水下管道焊接机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种水下管道焊接机器人，其包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构。外壳的侧部可开启，当外壳开启时机器人附着在水下管道上，外壳闭合后，其内侧形成封闭空间，利用抽水设备将外壳内的水排出，行走机构安装于外壳内侧壁上，可实现机器人沿管道轴向和周向的精确运动，同时管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构依次设置在外壳内侧某一圆周方向上，利于实现对管道的附着物清理、焊缝清洗、微波烘干、焊接、敲打去应力以及焊后打磨和喷涂等操作。

Underwater Pipeline Welding Robot

【技术实现步骤摘要】
水下管道焊接机器人
本专利技术涉及一种水下作业机器人，尤其涉及一种水下管道焊接机器人。
技术介绍
随着海洋、湖泊的开发，水下机械装备的需求越来越多，比如水下金属管道(下面简称水下管道)，水下管道的安装或修复离不开焊接工艺。目前工程上对于水下管道的焊接工作几乎完全依赖于人工操作，焊接过程繁琐复杂，费时费力，在连续作业条件下存在很大的难度，此外，水下管道焊接时可见度差，焊后的接头强度和密封性难以保证，往往含氢量高并易于氧化。由此可见，目前的水下焊接作业不但危险系数高，而且焊缝质量难以控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种水下管道焊接机器人，以替代人工实现自动化水下焊接作业，从而提高水下管道的焊接效率以及焊接质量。本专利技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：水下管道焊接机器人，包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构；其中，外壳呈圆筒形，该外壳包括两个半圆筒形框架；两个半圆筒形框架的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁；在两个半圆筒形框架相互铰接的侧边顶部和/或底部位置安装有外壳开启机构；当外壳闭合时，在外壳顶部和底部中间位置分别形成一个直径等于或小于管道直径的圆孔，且外壳顶部和底部的其他位置以及外壳侧部均安装有防水隔板；行走机构安装于外壳的内侧，且包括三个沿外壳的轴线方向伸展的行走单元；当沿行走单元的伸展方向看时，三个行走单元处于同一圆周方向的三个等分点上；每个行走单元均包括行走支架以及两个麦克纳姆轮；其中：行走支架的安装方向与外壳的轴线方向一致；每个麦克纳姆轮分别位于行走支架的一端，且每个麦克纳姆轮分别配置有位置调整机构；两个麦克纳姆轮的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离；管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构均安装于外壳内侧，且在某一周向方向上沿逆时针或顺时针方向按次序布置；在外壳内侧还安装有抽水设备，在外壳上设有与抽水设备相连的排水孔。优选地，外壳开启机构包括推杆固定座以及两个电动推杆；其中，推杆固定座为固定设置；一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接于一个半圆筒形框架上；另一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接在另一个半圆筒形框架上。优选地，半圆筒形框架包括三个半圆形支架以及立式连接架；其中：三个半圆形支架沿上下方向平行布置；立式连接架的上端、中间位置和下端分别通过螺栓与相应位置处的半圆形支架连接；防水隔板包括半圆弧形侧板和半圆环形板；在相邻两个半圆形支架之间安装半圆弧形侧板；在最上端和最下端的半圆形支架上沿水平方向还分别安装有半圆环形板。优选地，半圆弧形侧板以及半圆环形板均是由碳纤维增强基复合材料制成的；半圆形支架以及立式连接架均是由铝合金材料或不锈钢材料制成的。优选地，位置调整机构包括驱动电机、丝杠、丝杠螺母、丝杠支撑座以及调节支架；丝杠支撑座有两个，且分别安装于行走支架上；丝杠安装于两个丝杠支撑座之间，丝杠螺母套置于丝杠上并与丝杠螺纹配合；驱动电机位于丝杠的一端且与丝杠相连；调节支架包括麦克纳姆轮安装支架、连接架以及一号轴座和二号轴座；其中：在麦克纳姆轮安装支架的一端安装有麦克纳姆轮，并设有三号轴座；一号轴座安装于丝杠螺母上，二号轴座安装于行走支架的端部；连接架的一端通过销轴安装于一号轴座上，另一端通过销轴安装于三号轴座上；麦克纳姆轮安装支架的另一端通过销轴安装于二号轴座上。