CN219649005U - 一种智能车载焊接机器人装置 - Google Patents

Abstract

一种智能车载焊接机器人装置，其包括叉车、电控柜、限位机构、液压顶升机构、横向液压支撑机构、横向移动机构、焊接机构；叉车包括行走装置、车架、底板和升降装置，叉车前端的升降装置包括水平设置的支架、垂直设置的升降滑道；电控柜固定在叉车底板上面；支架安装在液压顶升机构上，横向液压支撑机构安装在支架内；限位机构固定在叉车的升降滑道上；横向移动机构包括滑台、滑轨、齿轮、齿条、横向驱动电机，滑轨水平设置在支架上方，滑台滑动安装在滑轨上；焊接机构包括焊枪、六轴机器人、焊机，六轴机器人连接在滑台上，焊机安装在电控柜顶部，焊枪连接在六轴机器人的第六轴的法兰上。该装置用于狭窄隧道内压力钢管组对环缝的焊接。

Description

一种智能车载焊接机器人装置

技术领域：

本实用新型属于水利水电工程建设技术领域，尤其涉及隧洞内压力钢管安装技术领域，具体地说，是一种智能车载焊接机器人装置。

背景技术：

目前市场上所用的焊接方式主要为人工焊接、机器人固定焊接、地轨式机器人焊接以及龙门式焊接等，基本所有的焊接方式都要受场地布置或工件结构形式的影响，局限性比较大。比如人工焊接，对焊工的专业技能要求比较高，并且环境、粉尘等对焊工的健康也有一定的影响；机器人固定式焊接，因机器人臂展的原因，故只能焊接机械臂有效范围内的工件，且需要做比较复杂的工装；地轨式和龙门式焊接方式，也只能在一条直线方向进行有约束的焊接，焊接方式单一。

然而，隧洞内引水钢管焊接受洞内工作环境差、焊接烟尘危害健康、对接间隙不均匀、焊接质量要求高等因素影响，常规自动化焊接如埋弧自动焊接、轨道式爬壁管道自动焊、吊篮式自动焊等难以实施。

近年来，随着智能制造技术的不断发展，焊接机器人因高效、高质量等优异性得到各行业的广泛应用，促进了焊接工艺的提升和改善。但上述焊接机器人因工作方式不同和高度受限等因素的影响，只适用于施工空间较为开阔的工厂或车间，但对于施工空间较为狭窄的洞内环缝焊接则无法适用，另外在焊枪伸不进去的焊缝位置的焊接方面，尚未克服。

对于隧道内压力钢管的焊接有以下难点：

(1)盾构隧洞内压力钢管焊接的自动化程度要求高，强调必须采用自动化设备提高焊缝的外观成形质量及内部无损检测合格率。

(2)钢管安装焊缝的对装间隙、坡口角度、板边错位等无法像厂内制作钢管时一样标准，对焊接机器人的自动跟踪及分析系统要求较高，焊接自动化实现难度大。

(3)一般的工程钢管安装数量多，焊接量大，在满足焊缝外观及内部质量的前提下，还需提高焊接的工效。

(4)钢管直径较大，普通的焊接机器人手臂大概2m左右，焊接范围有限，无法满足钢管全断面自动焊接。

发明内容：

本实用新型根据现有技术的不足提供一种智能车载焊接机器人装置，用于水利水电狭窄隧洞内压力钢管组对后环缝的焊接。

本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：

本实用新型提供一种智能车载焊接机器人装置，该装置包括叉车、电控柜、限位机构、液压顶升机构、横向液压支撑机构、横向移动机构、焊接机构；叉车包括行走装置、车架、底板和升降装置，升降装置设置在叉车前端，升降装置包括水平设置的支架、垂直设置的升降滑道，支架可沿升降滑道上下滑动；液压顶升机构安装在叉车前端底部，支架安装在液压顶升机构上，横向液压支撑机构安装在支架内；电控柜固定在叉车底板上面；限位机构设置在叉车的升降滑道上；横向移动机构包括滑台、滑轨、齿轮、齿条、横向驱动电机，滑轨水平设置，固定在支架上方，滑轨两端可伸缩，滑轨两端铰接与之对应的横向液压支撑机构的油缸，随油缸伸缩；滑台滑动安装在滑轨上，滑台沿滑轨水平滑动；焊接机构包括焊枪、六轴机器人、焊机，六轴机器人通过安装底板连接在滑台上，六轴机器人通过线路与电控柜连接，焊机安装在电控柜顶部，焊枪连接在六轴机器人的第六轴的法兰上，焊枪通过线路与焊机连接；横向驱动电机安装在六轴机器人的安装板上，齿条安装在支架内侧，齿轮与横向驱动电机键槽连接、和齿条齿合。

