CN115815950B - 一种具有调距功能的管道焊接机器人以及管道焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有调距功能的管道焊接机器人以及管道焊接方法，具有调距功能的管道焊接机器人包括：夹装轨道、焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机，焊接机构沿夹装轨道移动安装在夹装轨道上，多个底座安装在夹装轨道的一侧，多个第一连杆的一端一一对应与多个底座靠近夹装轨道的一端铰接，多个第一连杆的另一端均设有与管道焊缝适配的爪头，多个步进电机一一对应安装在多个底座远离夹装轨道的一端，多个曲柄一端一一对应与多个步进电机的输出端连接，多个曲柄的另一端一一对应与多个第二连杆的一端铰接，多个第二连杆的另一端一一对应与多个第一连杆靠近爪头的一侧铰接。
Description
技术领域
本发明涉及管道焊接技术领域，尤其涉及一种具有调距功能的管道焊接机器人以及管道焊接方法。
背景技术
管道运输是油气运输的主要方式，管道运输具有运输成本低；占地少、投资小、建设快；操作方便、运油量大，容易实现管理自动化；对环境危害小、安全可靠等优点。
对石油、天然气等输送用管道的铺设，其跨度大，施工环境差，同时，管道在铺设过程中，大部分管道的对接环缝焊接时管件是固定安装，这就要求焊接设备能实现绕管道360°的全方位焊接。在此种情况下，采用手工焊接，焊接施工人员的劳动强度大，生产效率低，施工进程受工作环境等自然因素影响，难于满足管道铺设过程中对焊接质量和效率的要求。
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，提供一种具有调距功能的管道焊接机器人以及管道焊接方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有调距功能的管道焊接机器人，包括：具有多段弧形轨道的夹装轨道、焊接机构、多个底座、多个具有伸缩功能的第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机，所述焊接机构沿所述夹装轨道移动安装在所述夹装轨道上，多个所述底座沿所述夹装轨道的圆周安装在所述夹装轨道的一侧，多个所述第一连杆的一端一一对应与多个所述底座靠近所述夹装轨道的一端铰接，多个所述第一连杆的另一端均设有与管道焊缝适配的爪头，多个所述步进电机一一对应安装在多个所述底座远离所述夹装轨道的一端，多个所述曲柄一端一一对应与多个所述步进电机的输出端连接，多个所述曲柄的另一端一一对应与多个所述第二连杆的一端铰接，多个所述第二连杆的另一端一一对应与多个所述第一连杆靠近所述爪头的一侧铰接。
采用本发明技术方案的有益效果是：能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动，具有轴向调距功能且能够绕管道360°进行全方位焊接，提高管道铺设的效率和焊接合格率，节省焊接成本，减轻工人劳动强度。
进一步地，所述夹装轨道包括：第一弧形轨道、第二弧形轨道、第三弧形轨道、第一液压缸以及第二液压缸，所述第一弧形轨道的两端一一对应与所述第二弧形轨道的一端以及所述第三弧形轨道的一端铰接，所述第一液压缸的一端与第一弧形轨道铰接，所述第一液压缸的另一端与第二弧形轨道铰接，所述第二液压缸的一端与所述第一弧形轨道铰接，所述第二液压缸的另一端与第三弧形轨道铰接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩使第一弧形轨道、第二弧形轨道和第三弧形轨道组成完整的圆形轨道套设在管道外壁上。
进一步地，所述第一弧形轨道为圆心角180°的圆弧，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道均为圆心角90°的圆弧。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：使得三段圆弧轨道能够拼接为一个完整的圆形轨道，能够绕管道360°进行全方位焊接。
进一步地，所述第一弧形轨道与所述第二弧形轨道在圆弧的外侧铰接，所述第一弧形轨道与所述第三弧形轨道在圆弧的外侧铰接，所述第二弧形轨道的另一端和所述第三弧形轨道的另一端设有锁紧装置。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：锁紧装置，用于将第二弧形轨道和第三弧形轨道锁定，防止焊接过程中意外展开。
进一步地，所述夹装轨道的内圈侧壁上设有多个具有伸缩功能的径向调距机构。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：径向调距机构能够带动夹装轨道沿管道的径向移动，具有径向调距功能。
