CN112108874B - 一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法 - Google Patents

一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法，包括车体，车体的底部设置有行进机构，车体的车身侧面对称设置有侧向支撑机构，车体的顶端设置有液压站，液压站的一侧设置有壳体，壳体的内部且位于车体的顶端设置有固定套，固定套的顶端设置有伺服电机一，固定套的内部设置有转臂，转臂靠近液压站的一端通过齿轮组与伺服电机一连接，套筒且位于壳体内部的一端外圆设置有齿轮一。有益效果：能够实现高效精准的对管道内部接缝的焊接，提高了用于管道焊接的工业机器人的工作效率，同时采用螺旋辊驱动的行进方式，提高了该工业机器人的通过性，特别适用于环境复杂的管道内部进行焊接作业。

Description

一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法
技术领域
本发明属于工业机器人技术领域，尤其是一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法。
背景技术
工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有一定的自动性，可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能。工业机器人被广泛应用于电子、物流、化工等各个工业领域之中。焊接机器人是应用最广泛的工业机器人，全世界现役的工业机器人约有一半的工机器人用于焊接领域，在管道焊接领域应用更为广泛，但是现有的由于管道用来输送油、液、粉、气等，管道内可能残留油液或沉淀物、渣滓等，传统的滚轮驱动，在管道内壁行进容易打滑或滚轮被卡住造成无法行进的情况出现，另外，现有的工业焊接机器人在焊接时只是依靠其自动，固定于管道的底部，在工况复杂的环境中进行焊接作业，难以保持稳定。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
发明目的：提供一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
技术方案：一种用于管道焊接的工业机器人，包括车体，车体的底部设置有行进机构，车体的车身侧面对称设置有侧向支撑机构，车体的顶端设置有液压站，液压站的一侧设置有壳体，壳体的内部且位于车体的顶端设置有固定套，固定套的顶端设置有伺服电机一，固定套的内部设置有转臂，转臂靠近液压站的一端通过齿轮组与伺服电机一连接，转臂且位于壳体外部的一端外圆设置有套筒，套筒且位于壳体内部的一端外圆设置有齿轮一，壳体远离液压站的一侧内部设置有伺服电机二，伺服电机二的电机轴上设置有齿轮二，且齿轮二与齿轮一相啮合，转臂远离壳体的一端设置有支架机构，支架机构上交替间隔设置有若干电缸和打磨机，电缸的底端均设置有焊枪，焊枪的上方且位于电缸的一侧设置有工业相机。
在进一步的实施例中，行进机构包括对称设置在车体底部的螺旋辊，螺旋辊的两端通过轴承与车体固定，螺旋辊且位于车体右侧的一端设置皮带轮一，螺旋辊的上方且位于车体内部设置有伺服电机三，伺服电机三的电机轴上设置有皮带轮二，且皮带轮二通过皮带与皮带轮一连接，螺旋辊包括梭形辊，梭形辊的外圆环绕设置有锥形橡胶螺旋，从而使该工业机器人通过性更强，避障能力更强，能够适应各种复杂的路面环境。
在进一步的实施例中，侧向支撑机构包括对称设置在车体车身两侧的电动液压缸，且电动液压缸通过油管与液压站相连通，电动液压缸的活塞上设置有连接块，连接块的中间位置设置有调节杆，调节杆远离连接块的一端设置有弹性弧面板，弹性弧面板远离连接块的一侧面顶部与底部对称设置有滚轮，调节杆的两侧对称设置有缓冲机构，调节杆包括与连接块连接的螺杆一和与弹性弧面板固定连接的螺杆二，螺杆一与螺杆二之间通过螺母套相连接，从而使弹性弧面板的弯曲半径可以在一定范围内进行调节，以方便对不同半径的管道进行焊接。
