适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，采用爬壁焊接主机器人搭载焊枪并跟踪焊缝运动，爬壁中继送丝从机器人负载送丝机、焊丝盘等焊接相关设备并承载线缆拖曳力，跟随爬壁焊接主机器人运动从而合作完成现场组焊作业，爬壁焊接主机器人整体重量相对较低，运动灵活，有利于机器人位置与焊枪姿态的快速调整，爬壁中继送丝从机器人负载能力较强，控制精度要求相对较低，能够为爬壁焊接主机器人短距离送丝进行焊接，焊丝输出稳定，容易保证焊接质量；爬壁焊接主机器人与爬壁中继送丝从机器人均采用永磁间隙吸附及轮式运动机构，将吸附机构与运动机构分离，进一步提升了机器人运动的灵活性，提高机器人的运动控制精度。

Master-slave wall climbing welding robot system for large steel structure

【技术实现步骤摘要】
适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统
本专利技术属于爬壁机器人
，具体涉及一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统。
技术介绍
水电站引水压力钢管等大型钢结构件采用焊接的方式制造安装，由于大型钢结构件尺寸巨大、运输条件有限，在组圆焊接形成单节后需运输至施工地点进行现场组焊。长期以来，水电站引水压力钢管等大型钢结构件的焊接一直采用传统的低效率、高能耗、简单而又繁重的手工焊条电弧焊。其现场组焊工程量大、劳动密集程度高、作业危险性高。随着我国大型、巨型水电站密集开工，我国水电建设进入了前所未有的高速发展阶段。但是大直径厚壁压力钢管、蜗壳的焊接施工工期紧、强度大、质量要求高，而熟练焊工又很紧缺，因此，传统的手工焊条电弧焊已越来越不能满足需求。需要一种适用于水电站引水压力钢管等大型钢结构件现场组焊的爬壁焊接机器人系统提升焊接效率与质量，改善工人劳动环境和施工安全性。现阶段的爬壁焊接机器人一般既搭载焊枪和夹持装置，又负载送丝机、焊丝和焊接电缆，对爬壁机器人负载要求高，从而导致吸附力增大，自重加大而使机器人运动灵活性减弱，不利于机器人位姿及焊枪姿态的快速调整，焊接质量不易保证。因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，克服了上述缺陷，将爬壁机器人的焊接和负载功能分开实施，提高机器人灵活性，保证焊接质量，保障操作人员的人身安全。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，所述主从式爬壁焊接机器人系统包括：爬壁焊接主机器人，所述爬壁焊接主机器人包括有焊枪、焊枪调整机构和第一移动机构，所述焊枪设置在所述焊枪调整机构前端，所述焊枪调整机构用于调整所述焊枪的位姿，所述第一移动机构用于将所述爬壁焊接主机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁焊接主机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；爬壁中继送丝从机器人，用于向所述爬壁焊接主机器人提供焊丝并输送焊接保护气体；所述爬壁中继送丝从机器人与所述爬壁焊接主机器人通过第一柔性复合电缆连接，所述第一柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的第一电线和用于输送焊接保护气体的第一气体管路；所述爬壁中继送丝从机器人包括焊丝盘、中继送丝机和第二移动机构，所述焊丝盘与所述中继送丝机均设置在第二移动机构上，所述焊丝盘用于搭载焊丝，所述中继送丝机用于将焊丝输送给所述爬壁焊接主机器人；所述中继送丝机上设置有用于连接保护气体供气设备的保护气体输入口以及用于连接所述第一气体管路的保护气体输出口；所述第二移动机构用于将爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁中继送丝从机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；焊接设备单元，所述焊接设备单元与所述爬壁中继送丝机从机器人通过第二柔性复合电缆连接，所述第二柔性复合电缆包括用于向所述爬壁中继送丝从机器人提供电源的第二电线和用于向所述中继送丝机输送焊接保护气的第二气体管路；控制单元，所述控制单元分别与所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人电性连接，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整。基于上述，所述爬壁焊接主机器人还包括有传感模块，所述传感模块与所述控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置。基于上述，所述传感模块包括焊缝跟踪传感器和焊枪位姿控制传感器，所述焊缝跟踪传感器和所述焊枪位姿控制传感器均固定设置在所述第一移动机构上，并分别与控制单元电性连接，所述焊缝跟踪传感器用于跟踪焊缝轨迹，所述焊枪位姿控制传感器用于感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置，并将位置信息发送给所述控制单元，所述控制单元控制所述焊枪调整机构对所述焊枪的位姿进行调整。基于上述，所述焊枪调整机构包括X轴调整引动器、Z轴调整引动器、焊枪摆动引动器和焊枪俯仰角度调整转台；所述X轴调整引动器、所述Z轴调整引动器、所述焊枪摆动引动器和所述焊枪俯仰角度调整转台依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪俯仰角度调整转台前端；所述X轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝宽度方向的移动；所述Z轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝高度方向的距离；所述焊枪摆动引动器用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪的摆动；所述焊枪俯仰角度调整转台用于根据所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置信息调整所述焊枪的俯仰角度。