水下密闭空间局部干法焊接机器人制造技术

技术编号:20080206 阅读:29 留言:0更新日期:2019-01-15 02:17
一种水下密闭空间局部干法焊接机器人。包括行走机构、机械操作臂机构、水下密闭空间焊接装置以及液压系统,其中,行走机构包括机器人壳体和行走三角履带轮,行走三角履带轮包括履带、三角支架、驱动轮系、张紧轮系、连接皮带以及防侧翻轮系;机械操作臂机构包括机械臂主臂和机械臂上下升降作业装置;水下密闭焊接空间装置,包括上壳体部分、下壳体部分、封盖以及内部焊接执行机构。采用三角履带式水下无缆移动,搭载以操作臂连接焊接作业舱的结构形式实现管道全位置自动化焊接,圆柱箱体局部干法焊接方式和移动焊枪头相配合,在管道相对固定的情况下,借助于利用注入空气排空整个作业区域的所有水,使焊接设备带动沿着焊缝环绕管壁运动,从而实现自动焊接。

Local Dry Welding Robot in Sealed Underwater Space

A local dry welding robot for underwater airtight space is presented. It includes walking mechanism, mechanical manipulator mechanism, underwater closed space welding device and hydraulic system. The walking mechanism includes robot shell and walking triangular caterpillar wheel. The walking triangular caterpillar wheel includes caterpillar, triangular bracket, driving wheel system, tensioning wheel system, connecting belt and anti-rollover wheel system. The mechanical manipulator mechanism includes the main arm of the manipulator and the up-down and down of the manipulator arm. Operating device; underwater sealed welding space device, including upper shell part, lower shell part, sealing cover and internal welding actuator. The triangular caterpillar underwater cable-free movement is adopted to carry the structure of the welding cabin connected by the manipulator to realize all-position automatic welding of the pipeline. The local dry welding method of the cylindrical box matches with the mobile welding torch head. Under the condition that the pipeline is relatively fixed, with the help of injecting air to empty all water in the whole working area, the welding equipment is driven to surround the pipe wall along the welding seam. Motion to realize automatic welding.

【技术实现步骤摘要】
水下密闭空间局部干法焊接机器人
本专利技术涉及一种水下焊接机器人。
技术介绍
在海洋石油和天然气工业中的海洋输送管道建设中,油气输送作为一个重要环节,它的管道铺设和焊接技术就尤为重要。目前,我国的水下焊接技术大部分还停留在手工焊接的水平,基本上是由潜水员潜入水底进行焊接。因此实现高效低成本焊接自动化一直是焊接