进一步地，所述夹装轨道上设有外侧轨道和内侧轨道，所述外侧轨道为光滑面，所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述焊接机构上设有与所述第一齿轮适配的第二齿轮。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述焊接机构上设置有对应的第二齿轮，通过焊接机构上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
进一步地，所述焊接机构包括：滑动平台和焊接机械臂，所述滑动平台上安装有两对行走轮，一对行走轮与外侧轨道适配，另一对行走轮上分别设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述焊接机械臂安装在所述滑动平台上。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：滑动平台能够在夹装轨道上绕管道周向360°滑动。所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述滑动平台上设置有对应的第二齿轮，通过滑动平台上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
进一步地，所述底座上设有装夹柱以及夹紧螺栓，所述装夹柱的一端通过夹紧螺栓与所述底座连接，所述装夹柱的另一端与所述夹装轨道的一侧连接，所述装夹柱上设有与所述第一齿轮适配的第三齿轮。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：装夹柱以及夹紧螺栓的设置，实现底座与夹装轨道的可拆卸连接，便于底座的安装以及拆卸。
进一步地，所述第一连杆包括：第一杆体、第二杆体以及直线电机，所述第一杆体的一端与所述直线电机的一端连接，所述第一杆体的另一端设有与管道焊缝适配的爪头，所述第二杆体的一端与所述直线电机的另一端连接，所述第二杆体的另一端与所述底座靠近所述夹装轨道的一端铰接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：实现伸缩功能，便于调整爪头沿管道轴向移动。
此外，本发明还提供了一种管道焊接方法，基于上述任意一项所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，管道焊接方法包括：
将夹装轨道安装在管道待焊接位置处；
将焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机安装在夹装轨道上；
进行管道焊接工作；
当需要沿管道轴向调节时，将爪头与焊缝对齐；
步进电机通过曲柄、第二连杆驱动爪头下压卡住焊缝；
调整第一杆体的长度，带动夹装轨道以及焊接机构沿管道轴向移动；
进行下一次管道焊接工作；
在夹装轨道上拆除焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机；
将夹装轨道在管道上拆除。
采用本发明技术方案的有益效果是：能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动，具有轴向调距功能且能够绕管道360°进行全方位焊接，提高管道铺设的效率和焊接合格率，节省焊接成本，减轻工人劳动强度。
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管道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管道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管道焊接机器人的结构示意图之三。
图4为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之四。
图5为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之五。
图6为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之六。
图7为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之七。
图8为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之八。
图9为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之九。
图10为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十。
图11为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十一