基于上述，所述第一移动机构和所述第二移动机构均包括有车体板、驱动模组和永磁吸附体，所述永磁吸附体有多个、分别固定设置在所述车体板下表面上；所述车体板的四角分别设置一个驱动模组，所述驱动模组包括驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、驱动轮轴、轴承支撑部件和车轮，所述轴承支撑部件安装在所述车体板上用于支撑所述驱动轮轴，所述蜗轮蜗杆减速机与所述轴承支撑部件同轴连接；所述驱动轮轴安装在所述蜗轮蜗杆减速机的输出端并同轴连接所述车轮，所述蜗轮蜗杆减速机的输入端连接所述驱动电机；所述车轮贯穿所述车体板且所述车轮的下沿超出所述永磁吸附体下表面一定距离。基于上述，所述车体板包括有前车体板和后车体板两个部分，所述前车体板与所述后车体板上通过车体长度调整机构连接，所述车体长度调整机构用于调整所述前车体板与所述后车体板之间的距离，所述车体长度调整机构包括连接杆以及两个分别设置在所述前车体板和后车体板上的固定座组件，所述固定座组件设置有夹紧把手，通过所述加紧把手将所述连接杆的两端分别固定在两个固定座组件上。基于上述，所述控制单元设置在所述第一移动机构的后车体板上表面上，所述控制单元的输出端分别电性连接第一移动机构和第二移动机构的所述驱动电机，以及所述焊枪调整机构。基于上述，所述焊接设备单元包括有焊接设备、保护气体供气设备和电源，所述焊接设备、所述保护气供气设备和所述电源均通过所述第二柔性复合电缆与所述爬壁中继送丝从机器人的中继送丝机连接，向所述中继送丝机输送焊接保护气体，并提供焊接电源，所述爬壁中继送丝从机器人再通过第一柔性复合电缆向所述爬壁焊接主机器人传递焊接保护气体和焊接电源。基于上述，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括显示设置终端，所述显示设置终端电性连接所述控制单元，包括有触摸屏，用于对所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行参数设置。基于上述，所述主从式爬壁焊接机器人系统还包括有无线接收器和远程遥控手柄，所述无线接收器与所述控制单元电性连接，所述远程遥控手柄通过所述无线接收器发送控制信号给所述控制单元，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人进行运动。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有如下优异效果：本专利技术提供一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，相比现有技术至少具有如下的技术效果：1、本专利技术提供了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述主从式爬壁焊接机器人系统包括：/n爬壁焊接主机器人，所述爬壁焊接主机器人包括有焊枪、焊枪调整机构和第一移动机构，所述焊枪设置在所述焊枪调整机构前端，所述焊枪调整机构用于调整所述焊枪的位姿，所述第一移动机构用于将所述爬壁焊接主机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁焊接主机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；/n爬壁中继送丝从机器人，用于向所述爬壁焊接主机器人提供焊丝并输送焊接保护气体；所述爬壁中继送丝从机器人与所述爬壁焊接主机器人通过第一柔性复合电缆连接，所述第一柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的第一电线和用于输送焊接保护气体的第一气体管路；/n所述爬壁中继送丝从机器人包括焊丝盘、中继送丝机和第二移动机构，所述焊丝盘与所述中继送丝机均设置在第二移动机构上，所述焊丝盘用于搭载焊丝，所述中继送丝机用于将焊丝输送给所述爬壁焊接主机器人；所述中继送丝机上设置有用于连接保护气体供气设备的保护气体输入口以及用于连接所述第一气体管路的保护气体输出口；所述第二移动机构用于将爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁中继送丝从机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；/n焊接设备单元，所述焊接设备单元与所述爬壁中继送丝机从机器人通过第二柔性复合电缆连接，所述第二柔性复合电缆包括用于向所述爬壁中继送丝从机器人提供电源的第二电线和用于向所述中继送丝机输送焊接保护气的第二气体管路；/n控制单元，所述控制单元分别与所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人电性连接，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述主从式爬壁焊接机器人系统包括：
爬壁焊接主机器人，所述爬壁焊接主机器人包括有焊枪、焊枪调整机构和第一移动机构，所述焊枪设置在所述焊枪调整机构前端，所述焊枪调整机构用于调整所述焊枪的位姿，所述第一移动机构用于将所述爬壁焊接主机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁焊接主机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；
爬壁中继送丝从机器人，用于向所述爬壁焊接主机器人提供焊丝并输送焊接保护气体；所述爬壁中继送丝从机器人与所述爬壁焊接主机器人通过第一柔性复合电缆连接，所述第一柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的第一电线和用于输送焊接保护气体的第一气体管路；
所述爬壁中继送丝从机器人包括焊丝盘、中继送丝机和第二移动机构，所述焊丝盘与所述中继送丝机均设置在第二移动机构上，所述焊丝盘用于搭载焊丝，所述中继送丝机用于将焊丝输送给所述爬壁焊接主机器人；所述中继送丝机上设置有用于连接保护气体供气设备的保护气体输入口以及用于连接所述第一气体管路的保护气体输出口；所述第二移动机构用于将爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面并使所述爬壁中继送丝从机器人在所述大型钢结构件的表面沿焊缝移动；
焊接设备单元，所述焊接设备单元与所述爬壁中继送丝机从机器人通过第二柔性复合电缆连接，所述第二柔性复合电缆包括用于向所述爬壁中继送丝从机器人提供电源的第二电线和用于向所述中继送丝机输送焊接保护气的第二气体管路；
控制单元，所述控制单元分别与所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人电性连接，用于控制所述爬壁焊接主机器人和所述爬壁中继送丝从机器人吸附在大型钢结构件的表面、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整。