的一项难题,其中水下焊接自动化的实现要求比在陆地上焊接困难得多。对于水深度深、压强大、作业空间狭小、甚至核辐射强的水下环境,现有的焊接机器人还不能代替人完成相应任务。实现水下焊接自动化是进行海洋资源开发的重要课题,水下机器人自动焊接技术首先排除人为因素干扰,在简化操作设备的同时还要具有稳定高效和适应水下环境的特点,这些都是目前现有技术中存在的问题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所提到的技术问题,本专利技术提供一种水下管道密闭空间局部干法焊接机器人,其行走方式模仿坦克或一些履带式机器人,以应付水底的复杂恶劣环境。其履带有别于一般的坦克或者机器人,采用了三角形履带轮进行前进。相比于普通的平行式履带轮,三角形履带轮具有克服不平整路面,在海底遇到软沙时防止出现凹陷或者侧翻的情况,并且具有良好的机动性能和稳定性。在机器人机身顶部安置的焊接部位,采取机械操作臂连接水下密闭焊接空间装置,机械操作臂可以通过控制进行上下的移动,水下密闭焊接空间装置为圆柱形可开口的装置,内部为移动焊接枪,通过三者共同完成多位置可调控的焊接作业,在水下能够更好的完成焊接自动化和安全化。本专利技术的技术方案是:本种水下密闭空间局部干法焊接机器人,包括行走机构、机械操作臂机构2、水下密闭空间焊接装置1以及液压系统,其独特之处在于:所述行走机构包括机器人壳体3和行走三角履带轮4;其中,机器人壳体3形状为长方体箱体状,壳体本身采用分层形式,由上耐压壳体15和下耐压壳体17组成,机器人壳体3的下半部分用于装配运动机构19,机器人壳体3的底部为底板20,在运动机构19的上部安置工作台18;机器人壳体3的上半部分用于安置电子元件以及检测设备和动力设备,上下两部分完全分隔开;所述上、下耐压壳体之间安置一个可拆卸的封头16a,用于装拆壳体内的电子器件和仪器;所述上、下耐压壳体之间的密封16为焊接密封和接触密封,在所述上、下耐压壳体四周缝隙和夹层内填充O型橡胶圈16b;所述下耐压壳体底部的四角处开有安置四个行走带轮4的通孔,所述下耐压壳体顶部右前方留有安置机械操作臂机构2的长方形空位。所述行走三角履带轮4,包括履带21、三角支架22、驱动轮系23、张紧轮系24、连接皮带25以及防侧翻轮系26;行走三角履带轮4的主体框架由两片三角支架22外部包裹履带21组成,所述三角支架22形状为三角形的一块上边开有许多条孔的钢板,为两片,平行安置;驱动轮系23位于所述行走三角履带轮4的三角形顶部,驱动轮系23由三个齿轮同轴安装合成,其中中间的齿轮直径较两侧要小,负责配合内部的连接皮带25连接中心部位的防侧翻轮系26,外部两侧安装连接盘,通过螺栓螺母连接至三角支架22上;所述防侧翻轮系26,由一个齿轮和一个带轴的连接盘组成,所述齿轮连接连接皮带25,所述连接盘连接三角支架22,所述连接盘上的轴用于连接内部驱动系统;所述张紧轮系24,由一个大齿轮和两侧两个连接盘组成,所述大齿轮负责连接外侧履带,所述连接盘用于连接两侧的三角支架22,三角形履带底部两侧各一个张紧轮系24。所述机械操作臂机构2,包括机械臂主臂11和机械臂上下升降作业装置,其中,机械臂主臂11为扁长的立方体,上开有多个椭圆形孔,顶部半圆处开有平键形孔,底部半圆处开有五个圆形孔;两片机械臂主臂11平行放置,中间安装链传动机构,主臂11和链传动固定在底座上,形成完整的机械臂主臂;所述机械臂上下升降作业装置,安装在和机械臂主臂11相同的底座上,由旋转升降装置13和电机减速器组合12组合而成,其中,旋转升降装置13连接主臂11和链传动,形成传动机构,实现上下升降;电机减速器组合12内部连接旋转升降装置13,为上下升降提供动力和控制;旋转装置14安装在机械臂主臂11的顶部,通过夹持在两个机械臂主臂11之间的连接件连接机械操作臂系统2和水下密闭空间焊接装置1,用于控制水下密闭焊接装置1的旋转。所述水下密闭焊接空间装置1,包括上壳体部分5、下壳体部分6、封盖9以及内部焊接执行机构7;所述上壳体部分5为一半圆柱型,内部中空,上面切有燕尾槽孔,上下分别布有7个连接件固定部位,其中较小两个为密封液压锁锁扣安置位置,用于密封上壳体部分5和下壳体部分6,顶部的两个用于安置液压系统,控制上壳体5打开合拢,下边的三个用于连接上壳体5和机架8;单向阀10安置在封盖9上,用于控制装置内部的液压大小;下壳体6和上壳体5同样为半圆柱型,内部中空,开有燕尾槽孔,较小的两个连接件位置是密封液压锁的锁柱位置;所述内部焊接执行机构7,包括执行滑块7b和焊接枪7a,执行滑块7b的形状配合上壳体5和下壳体6上所开的两个燕尾槽孔,可以相互滑动,在密闭圆柱空间里沿X轴方向来回运动,并以此形成移动轨道;在滑块7b上安装有半圆环齿条,并在其槽口中安装移动焊接枪7a。