图12为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十二。
图13为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十三。
图14为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十四。
图15为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十五。
图16为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十六。
图17为本发明实施例提供的管道焊接机器人的结构示意图之十七。
图18为本发明实施例提供的管道焊接方法的示意性流程图。
附图标号说明：1、夹装轨道；2、焊接机构；3、底座；4、第一连杆；5、第二连杆；6、曲柄；7、步进电机；8、爪头；9、第一弧形轨道；10、第二弧形轨道；11、第三弧形轨道；12、第一液压缸；13、第二液压缸；14、径向调距机构；15、外侧轨道；16、第一齿轮；17、第二齿轮；18、滑动平台；19、行走轮；20、装夹柱；21、第三齿轮；22、第一杆体；23、第二杆体；24、直线电机。
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17所示，本发明实施例提供了一种具有调距功能的管道焊接机器人，包括：具有多段弧形轨道的夹装轨道1、焊接机构2、多个底座3、多个具有伸缩功能的第一连杆4、多个第二连杆5、多个曲柄6以及多个步进电机7，所述焊接机构2沿所述夹装轨道1移动安装在所述夹装轨道1上，多个所述底座3沿所述夹装轨道1的圆周安装在所述夹装轨道1的一侧，多个所述第一连杆4的一端一一对应与多个所述底座3靠近所述夹装轨道1的一端铰接，多个所述第一连杆4的另一端均设有与管道焊缝适配的爪头8，多个所述步进电机7一一对应安装在多个所述底座3远离所述夹装轨道1的一端，多个所述曲柄6一端一一对应与多个所述步进电机7的输出端连接，多个所述曲柄6的另一端一一对应与多个所述第二连杆5的一端铰接，多个所述第二连杆5的另一端一一对应与多个所述第一连杆4靠近所述爪头8的一侧铰接。
采用本发明技术方案的有益效果是：能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动，具有轴向调距功能且能够绕管道360°进行全方位焊接，提高管道铺设的效率和焊接合格率，节省焊接成本，减轻工人劳动强度。
本发明的具有调距功能的管道焊接机器人，可以为具有轴向调节和径向调节功能、能够绕管道360°的全方位焊接的管道焊接机器人。
具有调距功能的管道焊接机器人包括：夹装轨道、两个以上自调距组件和焊接机构，其中，
所述夹装轨道包括第一弧形轨道、第二弧形轨道、第三弧形轨道、第一液压缸和第二液压缸，所述第一弧形轨道的两端分别与第二弧形轨道和第三弧形轨道铰接，第一液压缸一端与第一弧形轨道铰接，另一端与第二弧形轨道铰接，第二液压缸一端与第一弧形轨道铰接，另一端与第三弧形轨道铰接，通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩使第一弧形轨道、第二弧形轨道和第三弧形轨道组成完整的圆形轨道套设在管道外壁上；
所述两个以上自调距组件沿圆周均匀固定在夹装轨道的同一侧，所述自调距组件能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动；
所述焊接机构包括滑动平台和焊接机械臂，所述滑动平台能够在夹装轨道上绕管道周向360°滑动，所述焊接机械臂设置在所述滑动平台上。
可选择地，所述夹装轨道还包括径向调距机构，所述径向调距机构沿夹装轨道的径向均匀设置在圆形轨道内壁上，径向调距机构的长度可调节。
可选择地，所述第一弧形轨道为180°圆弧，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道为90°圆弧。
可选择地，所述第一弧形轨道与第二弧形轨道在圆弧的外侧铰接，第一弧形轨道和第三弧形轨道在圆弧的外侧铰接。
可选择地，所述圆形轨道包括外侧轨道和内侧轨道，所述外侧轨道为光滑面，所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述滑动平台上设置有对应的第二齿轮，通过滑动平台上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
可选择地，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道相对第一弧形轨道展开时其开口大于管道的直径。
可选择地，所述至少两组以上自调距组件可以为2～6组。
