CN115781121A - 一种基于模块加工作业的焊接机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于模块加工作业的焊接机器人，包括：第一模块、第二模块、第三模块、第一弧形件、第二弧形件、带有焊枪的第一机械臂、带有焊枪的第二机械臂、旋转油缸，所述旋转油缸安装在所述第三模块的顶部，所述第一弧形件以及所述第二弧形件的顶部均滑动安装在所述第三模块的底部，所述第一模块竖直安装在所述第一弧形件上，所述第二模块竖直安装在所述第二弧形件上，所述第一机械臂以及所述第二机械臂一一对应滑动安装在所述第一模块以及所述第二模块上。第一机械臂、第二机械臂能够控制焊枪对管道焊缝进行焊接作业，便于焊接机器人的安装以及搬运，提高焊接质量，降低用户劳动强度。

Description

一种基于模块加工作业的焊接机器人

技术领域

本发明涉及管道焊接技术领域，尤其涉及一种基于模块加工作业的焊接机器人。

背景技术

目前，石油天然气是现代社会发展的重要能源，主要通过管道来输送，油气管道会穿过人烟稀少的荒野，需要通过吊装设备将管道吊到合适的位置，将管道的接口处互相对齐，然后再进行焊接，现有管道焊接施工通常采用人工焊接。

人工焊接由于野外环境相对恶略，且焊工长时间工作极易疲劳，难以保证焊接质量，再者焊接物是圆形管道，底部不便于焊接，需要焊工躺在管道下端的地面进行“躺焊”，劳动强度大且有损焊工身体健康。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于模块加工作业的焊接机器人。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于模块加工作业的焊接机器人，包括：第一模块、第二模块、第三模块、第一弧形件、第二弧形件、带有焊枪的第一机械臂、带有焊枪的第二机械臂、旋转油缸，所述旋转油缸安装在所述第三模块的顶部，所述第一弧形件以及所述第二弧形件的顶部均滑动安装在所述第三模块的底部，所述第一模块竖直安装在所述第一弧形件上，所述第二模块竖直安装在所述第二弧形件上，所述第一机械臂以及所述第二机械臂一一对应滑动安装在所述第一模块以及所述第二模块上。

采用本发明技术方案的有益效果是：第一机械臂、第二机械臂能够控制焊枪对管道焊缝进行焊接作业，便于焊接机器人的安装以及搬运，提高焊接质量，降低用户劳动强度。

进一步地，所述第一模块竖直安装在所述第一弧形件远离所述第二弧形件的一侧中部，所述第二模块竖直安装在所述第二弧形件远离所述第一弧形件的一侧中部。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：模块的设置，便于机械臂的安装以及拆卸，便于弧形件夹装在管道的两侧侧壁上。

进一步地，所述第一机械臂滑动安装在所述第一模块远离所述第一弧形件的一侧，所述第二机械臂滑动安装在所述第二模块远离所述第二弧形件的一侧。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：模块的设置，便于机械臂的安装以及拆卸。

进一步地，所述旋转油缸连接有安装平台。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：旋转油缸与第三模块的上端连接，能够带动第三模块旋转。便于山区环境的搬运以及设备安装。旋转油缸能够转动第三模块至垂直于管道轴线方向，从而便于弧形件能够夹紧管壁。

进一步地，所述第一模块与所述第二模块为相同结构，所述第一模块包括：第一移动平台以及第一导轨，所述第一导轨竖直安装在所述第一弧形件远离所述第二弧形件的一侧中部，所述第一移动平台滑动安装在所述第一导轨远离所述第一弧形件的一侧，所述第一机械臂安装在所述第一移动平台上。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一移动平台能相对第一导轨竖向滑动。第一移动平台能够用于安装机械臂，使得机械臂能够在第一导轨上做竖向滑动。第一导轨能够支撑和引导第一移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

进一步地，所述第一导轨的一端设有第一驱动电机，所述第一驱动电机通过丝杆与所述第一移动平台连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一驱动电机能够控制第一移动平台在第一导轨完成竖向滑动。驱动电机和丝杆配合工作实现自锁固定。