所述的叉车后端底部设置有脚踏板、两侧底部设置有过道，脚踏板和叉车之间、叉车和过道之间均采用铰链连接。

所述的叉车底板后端设置有悬臂吊。

所述的叉车后端设置有操作手柄和显示屏，显示屏设置在电控柜上，和中控系统配合使用。

所述的支架上方设置有三维一体清枪站。

所述的滑轨两端端部设置有弧形撑板挡板，弧形撑板挡板上设有胶皮。

所述六轴机器人的第六轴的法兰上还设置有三维扫描机构和防撞装置；三维扫描机构通过安装板连接在六轴机器人的第六轴的法兰上；防撞装置包括激光测距雷达和安装支架，激光测距雷达通过安装支架连接在六轴机器人的第六轴的法兰上。

所述的六轴机器人顶部设置有送丝机。

所述的叉车底板上的容纳框内放置气瓶、水箱、焊丝桶。

所述的限位机构包括气缸、滑道和滑块，滑块设置在滑道内，沿滑道滑动，滑块一端连接气缸、另一端抵在叉车升降装置垂直设置的升降滑道上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型能够用于狭窄隧道内压力钢管组对环缝的焊接。

2、本实用新型设备精度高，焊接质量稳定，配备多种焊接工艺，解决了焊接焊缝种类单一、不能随时焊接不同形式的焊缝类型的问题。对于普通焊接作业，甚至超过熟练工人的技术水平，应用本实用新型带来焊接工艺水平的大幅提升。

3、本实用新型配备了六轴机器人横向移动机构和举升装置，扩展了六轴机器人活动空间，解决了受设备或机械手自身范围而无法焊接的影响，能够适应隧道大型引水钢管的自动化焊接。

4、本实用新型程序化控制，自动化程序高，大幅度降低人工焊接作业强度，解决了人工焊接劳动强度大、焊接环境对人体损害的问题。

5、本实用新型结合网络技术，配备智能化的三维扫描机构和激光测距雷达，可以实现柔性化焊接作业，满足智能化施工的管理要求。

6、本实用新型采用了限位机构，能有效的抵消因液压顶升机构的油缸泄压造成高度的变化，焊接时保证焊接高度，提高焊接精度。

附图说明：

图1是本实用新型立体结构示意图；

图2是本实用新型结构主视图；

图3是本实用新型结构后视图；

图4是本实用新型结构侧视图；

图5是本实用新型结构俯视图；

图6是本实用新型焊枪、六轴机器人连接图；

图7是本实用新型限位机构立体结构示意图；

图8是本实用新型限位机构主视图；

图9是本实用新型限位机构俯视图。

图中附图标记：

1-脚踏板、2-叉车、3-过道、4-电控柜、5-限位机构、6-液压顶升机构、7-支架、8-滑台、9-滑轨、10-焊枪、11-三维扫描机构、12-六轴机器人、13-三位一体清枪站、14-齿轮、15-齿条、16-焊机、17-悬臂吊、18-显示器、19-操作手柄、20-气瓶、21-水箱、22-焊丝桶、23-横向驱动电机、24-防撞装置、25-安装板、26-送丝机、27-气缸、28-滑道、29-滑块、30-横向液压支撑机构。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。

参见图1-图9，本实用新型提供一种智能车载焊接机器人装置，该装置包括叉车2、电控柜4、限位机构5、液压顶升机构6、横向液压支撑机构30、横向移动机构、焊接机构。

所述的叉车2包括行走装置、车架、底板和升降装置，升降装置设置在叉车2前端，升降装置包括水平设置的支架7和垂直设置的升降滑道，支架7可沿升降滑道上下滑动。液压顶升机构6安装在叉车2前端底部，支架7安装在液压顶升机构6上，横向液压支撑机构30安装在支架7内。电控柜4用螺栓固定在叉车2底板上面。