可选择地，所述自调距组件包括底座和连杆机构，所述底座固定设在夹装轨道的侧面上，所述连杆机构设置在底座上且并能够沿管道轴向和径向移动。
可选择地，所述连杆机构包括伸缩连杆(第一连杆)、曲柄、步进电机和连杆(第二连杆)，其中，所述伸缩连杆(第一连杆)一端与底座铰接，另一端上装有与管道上焊缝配合的爪头，所述伸缩连杆(第一连杆)长度可调节；所述步进电机固定设置在底座上，所述曲柄一端与步进电机输出端连接，另一端与连杆(第二连杆)铰接，所述连杆(第二连杆)的另一端与伸缩连杆(第一连杆)靠近爪头的一端固定连接。
可选择地，所述自调距组件还包括装夹柱和夹紧螺栓，所述装夹柱固定设置在夹装轨道的侧面上，所述夹紧螺栓将底座与装夹柱固定。
可选择地，所述滑动平台包括四个行走轮，两个行走轮与外侧轨道配合，两个行走轮上设置有第二齿轮与内侧轨道配合。
(1)本发明的管道焊接机器人能够实现对圆形管道的快速定位装夹，并能够在管道上进行轴向、径向调节功能。
(2)安装简便，通过液压机构(第一液压缸和第二液压缸)可以控制夹装轨道的开合。
(3)将机械臂(焊接机械臂)替换为切割机探伤仪等设备可以实现对管道的切割探伤等作业。
(4)相比于其他传动方式，齿轮传动精度高，抗冲击能力强。且齿轮传动不受轨道开闭影响，轨道闭合后内侧轨道便能重新形成完整齿轮。
如图1至图17所示，进一步地，所述夹装轨道1包括：第一弧形轨道9、第二弧形轨道10、第三弧形轨道11、第一液压缸12以及第二液压缸13，所述第一弧形轨道的两端一一对应与所述第二弧形轨道的一端以及所述第三弧形轨道11的一端铰接，所述第一液压缸12的一端与第一弧形轨道9铰接，所述第一液压缸12的另一端与第二弧形轨道10铰接，所述第二液压缸13的一端与所述第一弧形轨道9铰接，所述第二液压缸13的另一端与第三弧形轨道11铰接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩使第一弧形轨道、第二弧形轨道和第三弧形轨道组成完整的圆形轨道套设在管道外壁上。
如图1至图17所示，进一步地，所述第一弧形轨道9为圆心角180°的圆弧，所述第二弧形轨道10和第三弧形轨道11均为圆心角90°的圆弧。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：使得三段圆弧轨道能够拼接为一个完整的圆形轨道，能够绕管道360°进行全方位焊接。
如图1至图17所示，进一步地，所述第一弧形轨道9与所述第二弧形轨道10在圆弧的外侧铰接，所述第一弧形轨道9与所述第三弧形轨道11在圆弧的外侧铰接，所述第二弧形轨道10的另一端和所述第三弧形轨道11的另一端设有锁紧装置。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：锁紧装置，用于将第二弧形轨道和第三弧形轨道锁定，防止焊接过程中意外展开。
如图1至图17所示，进一步地，所述夹装轨道1的内圈侧壁上设有多个具有伸缩功能的径向调距机构14。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：径向调距机构能够带动夹装轨道沿管道的径向移动，具有径向调距功能。
如图1至图17所示，进一步地，所述夹装轨道1上设有外侧轨道和内侧轨道，所述外侧轨道为光滑面，所述内侧轨道上设置有第一齿轮16，所述焊接机构2上设有与所述第一齿轮16适配的第二齿轮17。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述焊接机构上设置有对应的第二齿轮，通过焊接机构上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
如图1至图17所示，进一步地，所述焊接机构2包括：滑动平台18和焊接机械臂，所述滑动平台18上安装有两对行走轮19，一对行走轮与外侧轨道15适配，另一对行走轮上分别设有第二齿轮17，所述第二齿轮17与所述第一齿轮16啮合，所述焊接机械臂安装在所述滑动平台18上。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：滑动平台能够在夹装轨道上绕管道周向360°滑动。所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述滑动平台上设置有对应的第二齿轮，通过滑动平台上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
如图1至图17所示，进一步地，所述底座3上设有装夹柱20以及夹紧螺栓，所述装夹柱20的一端通过夹紧螺栓与所述底座3连接，所述装夹柱20的另一端与所述夹装轨道1的一侧连接，所述装夹柱20上设有与所述第一齿轮16适配的第三齿轮21。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：装夹柱以及夹紧螺栓的设置，实现底座与夹装轨道的可拆卸连接，便于底座的安装以及拆卸。