在进一步的实施例中，缓冲机构包括对称设置在连接块上的导套一，缓冲机构还包括对称设置在弹性弧面板上的导套二，导套二与导套一之间通过弹簧固定连接，从而在弹簧的作用下起到了缓冲的用，避免了侧向支撑机构在电动液压缸在驱动下与管道内壁的刚性接触，有助于保持机器人的稳定。
在进一步的实施例中，支架机构包括设置转臂一端端面的固定盘，固定盘上设置若干连接滑杆，且连接滑杆上背离固定盘的一侧固定有电缸，固定盘的底端设置有固定连接杆一，固定连接杆一的一侧设置有固定连接杆二，且固定连接杆二通过连接件与套筒的外圆固定连接，固定连接杆一与固定连接杆二上均设置有感应锁，两两连接滑杆和连接滑杆与固定连接杆一及固定连接杆二之间均通过圆弧连接板活动连接，圆弧连接板上均设置有扇形连接面，且两两扇形连接面之间柔性连接，圆弧连接板的两端均设置有齿轮三，且相邻两齿轮三相啮合，从而使支架机构可以打开或折叠，便于收纳，使该工业机器人体积小巧。
根据本发明的另一方面，还提供了一种管道焊接工业机器人的控制方法，采用管道焊接工业机器人实现管道焊接，该方法包括以下步骤：
S1：首先通过行进机构移动至管道接缝处；
S2：然后控制支架机构打开并锁定，并通过工业相机确定接缝与焊枪的位置，通过控制中心计算，并控制电缸控制焊枪的焊接距离；
S3：通过侧向支撑机构将机器人进行固定；
S4：控制伺服电机一带动转臂旋转，驱使焊枪按圆周轨迹完成管道接缝的焊接；
S5：收回侧向支撑机构，通过行进机构继续移动至下一待焊接接缝处或返回起始点。
有益效果：
（1）本发明能够实现高效精准的对管道内部接缝的焊接，提高了用于管道焊接的工业机器人的工作效率，同时采用螺旋辊驱动的行进方式，提高了该工业机器人的通过性，特别适用于环境复杂的管道内部进行焊接作业。
（2）通过采用螺旋辊的方式驱动该工业机器人，通过性更强，避障能力更强，能够适应各种复杂的路面环境，避免在管道内壁行进使打滑或滚轮被卡住造成无法行进的情况出现。
（3）通过设置侧向支撑机构便于该工业机器人自动定位管道的圆心，同时在一定范围内改变弹性弧面板的弯曲半径，从而使该工业机器人可以对不同半径的管道进行焊接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的侧向支撑机构的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的支架机构的结构示意图；
图4是图3中A处的局部放大图；
图5是图3中B处的局部放大图；
图6是图3中C处的局部放大图；
图7是根据本发明实施例的固定盘的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的连接滑杆的结构示意图。
图中：
1、车体；2、行进机构；201、螺旋辊；202、皮带轮一；203、伺服电机三；204、皮带轮二；205、皮带；206、梭形辊；207、锥形橡胶螺旋；3、侧向支撑机构；301、电动液压缸；302、连接块；303、调节杆；304、弹性弧面板；305、滚轮；306、缓冲机构；307、螺杆一；308、螺杆二；309、螺母套；310、导套一；311、导套二；312、弹簧；4、液压站；5、壳体；6、固定套；7、伺服电机一；8、转臂；9、套筒；10、齿轮一；11、伺服电机二；12、齿轮二；13、支架机构；14、电缸；15、打磨机；16、焊枪；17、工业相机；18、固定盘；19、连接滑杆；20、固定连接杆一；21、固定连接杆二；22、感应锁；23、圆弧连接板；24、扇形连接面；25、齿轮三。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
根据本发明的实施例，提供了一种用于管道焊接的工业机器人及其控制方法。