进一步地，所述第三模块的底部中间位置处安装有第三弧形件，所述第一弧形件以及所述第二弧形件一一对应位于所述第三弧形件的两侧。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第三弧形件固定在第三模块上并能够与管道的顶部管面紧密接触。三段弧形件可通过两个第二移动平台在第二导轨上相对固定块做往复直线滑动，使得第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。两侧的第二移动平台滑动至与中间的固定块紧靠时，三段弧形件形成圆环，能够夹持住待焊接管道。两侧的第二移动平台相对中间的固定块向两侧分离开，在第一弧形件、第二弧形件下方形成一段开口，当开口距离大于待焊管道外径后，便可将焊接机器人直接吊装到管道上方，完成拆卸。

进一步地，所述第三模块包括：固定块、一对第二移动平台以及第二导轨，所述固定块固定安装在所述第二导轨的底部中间位置处，所述第三弧形件安装在所述固定块上，一对所述第二移动平台顶部均滑动安装在所述第二导轨的底部，一对所述第二移动平台一一对应位于所述第三弧形件的两侧，所述第一弧形件的顶部以及所述第二弧形件的顶部一一对应与一对所述第二移动平台连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第二移动平台能相对于第二导轨横向滑动。第二导轨能够支撑和引导第二移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

进一步地，所述第二导轨的一端安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机通过丝杆与一对所述第二移动平台连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第二驱动电机可安装在第二导轨一端。第二驱动电机能够控制两个第二移动平台在第二导轨完成横向滑动。驱动电机和丝杆配合工作实现自锁固定。

进一步地，所述第一机械臂与所述第二机械臂为相同结构，所述第一机械臂为具有沿管道轴向调节和径向调节的两自由度机械臂。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一机械臂与第二机械臂可都具有两个自由度，一个自由度是沿管道径向调节，结合机械臂在第一导轨上下滑动，能够实现一套机械臂完成管道180°的焊接工作，包括待焊管道的最顶端和最底端极限位置的焊接工作；另一个自由度是沿管道轴向调节，对于三段弧形件夹持待焊管道未做精度要求，机械臂能够轴向调节，保证了焊接时能沿环环缝进行精准焊接。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例提供的焊接机器人的结构示意图之一。

图2为本发明实施例提供的焊接机器人的结构示意图之二。

图3为本发明实施例提供的焊接机器人的结构示意图之三。

附图标号说明：1、第一模块；2、第二模块；3、第三模块；4、第一弧形件；5、第二弧形件；6、焊枪；7、第一机械臂；8、第二机械臂；9、旋转油缸；10、安装平台；11、第一移动平台；12、第一导轨；13、第一驱动电机；14、第三弧形件；15、固定块；16、第二移动平台；17、第二导轨；18、第二驱动电机；19、管道。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种基于模块加工作业的焊接机器人，包括：第一模块1、第二模块2、第三模块3、第一弧形件4、第二弧形件5、带有焊枪6的第一机械臂7、带有焊枪6的第二机械臂8、旋转油缸9，所述旋转油缸9安装在所述第三模块3的顶部，所述第一弧形件4以及所述第二弧形件5的顶部均滑动安装在所述第三模块3的底部，所述第一模块1竖直安装在所述第一弧形件4上，所述第二模块2竖直安装在所述第二弧形件5上，所述第一机械臂7以及所述第二机械臂8一一对应滑动安装在所述第一模块1以及所述第二模块2上。

采用本发明技术方案的有益效果是：第一机械臂、第二机械臂能够控制焊枪对管道焊缝进行焊接作业，便于焊接机器人的安装以及搬运，提高焊接质量，降低用户劳动强度。

(1)本发明通过采用履带式挖掘机作为焊接机器人的安装平台，便于适应山区环境的搬运以及设备安装。

(2)本发明通过旋转油缸、第三模块和三段弧形件能够实现快速安装和拆卸。

(3)本发明通过第一模块、第二模块和两套机械臂能够实现管道360°全位置焊接。

如图1至图3所示，进一步地，所述第一模块1竖直安装在所述第一弧形件4远离所述第二弧形件5的一侧中部，所述第二模块2竖直安装在所述第二弧形件5远离所述第一弧形件4的一侧中部。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：模块的设置，便于机械臂的安装以及拆卸，便于弧形件夹装在管道的两侧侧壁上。