如图1至图17所示，进一步地，所述第一连杆4包括：第一杆体22、第二杆体23以及直线电机24，所述第一杆体22的一端与所述直线电机24的一端连接，所述第一杆体22的另一端设有与管道焊缝适配的爪头8，所述第二杆体5的一端与所述直线电机24的另一端连接，所述第二杆体23的另一端与所述底座3靠近所述夹装轨道1的一端铰接。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：实现伸缩功能，便于调整爪头沿管道轴向移动。
实施例1
本发明实施例提供了具有调距功能的管道焊接机器，可以为能够自动调距的管道焊接机器人。具有调距功能的管道焊接机器包括：夹装轨道、两个以上自调距组件和焊接机构，其中，
所述夹装轨道包括第一弧形轨道、第二弧形轨道、第三弧形轨道、第一液压缸和第二液压缸，所述第一弧形轨道的两端分别与第二弧形轨道和第三弧形轨道铰接，第一液压缸一端与第一弧形轨道铰接，另一端与第二弧形轨道铰接，第二液压缸一端与第一弧形轨道铰接，另一端与第三弧形轨道铰接，通过第一液压缸和第二液压缸的伸缩使第一弧形轨道、第二弧形轨道和第三弧形轨道组成完整的圆形轨道(夹装轨道)套设在管道外壁上。
所述两个以上自调距组件沿圆周均匀固定在夹装轨道的同一侧，所述自调距组件能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动。
所述焊接机构包括滑动平台和焊接机械臂，所述滑动平台能够在夹装轨道上绕管道周向360°滑动，所述焊接机械臂设置在所述滑动平台上。
在本实施例中所述夹装轨道还包括径向调距机构，所述径向调距机构沿夹装轨道的径向均匀设置在圆形轨道(夹装轨道)内壁上，径向调距机构的长度可调节。
在本实施例中，所述第一弧形轨道为180°圆弧，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道为90°圆弧。然而，本发明不限于此，第一弧形轨道、第二弧形轨道和第三弧形轨道也可以为其它长度的圆弧，只要合起来能够组成圆形轨道即可。
在本实施例中，所述第一弧形轨道与第二弧形轨道在圆弧的外侧铰接，第一弧形轨道和第三弧形轨道在圆弧的外侧铰接。另外，在第二弧形轨道和第三弧形轨道的下部还可设置锁紧装置，用于将第二弧形轨道和第三弧形轨道锁定，防止焊接过程中意外展开。
在本实施例中，所述弧形轨道包括外侧轨道和内侧轨道，所述外侧轨道为光滑面，所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述滑动平台上设置有对应的第二齿轮，通过滑动平台上的第二齿轮与第一齿轮的配合来实现绕圆形轨道做圆周运动。
在本实施例中，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道相对第一弧形轨道展开时其开口大于管道的直径。
在本实施例中，所述至少两组以上自调距组件包括2～6组。例如，3组自调距组件沿管道周向均匀设置在快速夹装组件(夹装轨道)的同一侧面上。
在本实施例中，所述自调距组件包括底座和连杆机构，所述底座固定设在夹装轨道的侧面上，所述连杆机构设置在底座上且并能够沿管道轴向和径向移动。
在本实施例中，所述连杆机构包括：伸缩连杆(第一连杆)、曲柄、步进电机和连杆(第二连杆)，其中，所述伸缩连杆一端与底座铰接，另一端上设有与管道上焊缝配合的爪头，所述伸缩连杆长度可调节；所述步进电机固定设置在底座上，所述曲柄一端与步进电机输出端连接，另一端与连杆铰接，所述连杆的另一端与伸缩连杆靠近爪头的一端固定连接。
在本实施例中，所述自调距组件还包括装夹柱和夹紧螺栓，所述装夹柱固定设置在夹装轨道的侧面上，所述夹紧螺栓将底座与装夹柱固定。
在本实施例中，所述滑动平台包括四个行走轮，两个行走轮与外侧轨道配合，两个行走轮上设置有第二齿轮与内侧轨道配合。
在本实施例中，还可设置有机器视觉系统，通过机器视觉系统可观测调整环与待夹持管道之间的偏差，根据机器视觉系统确定此时轨道与坡口之间的位姿关系，返回调整值到控制系统控制微调机构进行调节，使其轴线大致重合，机械臂工作平面和坡口的位置调整到合适位置后开始焊接。
实施例2
如图1-5所示，具有调距功能的管道焊接机器人包括分段式快速装夹轨道(夹装轨道)、自调距组件和焊接机构。焊接机器人安装在滑动小车(滑动平台)上，小车(滑动平台)通过与轨道(夹装轨道)啮合可沿管道做圆周运动，同时焊接机构具有4自由度，可灵活调整姿态以完成复杂的焊接任务。轨道(夹装轨道)为3段圆弧式设计，其中一段圆弧(第一弧形轨道)角度为180°，两段(第二弧形轨道和第三弧形轨道)为90°，通过将轨道(夹装轨道)展开或闭合可实现快速装夹与拆卸。通过安装在轨道(夹装轨道)上的快速轴向调距机构(自调距组件)，可自动调整轨道(夹装轨道)的轴向位置，避免轨道(夹装轨道)轴向安装误差过大导致焊接时焊缝超出机器人(焊接机构)最大行程。