优选地，管道附着物打磨机构和焊后打磨机构的结构形式相同，即均包括打磨辊、打磨辊支架、减速电机以及打磨辊支架安装板；其中：打磨辊安装于打磨辊支架上，减速电机位于打磨辊支架的一端并与打磨辊相连；打磨辊支架与打磨辊支架安装板平行设置；打磨辊支架安装板与打磨辊支架之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接；连杆包括杆体和圆形挡片；其中，圆形挡片设置于杆体的一个端部；在打磨辊支架安装板上设有连杆穿孔，连杆穿孔的直径小于圆形挡片的直径；杆体的另一个端部经由连杆穿孔穿过并连接在打磨辊支架上；在打磨辊支架安装板与打磨辊支架之间的杆体上套置有压缩弹簧；打磨辊支架安装板上设有两个平行布置且均垂直于安装板表面的夹持平板；两个夹持平板夹持在外壳上并通过螺栓紧固。优选地，焊缝清洗机构包括清洗喷嘴、喷嘴支架、喷嘴支架安装板、酸/碱液罐以及清水罐；其中，清洗喷嘴有两个且分别安装于喷嘴支架上，清洗喷嘴采用扁平结构；一个清洗喷嘴通过管路连接至酸/碱液罐，另一个清洗喷嘴通过管路连接至清水罐；喷嘴支架与喷嘴支架安装板平行设置；在喷嘴支架安装板与喷嘴支架之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接；连杆包括杆体和圆形挡片；其中，圆形挡片设置于杆体的一个端部；在喷嘴支架安装板上设有连杆穿孔，连杆穿孔的直径小于圆形挡片的直径；杆体的另一个端部经由连杆穿孔穿过并连接在喷嘴支架上；在喷嘴支架安装板与喷嘴支架之间的杆体上套置有压缩弹簧；喷嘴支架安装板上设有两个平行布置且均垂直于安装板表面的夹持平板；两个夹持平板夹持在外壳上并通过螺栓紧固。优选地，微波烘干机构包括磁控管、磁控管支架以及磁控管支架安装板；其中：磁控管安装于磁控管支架上；磁控管支架与磁控管支架安装板平行设置；在磁控管支架与磁控管支架安装板之间设有至少两个连杆，并通过连杆连接；连杆包括杆体和圆形挡片；其中，圆形挡片设置于杆体的一个端部；在磁控管支架安装板上设有连杆穿孔，连杆穿孔的直径小于圆形挡片的直径；杆体的另一个端部经由连杆穿孔穿过并连接在磁控管支架上；在磁控管支架安装板与磁控管支架之间的杆体上套置有压缩弹簧；磁控管支架安装板上设有两个平行布置且均垂直于安装板表面的夹持平板；两个夹持平板夹持在外壳上并通过螺栓紧固。优选地，焊接机器人还包括液位传感器，其中，液位传感器安装于外壳内侧壁的底部。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术述及的水下管道焊接机器人无需人工潜水，机器人的运动、焊接和打磨等功能均能够自主完成，因而具有工作效率高，接头焊接质量高等优点。2.本专利技术述及的水下管道焊接机器人集成度高，可实现水下管道附着物的打磨、焊缝酸(碱)洗、微波烘干、焊接、焊后去应力、焊缝打磨以及喷涂等功能。3.本专利技术述及的水下管道焊接机器人巧妙地利用麦克纳姆轮，实现机器人沿着管道轴向和周向运动，结构内部利用抽水设备进行排水操作，为焊接提供良好的工作环境。附图说明图1为本专利技术实施例中水下管道焊接机器人的结构示意图(去除外壳)；图2为本专利技术实施例中水下管道焊接机器人的俯视图；图3为本专利技术实施例中外壳的结构示意图；图4为本专利技术实施例中外壳的结构示意图(仅保留框架结构)；图5为本专利技术实施例中外壳开启机构的结构示意图(仰视图)；图6为本专利技术实施例中外壳的俯视图(仅保留框架结构)；图7为图6中的A部放大图；图8为本专利技术实施例中半圆形支架的侧部剖面图；图9为本专利技术实施例中半圆环形板的俯视图；图10为本专利技术实施例中半圆环形板的侧视图。图11为本专利技术实施例中外壳打开时的结构示意图；图12为本专利技术实施例中外壳的结构示意图(去除部分半圆弧形侧板)。图13为本专利技术实施例中行走单元的结构示意图；图14为本专利技术实施例中行走机构的安装示意图；图15为本专利技术实施例中行走机构的侧视图；图16为本专利技术实施例中行走机构的俯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.水下管道焊接机器人，其特征在于，包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构；其中，外壳呈圆筒形，该外壳包括两个半圆筒形框架；两个半圆筒形框架的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁；在两个半圆筒形框架相互铰接的侧边顶部和/或底部位置安装有外壳开启机构；当外壳闭合时，在外壳顶部和底部中间位置分别形成一个直径等于或小于管道直径的圆孔，且外壳顶部和底部的其他位置以及外壳侧部均安装有防水隔板；行走机构安装于外壳的内侧，且包括三个沿外壳的轴线方向伸展的行走单元；当沿行走单元的伸展方向看时，三个行走单元处于同一圆周方向的三个等分点上；每个行走单元均包括行走支架以及两个麦克纳姆轮；其中：行走支架的安装方向与外壳的轴线方向一致；每个麦克纳姆轮分别位于行走支架的一端，且每个麦克纳姆轮分别配置有位置调整机构；两个麦克纳姆轮的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离；管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构均安装于外壳内侧，且在某一周向方向上沿逆时针或顺时针方向按次序布置；在外壳内侧还安装有抽水设备，在外壳上设有与所述抽水设备相连的排水孔。...

