与管道之间相对滚动，减小摩擦；
所述履带爬行装置(3)包括履带轮架(13)、履带(14)、履带轮(15)、第一步进电机(16)以及支撑轮(17)；其中，履带轮架(13)通过螺栓与支撑架(1)连接；履带轮(15)与支撑轮(17)分别通过轴与轴承固定在履带轮架(13)的前端与后端；第一步进电机(16)通过螺栓与履带轮架(13)固定，第一步进电机(16)的输出轴通过键与履带轮(15)的支撑轴相连接，从而驱动履带轮(15)转动；履带(14)安装在履带轮(15) 和支撑轮(17)上，通过轮齿配合实现履带的爬行动作；
所述环绕旋转装置(4)包括固定滑道(18)、旋转大齿圈(19)、驱动小齿轮(20)、第二步进电机(21)、支撑滚轮(22)以及滑移滚轮(23)；固定滑道(18)与支撑架(1) 通过螺钉相连；第二步进电机(21)通过螺钉连接在固定滑道(18)上，第二步进电机(21)的输出轴通过键连接带动驱动小齿轮(20)旋转，再带动旋转大齿圈(19)转动；滑移滚轮(23)通过销轴安装在旋转大齿圈(19)上，并嵌入在固定滑道(18)的滑槽内；支撑滚轮(22)安装在固定滑道(18)上，用于在机器人沿管道爬行时起支撑作用；
所述焊枪调整装置(5)包括固定盒(24)、导轮(25)、第三步进电机(26)、纵向滑动箱(27)、板状导轨(28)、第四步进电机(29)、纵向齿条(30)、导轨(31)、径向齿条(32)、径向移动板(33)、视觉装置夹持器(34)、焊枪夹持器(35)以及送丝嘴夹持器(36)；固定盒(24)与旋转大齿圈(19)通过螺钉连接；导轮(25)与固定盒(24)通过销轴连接；第三步进电机(26)与固定盒(24)通过螺钉连接，第三步进电机(26)的输出轴安装有小齿轮；板状导轨(28)与纵向滑动箱(27)通过螺钉连接；纵向齿条(30) 与纵向滑动箱(27)通过螺钉连接；在第三步进电机(26)的小齿轮与纵向齿条(30)的机构驱动下，纵向滑动箱(27)在板状导轨(28)和导轮(25)配合下完成纵向伸缩动作；第四步进电机(29)与纵向滑动箱(27)通过螺钉连接，第四步进电机(29)的输出轴安装有小齿轮；导轨(31)与径向移动板(33)通过螺钉连接，并与装在纵向滑动箱(27)前端的导轨槽配合；径向齿条(32)与径向移动板(33)通过螺钉连接；在第四步进电机(29)的小齿轮与径向齿条(32)的机构驱动下，径向移动板(33) 在导轨(31)和纵向滑动箱(27)前端导轨槽的配合下完成径向伸缩动作；视觉装置夹持器(34)与径向移动板(33)通过螺钉连接，用来安装视觉系统；焊枪夹持器(35)与径向移动板(33)通过螺钉连接，用来夹持焊枪；送丝嘴夹持器(36) 与径向移动板(33)通过螺钉连接，用来安装送丝嘴。
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