如图1-8所示，根据本发明实施例的用于管道焊接的工业机器人包括车体1，车体1的底部设置有行进机构2，车体1的车身侧面对称设置有侧向支撑机构3，侧向支撑机构3采用车身两侧对称设置，有助于该机器人的稳定，为精准焊接提供了保障，车体1的顶端设置有液压站4，液压站4的一侧设置有壳体5，壳体5的内部且位于车体1的顶端设置有固定套6，固定套6的顶端设置有伺服电机一7，固定套6的内部设置有转臂8，转臂8靠近液压站4的一端通过齿轮组与伺服电机一7连接，伺服电机一7用于驱动转臂8转动，进而带动支架机构13转动，带动焊枪16做圆周运动，转臂8且位于壳体5外部的一端外圆设置有套筒9，套筒9且位于壳体5内部的一端外圆设置有齿轮一10，壳体5远离液压站4的一侧内部设置有伺服电机二11，伺服电机二11的电机轴上设置有齿轮二12，且齿轮二12与齿轮一10相啮合，伺服电机二11用于驱动套筒9转动，进而打开支架机构13，转臂8远离壳体5的一端设置有支架机构13，支架机构13上交替间隔设置有若干电缸14和打磨机15，通过电缸14可以实时控制每个焊枪16距管道接缝的距离，在打开后的支架机构13的带动下，多个焊枪16按照圆周轨迹进行焊接，可一次性完成管道内壁接缝的焊接，并配合与焊枪16数量相同，间距相同的打磨机15进行打磨，焊接于焊缝的打磨一次完成，提高了工作效率，打磨机15与焊枪16等距间隔交替设置，可以保证焊缝有一定的冷却时间，保证了打磨效果，电缸14的底端均设置有焊枪16，焊枪16的上方且位于电缸14的一侧设置有工业相机17。
通过本发明的上述方案，能够实现高效精准的对管道内部接缝的焊接，提高了用于管道焊接的工业机器人的工作效率，同时采用螺旋辊驱动的行进方式，提高了该工业机器人的通过性，特别适用于环境复杂的管道内部进行焊接作业。
在一个实施例中，行进机构2包括对称设置在车体1底部的螺旋辊201，螺旋辊201的两端通过轴承与车体1固定，螺旋辊201且位于车体1右侧的一端设置皮带轮一202，螺旋辊201的上方且位于车体1内部设置有伺服电机三203，伺服电机三203的电机轴上设置有皮带轮二204，且皮带轮二204通过皮带205与皮带轮一202连接，采用皮带驱动，能够有效防止过载，对伺服电机三203起到了一定的保护作用，螺旋辊201包括梭形辊206，梭形辊206的外圆环绕设置有锥形橡胶螺旋207，在管道焊接时，管道内可能残余油液或沉淀物、渣滓等，传统的滚轮驱动，在管道内壁行进容易打滑或滚轮被卡住造成无法行进的情况出现，采用螺旋辊的方式驱动该工业机器人，通过性更强，避障能力更强，能够适应各种复杂的路面环境。
在一个实施例中，侧向支撑机构3包括对称设置在车体1车身两侧的电动液压缸301，且电动液压缸301通过油管与液压站4相连通，电动液压缸301的活塞上设置有连接块302，连接块302的中间位置设置有调节杆303，调节杆303远离连接块302的一端设置有弹性弧面板304，弹性弧面板304远离连接块302的一侧面顶部与底部对称设置有滚轮305，通过增设滚轮305，在电动液压缸301驱动侧向支撑机构3对工业机器人进行固定时，滚轮305会带动弹性弧面板304沿管道内壁移动，直至两侧向支撑机构3中心线位于管道直径上，进而使滚轮305与弹性弧面板304相配合，便于自动定位管道的圆心，有助于提高焊接的精度，调节杆303的两侧对称设置有缓冲机构306，调节杆303包括与连接块302连接的螺杆一307和与弹性弧面板304固定连接的螺杆二308，螺杆一307与螺杆二308之间通过螺母套309相连接，通过旋转螺母套309可以在一定范围内改变调节杆303的长度，由于弹性弧面板304的两端固定，中间位置与调节杆303连接，进而调节杆303的长度改变，会使弹性弧面板304的弯曲程度发生变化，即在一定范围内改变弹性弧面板304的弯曲半径，以方便在使用侧向支撑机构3进行固定时适应不同管道的半径，缓冲机构306包括对称设置在连接块302上的导套一310，缓冲机构306还包括对称设置在弹性弧面板304上的导套二311，导套二311与导套一310之间通过弹簧312固定连接，导套二311与导套一310及弹簧312相配合，从而在弹簧312的作用下起到了缓冲的用，避免了侧向支撑机构3在电动液压缸301在驱动下与管道内壁的刚性接触，有助于保持机器人的稳定。
在一个实施例中，支架机构13包括设置转臂8一端端面的固定盘18，固定盘18上的环形滑槽可以使连接滑杆19沿环形滑槽做圆周运动，以带动扇形连接面24展开，固定盘18上设置若干连接滑杆19，且连接滑杆19上背离固定盘18的一侧固定有电缸14，固定盘18的底端设置有固定连接杆一20，固定连接杆一20的一侧设置有固定连接杆二21，且固定连接杆二21通过连接件与套筒9的外圆固定连接，固定连接杆一20与固定连接杆二21上均设置有感应锁22，两两连接滑杆19和连接滑杆19与固定连接杆一20及固定连接杆二21之间均通过圆弧连接板23活动连接，圆弧连接板23上均设置有扇形连接面24，且两两扇形连接面24之间柔性连接，圆弧连接板23的两端均设置有齿轮三25，且相邻两齿轮三25相啮合，从而使支架机构13可以打开或折叠，便于收纳，同时支架机构13打开后使若干焊枪16和打磨机15等距均匀分布于同一圆周面内，进而保证了焊枪16在焊接过程中的焊接精度。