2.根据权利要求1所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述爬壁焊接主机器人还包括有传感模块，所述传感模块与所述控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置。


3.根据权利要求2所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述传感模块包括焊缝跟踪传感器和焊枪位姿控制传感器，所述焊缝跟踪传感器和所述焊枪位姿控制传感器均固定设置在所述第一移动机构上，并分别与控制单元电性连接，所述焊缝跟踪传感器用于跟踪焊缝轨迹，所述焊枪位姿控制传感器用于感知所述爬壁焊接主机器人相对于大型钢结构件的位置，并将位置信息发送给所述控制单元，所述控制单元控制所述焊枪调整机构对所述焊枪的位姿进行调整。


4.根据权利要求3所述的适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，其特征在于，所述焊枪调整机构包括X轴调整引动器、Z轴调整引动器、焊枪摆动引动器和焊枪俯仰角度调整转台；所述X轴调整引动器、所述Z轴调整引动器、所述焊枪摆动引动器和所述焊枪俯仰角度调整转台依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪俯仰角度调整转台前端；
所述X轴调整引动器用于调整焊枪沿焊缝宽度方向的移动；
所述Z轴调整引动器用...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈咏华，孙振国，朱甲射，陈强，张文，
申请(专利权)人：清华大学，浙江清华长三角研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11