如图3和图4所示，轨道(夹装轨道)整体为刚性结构，轨道(夹装轨道)平面与焊接管道端面平行。轨道(夹装轨道)由内侧齿面(带有第一齿轮的内侧轨道)与外侧光滑面(外侧轨道)构成，光滑面起导向作用，保证小车(滑动平台)沿管道做圆周运动，通过小车齿轮(第二齿轮)与内侧齿面(第一齿轮)啮合带动小车(滑动平台)行走。轨道(夹装轨道)分为3段，上方为180°半圆段，下方为两段90°轨道，90°轨道(第二弧形轨道以及第三弧形轨道)与180°轨道(第一弧形轨道)间通过铰连接形成转动副。通过液压缸(第一液压缸和第二液压缸)的伸缩带动90°轨道(第二弧形轨道以及第三弧形轨道)沿铰接处转动即可将其展开，在轨道(第一弧形轨道)下方形成一段开口，使开口距离大于钢管(管道)外径后便可将轨道直接吊装到管道上方，吊装到位后驱动液压缸闭合轨道。
如图5所示，轴向调距装置(轴向调距组件)为一套连杆机构和底座组成。连杆装置(连杆机构)中部件为曲柄，为主动件，由步进电机驱动。连杆(第二连杆)连接曲柄和伸缩连杆(第一杆体)，用于传递动力。连杆(第一杆体)为伸缩连杆，中间布置有直线电机，通过直线电机伸缩可改变伸缩连杆(第一杆体)长度。底座由底板和装夹柱构成，底板用于安装连杆机构，装夹柱与焊接小车(滑动平台)的行走轮结构相似，能与轨道配合，装夹柱间的距离可通过夹紧螺栓调节，因此能实现轴向调距装置的快速安装与拆卸。通过直线电机驱动伸缩连杆(第一杆体)伸缩使夹具与焊缝对齐，然后步进电机驱动曲柄使夹具(爪头)下压卡住焊缝。在轨道上等间距安装3个调距装置，夹具(爪头)卡紧后调整伸缩连杆(第一杆体)长度从而带动轨道沿管道轴向移动，根据夹具连杆(第一杆体)长度及管道尺寸，可以计算出目标轴向位置对应的伸缩连杆(第一杆体)长度。利用直线电机调整伸缩连杆(第一杆体)长度即可牵引轨道至目标轴向位置。
轨道与管道间使用多个可调支撑柱(径向调距机构)连接，支撑(径向调距机构)高度可调，首先调整螺栓使轴向调节机构(轴向调距装置、轴向调距组件)能够放入轨道中，将轴向调节机构调整到对应位置后再利用夹紧螺栓使机构稳固的卡住轨道。
机械臂(焊接机械臂)依靠齿轮传动，机械臂通过四个行走轮装安装在轨道上，两个带齿行走轮与内侧带齿轨道啮合配合，两个不带齿行走轮与外侧轨道配合。
内侧行走轮主要起传动作用，外侧行走轮与内侧行走轮配合导向。相比于其他传动方式，齿轮传动精度高，抗冲击能力强。且齿轮传动不受轨道开闭影响，轨道闭合后内侧轨道便能重新形成完整齿轮。
如图18所示，此外，本发明还提供了一种管道焊接方法，基于上述任意一项所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，管道焊接方法包括：
S1、将夹装轨道安装在管道待焊接位置处；
S2、将焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机安装在夹装轨道上；
S3、进行管道焊接工作；
S4、当需要沿管道轴向调节时，将爪头与焊缝对齐；
S5、步进电机通过曲柄、第二连杆驱动爪头下压卡住焊缝；
S6、调整第一杆体的长度，带动夹装轨道以及焊接机构沿管道轴向移动；
S7、进行下一次管道焊接工作；
S8、在夹装轨道上拆除焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机；
S9、将夹装轨道在管道上拆除。
采用本发明技术方案的有益效果是：能够带动夹装轨道沿管道的轴向移动，具有轴向调距功能且能够绕管道360°进行全方位焊接，提高管道铺设的效率和焊接合格率，节省焊接成本，减轻工人劳动强度。
具体为：
步骤一、利用第一液压缸和第二液压杆使第二弧形轨道和第三弧形轨道相对第一弧形轨道展开到能够卡入待夹持管道的角度。
步骤二、将夹装轨道吊装至待夹持管道上方，慢慢下放。
步骤三、当第一弧形轨道接触管道时，启动液压机构(第一液压缸和第二液压缸)使第二弧形轨道和第三弧形轨道合拢形成圆形轨道，调整径向调节机构(径向调距机构)使夹装轨道与管道固定。
步骤四、将自调距组件安装到夹装轨道上，并安装滑动平台和焊接机械臂，焊接机械臂安装好后进行焊接操作。
步骤五、需要进行轴向调节时，通过直线电机驱动伸缩连杆(第一连杆)伸缩使夹具(爪头)与焊缝对齐，然后步进电机驱动曲柄使夹具(爪头)下压卡住焊缝，松开夹装轨道上的径向调节机构(径向调距机构)，调整伸缩连杆(第一连杆)长度从而带动夹装轨道及其上面的焊接机械批(可以为焊接机构)沿管道轴向移动，到达目标位置后调整夹装轨道上的径向调节机构(径向调距机构)与管道固定，进行下一次焊接作业。
步骤七、使用完毕后，先拆除焊接机械臂和自调距组件，松开径向调节机构(径向调距机构)，调整环的液压伸缩缸(径向调距机构)松开管道，将锁紧机构(锁紧装置)解锁，利用液压机构(第一液压缸和第二液压缸)展开第二弧形轨道和第三弧形轨道，再将夹装轨道吊起。