所述限位机构5用螺栓固定在叉车2的升降滑道上，主要作用是当六轴机器人12升高到一定位置，在高位焊接时，不会因为油缸的泄压而导致精度不够，限位机构5包括气缸27、滑道28和滑块29，滑块29设置在滑道28内，沿滑道28滑动，滑块29一端连接气缸27、另一端抵在叉车2升降装置垂直设置的升降滑道上。

所述的横向移动机构包括滑台8、滑轨9、齿轮14、齿条15、横向驱动电机23。滑轨9水平设置，用螺栓固定在支架7上方，滑轨9两端端部设置有弧形撑板挡板，弧形撑板挡板上设有胶皮，滑轨9两端可伸缩，滑轨9两端铰接与之对应的横向液压支撑机构30的油缸，随油缸伸缩。滑台8滑动安装在滑轨9上，滑台8沿滑轨9水平滑动。横向驱动电机23安装在六轴机器人12的安装板上，齿条15安装在支架7内侧，齿轮14与横向驱动电机23键槽连接、和齿条15齿合。该装置行走时，液压顶升机构6升起，离地100mm，横向液压支撑机构30收回；焊接状态时，液压顶升机构6升起/落底，横向液压支撑机构30伸出，带动滑轨9伸出，通过滑轨9两端的弧形撑板挡板作用在钢管的内壁上，起支撑作用，防止六轴机器人12在焊接作业时晃动，提高焊接精度。

所述的焊接机构包括焊枪10、六轴机器人12、焊机16。六轴机器人12通过安装底板连接在滑台8上，可以沿滑轨9做水平移动；六轴机器人12顶部设置有送丝机26，六轴机器人12通过线路与电控柜4连接。焊机16安装在电控柜4顶部，焊枪10连接在六轴机器人12的第六轴的法兰上，焊枪10通过线路与焊机16连接，三维一体清枪站13安装在支架7上方，主要对焊枪10进行清枪、剪丝和润滑作用。六轴机器人12的第六轴的法兰上还设置有三维扫描机构11和防撞装置24；三维扫描机构11通过安装板25连接在六轴机器人12的第六轴的法兰上；防撞装置24包括激光测距雷达和安装支架，激光测距雷达通过安装支架连接在六轴机器人12的第六轴的法兰上；通过安装的三维扫描机构11和激光测距雷达可感知焊枪10和待焊钢管焊缝的距离以控制六轴机器人12的动作，六轴机器人12的各轴根据工作所需进行相应转动，同时激光测距雷达监控该装置的空间位置，保证该装置与隧道或钢管内壁保持足够间隙，保证该装置在狭窄的隧洞或钢管内安全的行驶，避开隧洞或钢管内壁，防止碰撞。

所述的叉车2底板上的容纳框内放置有气瓶20、水箱21、焊丝桶22。气瓶20可以根据需要在叉车2上放置一定数量的二氧化碳气瓶，为焊接时提供气体保护作用。因为焊枪10是水冷焊枪，需要设置水箱21，在焊接过程中，采用循环水降低焊接时焊枪10的温度，能进行更加长时间的焊接工作。焊接时可以用焊丝盘或者焊丝桶22，可以满足一定时间的焊接，不用太频繁的进行焊丝更换，本实施例采用焊丝桶22。

所述的叉车2后端底部设置有脚踏板1、两侧底部设置有过道3，脚踏板1和叉车2之间、叉车2和过道3之间均采用铰链连接，脚踏板1、过道3放下来就可以站人，行走时收上去，可以远程操控。叉车2底板后端设置有悬臂吊17，悬臂吊17主要用来吊运气瓶20或者焊丝桶22到叉车2上指定位置，减轻工作人员的劳动量。叉车2后端设置有操作手柄19，操作手柄19主要用来在自动化控制以外人工对该装置进行简单操作。叉车2后端设置有显示屏18，显示屏18设置在电控柜4上，和中控系统配合使用，显示相关焊接参数和操作界面。