本专利技术具有如下有益效果:本种机器人主要解决了水深度深、压强大、作业空间狭小、甚至核辐射强的水下环境下的焊接技术问题。本种机器人借鉴水下机器人和焊接机器人的特点以及机械、液压、电驱动的方法,简化操作设备同时也要具有稳定高效和适应水下环境的特点,采用三角履带式水下无缆移动,搭载以操作臂连接焊接作业舱的结构形式实现管道全位置自动化焊接,圆柱箱体局部干法焊接方式和移动焊枪头相配合的管道焊接机器人,在管道相对固定的情况下,借助于利用注入空气排空整个作业区域的所有水,制造一个模拟空气焊接的环境,然后使焊接设备带动沿着焊缝环绕管壁运动,从而实现自动焊接。本种机器人在焊接方法上的选取,选择了局部干法焊接,并相应地做出了密闭空间装置,局部干法焊接技术是利用将局部的水通过打入高压气体或者常压气体形成一个局部干的气室进行焊接,也称为干点式焊接。本种机器人能够将焊接部分直接固定打气排水,形成一个大面积的气室,在整个焊接过程中不用因为换焊接位置而重新排水。避免了湿法焊接的一些弊端。本种水下机器人的壳体采用25mm的LC9铝材,壳体有可拆卸的封头,便于装拆壳体内的电子器件和仪器。可拆卸封头采用焊接密封和接触密封,通过三角铝制板密封壳体四周,内部用焊接的方式实现密封。在壳体四周缝隙和夹层内也填充了O型橡胶圈,保护内部元件不受水的侵蚀和腐蚀。行走机构中选取的自主驱动型三角履带式,具有轻便、可更换性;低噪声、低震动、低冲击;高通过性、高稳定性以及低接地比压、高机动性的诸多特点,更适合水下工作,提高了通行过程中遇到不同路况以及在作业途中的稳定性。采用自主驱动控制又更好的减轻设备重量。附图说明:图1是本种水下密闭空间局部干法焊接机器人的总装图。图2是本种水下密闭空间局部干法焊接机器人的水下密闭焊接空间装置结构图。图3是所述水下密闭焊接空间装置中焊枪的结构图。图4是所述水下密闭焊接空间装置中滑块结构图。图5是机械操作臂系统机械臂主体结构图。图6是机械操作臂系统上下升降装置的结构图。图7是机械操作臂系统上下升降装置的顶部旋转装置结构图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下密闭空间局部干法焊接机器人,包括行走机构、机械操作臂机构(2)、水下密闭空间焊接装置(1)以及液压系统,其特征在于:所述行走机构包括机器人壳体(3)和行走三角履带轮(4);其中,机器人壳体(3)形状为长方体箱体状,壳体本身采用分层形式,由上耐压壳体(15)和下耐压壳体(17)组成,机器人壳体(3)的下半部分用于装配运动机构(19),机器人壳体(3)的底部为底板(20),在运动机构(19)的上部安置工作台(18);机器人壳体(3)的上半部分用于安置电子元件以及检测设备和动力设备,上下两部分完全分隔开;所述上、下耐压壳体之间安置一个可拆卸的封头(16a),用于装拆壳体内的电子器件和仪器;所述上、下耐压壳体之间的密封(16)为焊接密封和接触密封,在所述上、下耐压壳体四周缝隙和夹层内填充O型橡胶圈(16b);所述下耐压壳体底部的四角处开有安置四个行走带轮(4)的通孔,所述下耐压壳体顶部右前方留有安置机械操作臂机构(2)的长方形空位;所述行走三角履带轮(4),包括履带(21)、三角支架(22)、驱动轮系(23)、张紧轮系(24)、连接皮带(25)以及防侧翻轮系(26);行走三角履带轮(4)的主体框架由两片三角支架(22)外部包裹履带(21)组成,所述三角支架(22)形状为三角形的一块上边开有许多条孔的钢板,为两片,平行安置;驱动轮系(23)位于所述行走三角履带轮(4)的三角形顶部,驱动轮系(23)由三个齿轮同轴安装合成,其中中间的齿轮直径较两侧要小,负责配合内部的连接皮带(25)连接中心部位的防侧翻轮系(26),外部两侧安装连接盘,通过螺栓螺母连接至三角支架(22)上;所述防侧翻轮系(26),由一个齿轮和一个带轴的连接盘组成,所述齿轮连接连接皮带(25),所述连接盘连接三角支架(22),所述连接盘上的轴用于连接内部驱动系统;所述张紧轮系(24),由一