如图1至图3所示，进一步地，所述第一机械臂7滑动安装在所述第一模块1远离所述第一弧形件4的一侧，所述第二机械臂8滑动安装在所述第二模块2远离所述第二弧形件5的一侧。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：模块的设置，便于机械臂的安装以及拆卸。

如图1至图3所示，进一步地，所述旋转油缸9连接有安装平台10。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：旋转油缸与第三模块的上端连接，能够带动第三模块旋转。便于山区环境的搬运以及设备安装。旋转油缸能够转动第三模块至垂直于管道轴线方向，从而便于弧形件能够夹紧管壁。

如图1至图3所示，进一步地，所述第一模块1与所述第二模块2为相同结构，所述第一模块1包括：第一移动平台11以及第一导轨12，所述第一导轨12竖直安装在所述第一弧形件4远离所述第二弧形件5的一侧中部，所述第一移动平台11滑动安装在所述第一导轨12远离所述第一弧形件4的一侧，所述第一机械臂7安装在所述第一移动平台11上。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一移动平台能相对第一导轨竖向滑动。第一移动平台能够用于安装机械臂，使得机械臂能够在第一导轨上做竖向滑动。第一导轨能够支撑和引导第一移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

如图1至图3所示，进一步地，所述第一导轨12的一端设有第一驱动电机13，所述第一驱动电机13通过丝杆与所述第一移动平台11连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一驱动电机能够控制第一移动平台在第一导轨完成竖向滑动。驱动电机和丝杆配合工作实现自锁固定。

如图1至图3所示，进一步地，所述第三模块3的底部中间位置处安装有第三弧形件14，所述第一弧形件4以及所述第二弧形件5一一对应位于所述第三弧形件14的两侧。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第三弧形件固定在第三模块上并能够与管道的顶部管面紧密接触。三段弧形件可通过两个第二移动平台在第二导轨上相对固定块做往复直线滑动，使得第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。两侧的第二移动平台滑动至与中间的固定块紧靠时，三段弧形件形成圆环，能够夹持住待焊接管道。两侧的第二移动平台相对中间的固定块向两侧分离开，在第一弧形件、第二弧形件下方形成一段开口，当开口距离大于待焊管道外径后，便可将焊接机器人直接吊装到管道上方，完成拆卸。

如图1至图3所示，进一步地，所述第三模块3包括：固定块15、一对第二移动平台16以及第二导轨17，所述固定块15固定安装在所述第二导轨17的底部中间位置处，所述第三弧形件14安装在所述固定块15上，一对所述第二移动平台16顶部均滑动安装在所述第二导轨17的底部，一对所述第二移动平台16一一对应位于所述第三弧形件14的两侧，所述第一弧形件4的顶部以及所述第二弧形件5的顶部一一对应与一对所述第二移动平台16连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第二移动平台能相对于第二导轨横向滑动。第二导轨能够支撑和引导第二移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

如图1至图3所示，进一步地，所述第二导轨17的一端安装有第二驱动电机18，所述第二驱动电机18通过丝杆与一对所述第二移动平台16连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第二驱动电机可安装在第二导轨一端。第二驱动电机能够控制两个第二移动平台在第二导轨完成横向滑动。驱动电机和丝杆配合工作实现自锁固定。

如图1至图3所示，进一步地，所述第一机械臂7与所述第二机械臂8为相同结构，所述第一机械臂7为具有沿管道19轴向调节和径向调节的两自由度机械臂。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一机械臂与第二机械臂可都具有两个自由度，一个自由度是沿管道径向调节，结合机械臂在第一导轨上下滑动，能够实现一套机械臂完成管道180°的焊接工作，包括待焊管道的最顶端和最底端极限位置的焊接工作；另一个自由度是沿管道轴向调节，对于三段弧形件夹持待焊管道未做精度要求，机械臂能够轴向调节，保证了焊接时能沿环环缝进行精准焊接。