根据本发明的实施例，还提供了一种管道焊接工业机器人的控制方法，采用管道焊接工业机器人实现管道焊接，该方法包括以下步骤：
步骤S1：首先通过行进机构2移动至管道接缝处；
步骤S2：然后控制支架机构13打开并锁定，并通过工业相机17确定接缝与焊枪16的位置，通过控制中心计算，并控制电缸14控制焊枪16的焊接距离；
步骤S3：通过侧向支撑机构3将机器人进行固定；
步骤S4：控制伺服电机一7带动转臂8旋转，驱使焊枪16按圆周轨迹完成管道接缝的焊接；
步骤S5：收回侧向支撑机构3，通过行进机构2继续移动至下一待焊接接缝处或返回起始点。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时，首先通过行进机构2移动至管道接缝处，届时伺服电机三203驱动皮带轮二204转动，经过皮带205传动带动皮带轮一202转动，进而使螺旋辊201转动，使工业机器人移动，当需要转向时，只需要控制两伺服电机三203以不同的速度转动，形成速度差，即可实现该工业机器人的转向，然后控制中心，控制伺服电机二11转动，经齿轮二12与齿轮一10啮合传动，驱使套筒9绕转臂8转动，进而带动固定连接杆二21转动，固定盘18上的环形滑槽可以使连接滑杆19沿环形滑槽做圆周运动，以带动扇形连接面24展开，使支架机构13打开，当感应锁22相接触并锁定后，伺服电机二11停止工作，然后通过工业相机17确定接缝与焊枪16的位置，通过控制中心计算，并控制电缸14控制焊枪16的焊接距离，继而电动液压缸301驱动侧向支撑机构3对工业机器人进行固定，滚轮305会带动弹性弧面板304沿管道内壁移动，直至两侧向支撑机构3中心线位于管道直径上，侧向支撑机构3将机器人固定，同时通过旋转螺母套309可以在一定范围内改变调节杆303的长度，由于弹性弧面板304的两端固定，中间位置与调节杆303连接，进而调节杆303的长度改变，会使弹性弧面板304的弯曲程度发生变化，即在一定范围内改变弹性弧面板304的弯曲半径，以方便在使用侧向支撑机构3进行固定时适应不同管道的半径，然后伺服电机一7带动转臂8旋转，驱使焊枪16按圆周轨迹完成管道接缝的焊接，同时打磨机15对焊接缝进行打磨，焊接完成后收回侧向支撑机构3，通过行进机构2继续移动至下一待焊接接缝处或返回起始点。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采用螺旋辊的方式驱动该工业机器人，通过性更强，避障能力更强，能够适应各种复杂的路面环境，避免在管道内壁行进使打滑或滚轮被卡住造成无法行进的情况出现。通过设置侧向支撑机构3便于该工业机器人自动定位管道的圆心，同时在一定范围内改变弹性弧面板304的弯曲半径，从而使该工业机器人可以对不同半径的管道进行焊接。能够实现高效精准的对管道内部接缝的焊接，提高了用于管道焊接的工业机器人的工作效率，同时采用螺旋辊驱动的行进方式，提高了该工业机器人的通过性，特别适用于环境复杂的管道内部进行焊接作业。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于管道焊接的工业机器人，其特征在于，包括车体(1)，所述车体(1)的底部设置有行进机构(2)，所述车体(1)的车身侧面对称设置有侧向支撑机构(3)，所述车体(1)的顶端设置有液压站(4)，所述液压站(4)的一侧设置有壳体(5)，所述壳体(5)的内部且位于所述车体(1)的顶端设置有固定套(6)，所述固定套(6)的顶端设置有伺服电机一(7)，所述固定套(6)的内部设置有转臂(8)，所述转臂(8)靠近所述液压站(4)的一端通过齿轮组与所述伺服电机一(7)连接，所述转臂(8)且位于所述壳体(5)外部的一端外圆设置有套筒(9)，所述套筒(9)且位于所述壳体(5)内部的一端外圆设置有齿轮一(10)，所述壳体(5)远离所述液压站(4)的一侧内部设置有伺服电机二(11)，所述伺服电机二(11)的电机轴上设置有齿轮二(12)，且所述齿轮二(12)与所述齿轮一(10)相啮合，所述转臂(8)远离所述壳体(5)的一端设置有支架机构(13)，所述支架机构(13)上交替间隔设置有若干电缸(14)和打磨机(15)，所述电缸(14)的底端均设置有焊枪(16)，所述焊枪(16)的上方且位于所述电缸(14)的一侧设置有工业相机(17)；