采用该装置进行焊接作业时，该装置移动到钢管内焊接位置后停止，打开六轴机器人12电源、打开控制系统、打开气瓶20、接入焊丝。该装置中的液压顶升机构6和横向移动机构根据需要焊接的焊缝位置通过程序控制自动调整位置，当六轴机器人12达到合适位置后，横向液压支撑机构的油缸伸出，牢牢的支撑在钢管内壁上，把该装置固定住。焊接时，六轴机器人12伸展手臂，把焊枪10和三维扫描机构11送到焊缝上方，三维扫描机构11对焊缝进行三维扫描，软件自动识别需要焊接的焊缝，并调用相对应的焊接程序对焊缝进行焊接。在六轴机器人12手臂有效范围内的焊接完成后，先横向移动六轴机器人12位置，直到焊接完横向移动后所有的焊缝，横向液压支撑机构收回，六轴机器人12根据液压顶升机构6的作用，做升降移动，达到一定高度后，限位装置进行限位，然后横向液压支撑机构向外支撑，支撑在钢管内壁，让该装置牢牢固定，六轴机器人12进行焊接作业。重复以上焊接方式，直到六轴机器人12完成钢管环缝一圈焊接。待钢管环缝焊接完成后，横向液压支撑机构收回，液压顶升机构6收回，六轴机器人12降低位置，该装置继续向前行走到达下一个待焊接环缝位置，继续进行焊接工作。

Claims (10)

1.一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：该装置包括叉车(2)、电控柜(4)、限位机构(5)、液压顶升机构(6)、横向液压支撑机构(30)、横向移动机构、焊接机构；叉车(2)包括行走装置、车架、底板和升降装置，升降装置设置在叉车(2)前端，升降装置包括水平设置的支架(7)、垂直设置的升降滑道，支架(7)可沿升降滑道上下滑动；液压顶升机构(6)安装在叉车(2)前端底部，支架(7)安装在液压顶升机构(6)上，横向液压支撑机构(30)安装在支架(7)内；电控柜(4)固定在叉车(2)底板上面；限位机构(5)设置在叉车(2)的升降滑道上；横向移动机构包括滑台(8)、滑轨(9)、齿轮(14)、齿条(15)、横向驱动电机(23)，滑轨(9)水平设置，固定在支架(7)上方，滑轨(9)两端可伸缩，滑轨(9)两端铰接与之对应的横向液压支撑机构(30)的油缸，随油缸伸缩；滑台(8)滑动安装在滑轨(9)上，滑台(8)沿滑轨(9)水平滑动；焊接机构包括焊枪(10)、六轴机器人(12)、焊机(16)，六轴机器人(12)通过安装底板连接在滑台(8)上，六轴机器人(12)通过线路与电控柜(4)连接，焊机(16)安装在电控柜(4)顶部，焊枪(10)连接在六轴机器人(12)的第六轴的法兰上，焊枪(10)通过线路与焊机(16)连接；横向驱动电机(23)安装在六轴机器人(12)的安装板上，齿条(15)安装在支架(7)内侧，齿轮(14)与横向驱动电机(23)键槽连接、和齿条(15)齿合。

2.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的叉车(2)后端底部设置有脚踏板(1)、两侧底部设置有过道(3)，脚踏板(1)和叉车(2)之间、叉车(2)和过道(3)之间均采用铰链连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的叉车(2)底板后端设置有悬臂吊(17)。

4.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的叉车(2)后端设置有操作手柄(19)和显示屏(18)，显示屏(18)设置在电控柜(4)上，和中控系统配合使用。

5.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的支架(7)上方设置有三维一体清枪站(13)。

6.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的滑轨(9)两端端部设置有弧形撑板挡板，弧形撑板挡板上设有胶皮。

7.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述六轴机器人(12)的第六轴的法兰上还设置有三维扫描机构(11)和防撞装置(24)；三维扫描机构(11)通过安装板(25)连接在六轴机器人(12)的第六轴的法兰上；防撞装置(24)包括激光测距雷达和安装支架，激光测距雷达通过安装支架连接在六轴机器人(12)的第六轴的法兰上。

8.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的六轴机器人(12)顶部设置有送丝机(26)。

9.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的叉车(2)底板上的容纳框内放置气瓶(20)、水箱(21)、焊丝桶(22)。

10.根据权利要求1所述的一种智能车载焊接机器人装置，其特征是：所述的限位机构(5)包括气缸(27)、滑道(28)和滑块(29)，滑块(29)设置在滑道(28)内，沿滑道(28)滑动，滑块(29)一端连接气缸(27)、另一端抵在叉车(2)升降装置垂直设置的升降滑道上。