【技术特征摘要】
1.水下管道焊接机器人，其特征在于，包括外壳、行走机构、管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构；其中，外壳呈圆筒形，该外壳包括两个半圆筒形框架；两个半圆筒形框架的一组侧边铰接连接，另一组侧边处安装有电磁铁；在两个半圆筒形框架相互铰接的侧边顶部和/或底部位置安装有外壳开启机构；当外壳闭合时，在外壳顶部和底部中间位置分别形成一个直径等于或小于管道直径的圆孔，且外壳顶部和底部的其他位置以及外壳侧部均安装有防水隔板；行走机构安装于外壳的内侧，且包括三个沿外壳的轴线方向伸展的行走单元；当沿行走单元的伸展方向看时，三个行走单元处于同一圆周方向的三个等分点上；每个行走单元均包括行走支架以及两个麦克纳姆轮；其中：行走支架的安装方向与外壳的轴线方向一致；每个麦克纳姆轮分别位于行走支架的一端，且每个麦克纳姆轮分别配置有位置调整机构；两个麦克纳姆轮的运动趋势相反，即同时向中间收拢或者向外分离；管道附着物打磨机构、焊缝清洗机构、微波烘干机构、焊接机构、敲打机构、焊后打磨机构和喷涂机构均安装于外壳内侧，且在某一周向方向上沿逆时针或顺时针方向按次序布置；在外壳内侧还安装有抽水设备，在外壳上设有与所述抽水设备相连的排水孔。2.根据权利要求1所述的水下管道焊接机器人，其特征在于，所述外壳开启机构包括推杆固定座以及两个电动推杆；其中，推杆固定座为固定设置；一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接于一个半圆筒形框架上；另一个电动推杆的一端安装于推杆固定座上，另一端铰接在另一个半圆筒形框架上。3.根据权利要求2所述的水下管道焊接机器人，其特征在于，所述半圆筒形框架包括三个半圆形支架以及立式连接架；其中：三个半圆形支架沿上下方向平行布置；立式连接架的上端、中间位置和下端分别通过螺栓与相应位置处的半圆形支架连接；防水隔板包括半圆弧形侧板和半圆环形板；其中，在相邻两个半圆形支架之间安装所述半圆弧形侧板；在最上端和最下端的半圆形支架上沿水平方向还分别安装有所述半圆环形板。4.根据权利要求3所述的水下管道焊接机器人，其特征在于，所述半圆弧形侧板以及半圆环形板均是由碳纤维增强基复合材料制成的；所述半圆形支架以及立式连接架均是由铝合金材料或不锈钢材料制成的。5.根据权利要求1所述的水下管道焊接机器人，其特征在于，所述位置调整机构包括驱动电机、丝杠、丝杠螺母、丝杠支撑座以及调节支架；丝杠支撑座有两个，且分别安装于所述行走支架上；丝杠安装于两个丝杠支撑座之间，丝杠螺母套置于丝杠上并与所述丝杠螺纹配合；驱动电机位于丝杠的一端且与所述丝杠相连；调节支架包括麦克纳姆轮安装支架、连接架以及一号轴座和二号轴座；其中：在麦克纳姆轮安装支架的一端安装有所述麦克纳姆轮并设有三号轴座；一号轴座安装于丝杠螺母上，二号轴座安...

【专利技术属性】
技术研发人员：张森，
申请(专利权)人：滨州学院，
类型：发明
国别省市：山东,37