实施例1

本发明实施例提供了一种基于模块加工作业的焊接机器人，如图1所示，可包括：第一模块、第二模块、第三模块、第一弧形件、第二弧形件、第三弧形件、第一机械臂、第二机械臂和旋转油缸。其中，第一模块和第二模块纵向设置且分别位于管道的左右两侧；第三模块横向设置且位于管道的上方。第一弧形件的身部固定在第一模块朝向管道的端面上，其上端还与第三模块滑动连接；第二弧形件的身部固定在第二模块朝向管道的端面上，其上端也与第三模块滑动连接；第一弧形件、第二弧形件能够沿第三模块相向滑动并与管道左右两侧管面紧密接触。第一机械臂安装在第一模块背离管道的端面上，并能够沿第一模块上下移动；第二机械臂安装在第二模块背离管道的端面上，并能够沿第二模块上下移动；第一机械臂、第二机械臂能够控制焊枪对管道焊缝进行焊接作业。旋转油缸与第三模块的上端连接，并能够带动第三模块旋转，旋转油缸还与安装平台连接。

在本实施例中，如图1所示，所述焊接机器人还可包括有第三弧形件，第三弧形件固定在第三模块上并能够与管道的顶部管面紧密接触。

在本实施例中，如图1所示，所述第一模块、第二模块都可包括第一移动平台和第一导轨。其中，第一移动平台安装在第一导轨背离管道的端面上，第一移动平台能相对第一导轨竖向滑动。第一导轨能够支撑和引导第一移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

在本实施例中，如图1所示，所述第一模块、第二模块还可包括两个第一驱动电机，两个第一驱动电机可分别安装在两根第一导轨的一端。第一驱动电机能够控制第一移动平台在第一导轨完成竖向滑动。第一移动平台能够用于安装机械臂。

进一步地，所述第一导轨可为滑动摩擦导轨。

在本实施例中，如图1所示，所述第三模块可包括一根第二导轨、一个固定块和两个分布在固定块两侧的第二移动平台。其中，固定块固定安装在第二导轨的下端中间位置；分布在固定块两侧的两个第二移动平台也安装在第二导轨下端，且第二移动平台能相对于第二导轨横向滑动。第二导轨能够支撑和引导第二移动平台按给定的方向做往复直线运动。便于第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。

在本实施例中，如图1所示，所述第三模块还可包括第二驱动电机，第二驱动电机可安装在第二导轨一端。第二驱动电机能够控制两个第二移动平台在第二导轨完成横向滑动。

进一步地，所述第二导轨可为滑动摩擦导轨。

在本实施例中，如图1所示，所述第三弧形件固定安装在第三模块的中间固定块上；所述第一弧形件、第二弧形件分别位于第三弧形件两边，且分别固定安装在第三模块的两个第二移动平台上。

在本实施例中，如图1所示，三段弧形件可通过两个第二移动平台在第二导轨上相对固定块做往复直线滑动，使得第一弧形件、第二弧形件与第三弧形件实现对待焊管道的夹持或拆卸。两侧的第二移动平台滑动至与中间的固定块紧靠时，三段弧形件形成圆环，能够夹持住待焊接管道。两侧的第二移动平台相对中间的固定块向两侧分离开，在第一弧形件、第二弧形件下方形成一段开口，当开口距离大于待焊管道外径后，便可将焊接机器人直接吊装到管道上方，完成拆卸。

进一步地，所述第一弧形件、第二弧形件第三弧形件可都为刚性结构。

在本实施例中，如图3所示，所述旋转油缸上端与安装平台通过柔性连接部件柔性连接。安装平台可为履带式挖掘机，能够适用于山区环境的搬运以及设备安装的方便。履带式挖掘机与管道焊接机器人连接处采用柔性连接代替传统的刚性连接，有利于缓冲焊接机器人安装时产生的刚性应力，减小对管道的损伤。

在安装时，旋转油缸能够转动第三模块至垂直于管道轴线方向，从而便于轨道能够夹紧管壁。

在本实施例中，如图1所示，所述第一机械臂、第二机械臂可分别固定安装在第一模块、第二模块的第一移动平台上，使得机械臂能够在第一导轨上做竖向滑动。

在本实施例中，如图1所示，所述第一机械臂、第二机械臂可都具有两个自由度，一个自由度是沿管道径向调节，结合机械臂在第一导轨上下滑动，能够实现一套机械臂完成管道180°的焊接工作，包括待焊管道的最顶端和最底端极限位置的焊接工作；另一个自由度是沿管道轴向调节，对于三段弧形件夹持待焊管道未做精度要求，机械臂能够轴向调节，保证了焊接时能沿环缝进行精准焊接。