个大齿轮和两侧两个连接盘组成,所述大齿轮负责连接外侧履带,所述连接盘用于连接两侧的三角支架(22),三角形履带底部两侧各一个张紧轮系(24);所述机械操作臂机构(2),包括机械臂主臂(11)和机械臂上下升降作业装置,其中,机械臂主臂(11)为扁长的立方体,上开有多个椭圆形孔,顶部半圆处开有平键形孔,底部半圆处开有五个圆形孔;两片机械臂主臂(11)平行放置,中间安装链传动机构,主臂(11)和链传动固定在底座上,形成完整的机械臂主臂;所述机械臂上下升降作业装置,安装在和机械臂主臂(11)相同的底座上,由旋转升降装置(13)和电机减速器组合(12)组合而成,其中,旋转升降装置(13)连接主臂(11)和链传动,形成传动机构,实现上下升降;电机减速器组合(12)内部连接旋转升降装置(13),为上下升降提供动力和控制;旋转装置(14)安装在机械臂主臂(11)的顶部,通过夹持在两个机械臂主臂(11)之间的连接件连接机械操作臂系统(2)和水下密闭空间焊接装置(1),用于控制水下密闭焊接装置(1)的旋转;所述水下密闭焊接空间装置(1),包括上壳体部分(5)、下壳体部分(6)、封盖(9)以及内部焊接执行机构(7);所述上壳体部分(5)为一半圆柱型,内部中空,上面切有燕尾槽孔,上下分别布有7个连接件固定部位,其中较小两个为密封液压锁锁扣安置位置,用于密封上壳体部分(5)和下壳体部分(6),顶部的两个用于安置液压系统,控制上壳体(5)打开合拢,下边的三个用于连接上壳体(5)和机架(8);单向阀(10)安置在封盖(9)上,用于控制装置内部的液压大小;下壳体(6)和上壳体(5)同样为半圆柱型,内部中空,开有燕尾槽孔,较小的两个连接件位置是密封液压锁的锁柱位置;所述内部焊接执行机构(7),包括执行滑块(7b)和焊接枪(7a),执行滑块(7b)的形状配合上壳体(5)和下壳体(6)上所开的两个燕尾槽孔,可以相互滑动,在密闭圆柱空间里沿X轴方向来回运动,并以此形成移动轨道;在滑块(7b)上安装有半圆环齿条,并在其槽口中安装移动焊接枪(7a)。...

【技术特征摘要】
1.一种水下密闭空间局部干法焊接机器人,包括行走机构、机械操作臂机构(2)、水下密闭空间焊接装置(1)以及液压系统,其特征在于:所述行走机构包括机器人壳体(3)和行走三角履带轮(4);其中,机器人壳体(3)形状为长方体箱体状,壳体本身采用分层形式,由上耐压壳体(15)和下耐压壳体(17)组成,机器人壳体(3)的下半部分用于装配运动机构(19),机器人壳体(3)的底部为底板(20),在运动机构(19)的上部安置工作台(18);机器人壳体(3)的上半部分用于安置电子元件以及检测设备和动力设备,上下两部分完全分隔开;所述上、下耐压壳体之间安置一个可拆卸的封头(16a),用于装拆壳体内的电子器件和仪器;所述上、下耐压壳体之间的密封(16)为焊接密封和接触密封,在所述上、下耐压壳体四周缝隙和夹层内填充O型橡胶圈(16b);所述下耐压壳体底部的四角处开有安置四个行走带轮(4)的通孔,所述下耐压壳体顶部右前方留有安置机械操作臂机构(2)的长方形空位;所述行走三角履带轮(4),包括履带(21)、三角支架(22)、驱动轮系(23)、张紧轮系(24)、连接皮带(25)以及防侧翻轮系(26);行走三角履带轮(4)的主体框架由两片三角支架(22)外部包裹履带(21)组成,所述三角支架(22)形状为三角形的一块上边开有许多条孔的钢板,为两片,平行安置;驱动轮系(23)位于所述行走三角履带轮(4)的三角形顶部,驱动轮系(23)由三个齿轮同轴安装合成,其中中间的齿轮直径较两侧要小,负责配合内部的连接皮带(25)连接中心部位的防侧翻轮系(26),外部两侧安装连接盘,通过螺栓螺母连接至三角支架(22)上;所述防侧翻轮系(26),由一个齿轮和一个带轴的连接盘组成,所述齿轮连接连接皮带(25),所述连接盘连接三角支架(22),所述连接盘上的轴用于连接内部驱动系统;所述张紧轮系(24),由一个大齿轮和两侧两个连接盘组成,所述大齿轮负责连接外侧履带,所述连接盘用于连接两...

【专利技术属性】
技术研发人员:高胜郑文潘云龙曹柏寒陈俊星张国鹏
申请(专利权)人:东北石油大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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