所述行进机构(2)包括对称设置在所述车体(1)底部的螺旋辊(201)，所述螺旋辊(201)的两端通过轴承与所述车体(1)固定，所述螺旋辊(201)且位于所述车体(1)右侧的一端设置皮带轮一(202)，所述螺旋辊(201)的上方且位于所述车体(1)内部设置有伺服电机三(203)；
所述侧向支撑机构(3)包括对称设置在所述车体(1)车身两侧的电动液压缸(301)，且所述电动液压缸(301)通过油管与所述液压站(4)相连通，所述电动液压缸(301)的活塞上设置有连接块(302)，所述连接块(302)的中间位置设置有调节杆(303)，所述调节杆(303)远离所述连接块(302)的一端设置有弹性弧面板(304)，所述弹性弧面板(304)远离所述连接块(302)的一侧面顶部与底部对称设置有滚轮(305)，所述调节杆(303)的两侧对称设置有缓冲机构(306)；
所述支架机构(13)包括设置所述转臂(8)一端端面的固定盘(18)，所述固定盘(18)上设置若干连接滑杆(19)，且所述连接滑杆(19)上背离所述固定盘(18)的一侧固定有所述电缸(14)，所述固定盘(18)的底端设置有固定连接杆一(20)，所述固定连接杆一(20)的一侧设置有固定连接杆二(21)，且所述固定连接杆二(21)通过连接件与所述套筒(9)的外圆固定连接，所述固定连接杆一(20)与所述固定连接杆二(21)上均设置有感应锁(22)；
两两所述连接滑杆(19)和所述连接滑杆(19)与所述固定连接杆一(20)及所述固定连接杆二(21)之间均通过圆弧连接板(23)活动连接，所述圆弧连接板(23)上均设置有扇形连接面(24)，且两两所述扇形连接面(24)之间柔性连接，所述圆弧连接板(23)的两端均设置有齿轮三(25)，且相邻两所述齿轮三(25)相啮合。
2.根据权利要求1所述的用于管道焊接的工业机器人，其特征在于，所述伺服电机三(203)的电机轴上设置有皮带轮二(204)，且所述皮带轮二(204)通过皮带(205)与所述皮带轮一(202)连接。
3.根据权利要求1所述的用于管道焊接的工业机器人，其特征在于，所述螺旋辊(201)包括梭形辊(206)，所述梭形辊(206)的外圆环绕设置有锥形橡胶螺旋(207)。
4.根据权利要求1所述的用于管道焊接的工业机器人，其特征在于，所述调节杆(303)包括与所述连接块(302)连接的螺杆一(307)和与所述弹性弧面板(304)固定连接的螺杆二(308)，所述螺杆一(307)与所述螺杆二(308)之间通过螺母套(309)相连接。
5.根据权利要求1所述的用于管道焊接的工业机器人，其特征在于，所述缓冲机构(306)包括对称设置在所述连接块(302)上的导套一(310)，所述缓冲机构(306)还包括对称设置在所述弹性弧面板(304)上的导套二(311)，所述导套二(311)与所述导套一(310)之间通过弹簧(312)固定连接。
6.一种管道焊接工业机器人的控制方法，其特征在于，用于权利要求1-5中任意一项所述的用于管道焊接的工业机器人实现管道焊接，该方法包括以下步骤：
S1：首先通过行进机构(2)移动至管道接缝处；
S2：然后控制支架机构(13)打开并锁定，并通过工业相机(17)确定接缝与焊枪(16)的位置，通过控制中心计算，并控制电缸(14)控制焊枪(16)的焊接距离；
S3：通过侧向支撑机构(3)将机器人进行固定；
S4：控制伺服电机一(7)带动转臂(8)旋转，驱使焊枪(16)按圆周轨迹完成管道接缝的焊接；
S5：收回侧向支撑机构(3)，通过行进机构(2)继续移动至下一待焊接接缝处或返回起始点。
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