为了更好的理解上述实施例，下面对本发明的工作原理做进一步阐述。

本发明采用三段弧形件对待焊管道进行装夹固定，能够实现快速安装与拆卸。安装时，如图3所示，管道焊接机器人固定在管道焊缝的一侧，固定前后的状态如图1和图2所示，第三弧形件固定在第三模块下端的中间固定块上，第一弧形件、第二弧形件固定在第三模块下方的第一移动平台和第二移动平台上，装夹时首先将第三弧形件与管道接触，然后第三模块的第二驱动电机转动带动丝杆转动使第一弧形件、第二弧形件同时向中间移动，第一弧形件、第二弧形件与管道接触时旋转油缸可以转动使弧形件与管壁紧密接触，同时利用第一驱动电机和第二驱动电机特性实现自锁固定。

因为本发明采用的是机械臂来实现管道焊缝的周向运动，具有两套焊接机械臂，且焊接机械臂具有两个自由度，所以对于整个焊机机器人的装夹定位要求不用太准确，只用进行粗定位即可。一套机械臂能够完成管道180°的焊接工作，左右各安置一套从左右两边同时工作，节省施工时间。每一套机械臂安装在第一模块或第二模块上提供机械臂的竖直方向的运动，这样可以帮助机械臂更好的实现最顶端和最底端极限位置的焊接工作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，包括：第一模块、第二模块、第三模块、第一弧形件、第二弧形件、带有焊枪的第一机械臂、带有焊枪的第二机械臂、旋转油缸，所述旋转油缸安装在所述第三模块的顶部，所述第一弧形件以及所述第二弧形件的顶部均滑动安装在所述第三模块的底部，所述第一模块竖直安装在所述第一弧形件上，所述第二模块竖直安装在所述第二弧形件上，所述第一机械臂以及所述第二机械臂一一对应滑动安装在所述第一模块以及所述第二模块上。

2.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第一模块竖直安装在所述第一弧形件远离所述第二弧形件的一侧中部，所述第二模块竖直安装在所述第二弧形件远离所述第一弧形件的一侧中部。

3.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第一机械臂滑动安装在所述第一模块远离所述第一弧形件的一侧，所述第二机械臂滑动安装在所述第二模块远离所述第二弧形件的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述旋转油缸连接有安装平台。

5.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第一模块与所述第二模块为相同结构，所述第一模块包括：第一移动平台以及第一导轨，所述第一导轨竖直安装在所述第一弧形件远离所述第二弧形件的一侧中部，所述第一移动平台滑动安装在所述第一导轨远离所述第一弧形件的一侧，所述第一机械臂安装在所述第一移动平台上。

6.根据权利要求5所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第一导轨的一端设有第一驱动电机，所述第一驱动电机通过丝杆与所述第一移动平台连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第三模块的底部中间位置处安装有第三弧形件，所述第一弧形件以及所述第二弧形件一一对应位于所述第三弧形件的两侧。

8.根据权利要求7所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第三模块包括：固定块、一对第二移动平台以及第二导轨，所述固定块固定安装在所述第二导轨的底部中间位置处，所述第三弧形件安装在所述固定块上，一对所述第二移动平台顶部均滑动安装在所述第二导轨的底部，一对所述第二移动平台一一对应位于所述第三弧形件的两侧，所述第一弧形件的顶部以及所述第二弧形件的顶部一一对应与一对所述第二移动平台连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第二导轨的一端安装有第二驱动电机，所述第二驱动电机通过丝杆与一对所述第二移动平台连接。

10.根据权利要求1所述的一种基于模块加工作业的焊接机器人，其特征在于，所述第一机械臂与所述第二机械臂为相同结构，所述第一机械臂为具有沿管道轴向调节和径向调节的两自由度机械臂。

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