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)
1.一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，包括：具有多段弧形轨道的夹装轨道、焊接机构、多个底座、多个具有伸缩功能的第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机，所述焊接机构沿所述夹装轨道移动安装在所述夹装轨道上，多个所述底座沿所述夹装轨道的圆周安装在所述夹装轨道的一侧，多个所述第一连杆的一端一一对应与多个所述底座靠近所述夹装轨道的一端铰接，多个所述第一连杆的另一端均设有与管道焊缝适配的爪头，多个所述步进电机一一对应安装在多个所述底座远离所述夹装轨道的一端，多个所述曲柄一端一一对应与多个所述步进电机的输出端连接，多个所述曲柄的另一端一一对应与多个所述第二连杆的一端铰接，多个所述第二连杆的另一端一一对应与多个所述第一连杆靠近所述爪头的一侧铰接。
2.根据权利要求1所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述夹装轨道包括：第一弧形轨道、第二弧形轨道、第三弧形轨道、第一液压缸以及第二液压缸，所述第一弧形轨道的两端一一对应与所述第二弧形轨道的一端以及所述第三弧形轨道的一端铰接，所述第一液压缸的一端与第一弧形轨道铰接，所述第一液压缸的另一端与第二弧形轨道铰接，所述第二液压缸的一端与所述第一弧形轨道铰接，所述第二液压缸的另一端与第三弧形轨道铰接。
3.根据权利要求2所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述第一弧形轨道为圆心角180°的圆弧，所述第二弧形轨道和第三弧形轨道均为圆心角90°的圆弧。
4.根据权利要求2所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述第一弧形轨道与所述第二弧形轨道在圆弧的外侧铰接，所述第一弧形轨道与所述第三弧形轨道在圆弧的外侧铰接，所述第二弧形轨道的另一端和所述第三弧形轨道的另一端设有锁紧装置。
5.根据权利要求1所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述夹装轨道的内圈侧壁上设有多个具有伸缩功能的径向调距机构。
6.根据权利要求1所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述夹装轨道上设有外侧轨道和内侧轨道，所述外侧轨道为光滑面，所述内侧轨道上设置有第一齿轮，所述焊接机构上设有与所述第一齿轮适配的第二齿轮。
7.根据权利要求6所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述焊接机构包括：滑动平台和焊接机械臂，所述滑动平台上安装有两对行走轮，一对行走轮与外侧轨道适配，另一对行走轮上分别设有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述焊接机械臂安装在所述滑动平台上。
8.根据权利要求6所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述底座上设有装夹柱以及夹紧螺栓，所述装夹柱的一端通过夹紧螺栓与所述底座连接，所述装夹柱的另一端与所述夹装轨道的一侧连接，所述装夹柱上设有与所述第一齿轮适配的第三齿轮。
9.根据权利要求1所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，其特征在于，所述第一连杆包括：第一杆体、第二杆体以及直线电机，所述第一杆体的一端与所述直线电机的一端连接，所述第一杆体的另一端设有与管道焊缝适配的爪头，所述第二杆体的一端与所述直线电机的另一端连接，所述第二杆体的另一端与所述底座靠近所述夹装轨道的一端铰接。
10.一种管道焊接方法，其特征在于，基于上述权利要求1至9任意一项所述的一种具有调距功能的管道焊接机器人，管道焊接方法包括：
将夹装轨道安装在管道待焊接位置处；
将焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机安装在夹装轨道上；
进行管道焊接工作；
当需要沿管道轴向调节时，将爪头与焊缝对齐；
步进电机通过曲柄、第二连杆驱动爪头下压卡住焊缝；
调整第一杆体的长度，带动夹装轨道以及焊接机构沿管道轴向移动；
进行下一次管道焊接工作；
在夹装轨道上拆除焊接机构、多个底座、多个第一连杆、多个第二连杆、多个曲柄以及多个步进电机；
将夹装轨道在管道上拆除。
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