【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及焊接机器人，具体为一种膜式壁专用焊接机器人系统和膜式壁焊接方法。
技术介绍
1、膜式壁是一种高效、可靠、节能环保的冷却钢结构件，广泛应用于工业锅炉和炉膛中。它由扁钢和管子拼排焊成的气密管屏组成，能够增强炉膛的严密性，降低负压锅炉的炉膛漏风系数，从而改善燃烧工况，增加有效辐射受热面积，节约钢耗。此外，膜式壁的气密性好，可减少炉膛漏风，提高锅炉热效率。在管屏外侧敷以薄保温材料，可防止结渣。膜式壁的制造需要将扁钢和管子进行排焊，组成较大的模块后再次组装。由于膜式壁尺寸巨大，常常是采取传统的手工电弧焊或龙门式膜式壁焊接机器人进行模块化焊接组装，然而传统的手工电弧焊接效率低下、对人危害大、劳动强度高、自动化程度低；龙门式膜式壁焊接机器人体积重量较大、占用面积广、移动不便、适应性差,并且部分膜式壁存在不规则异形缺口结构，导致传统的焊接作业方式已不能很好的满足膜式壁制造的需求。
2、目前市面上有一种焊接机器人，包括负责焊接作业的主机器人和负责输送焊丝的从机器人两部分，但是焊机和焊接保护气气瓶等重型外围设备还是固定在外围，并非焊机机器人搭载，焊接线缆不方便长距离传输，大大限制了焊接机器人的作业范围以及灵活性，不适用于大型钢结构件的大范围的焊接作业，同时主机器人和从机器人在进行焊接作业时全都需要运行于钢件上，且相互距离较近，其需求的运行环境对于钢件具有一定要求，在钢件存在异形结构等复杂环境情况下往往不适用。
3、专利公开号cn110814472a公开了一种适用于大型钢结构件的主从式爬壁焊接机器人系统，爬壁式机
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种膜式壁专用焊接机器人系统和膜式壁焊接方法，以克服传统的手工电弧焊或龙门式膜式壁焊接机器人的膜式壁焊接作业方式存在的不足，以及难以应对膜式壁的异形缺口结构的问题。本专利技术结合了足式机器人优秀的通过性和履带机器人出色的行走稳定性，代替传统的轮式驱动机构，提高了通行能力，满足各类大型平铺钢结构异形复杂的环境下的焊接工作的需求，具有较好的通用性。同时，采用焊接主机器人和焊接保障从机器人配合，进一步提高焊接作业的灵活性，提升膜式壁焊接作业效率和质量。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种膜式壁专用焊接机器人系统，包括焊接主机器人、焊接保障从机器人和控制单元，所述焊接保障从机器人用于承载重型焊接设备，控制单元控制焊接主机器人、焊接保障从机器人协调工作；
4、所述焊接主机器人包括有复合履带小腿、足式机器人、焊枪位姿控制机构、焊枪固定座和焊枪；所述复合履带小腿位于足式机器人大腿末端，所述复合履带小腿与所述足式机器人大腿连接，所述复合履带小腿为膜式壁专用焊接机器人提供步态模式和履带模式两种运动模式，所述焊枪位姿控制机构位于足式机器人背部，所述焊枪固定座位于焊枪位姿控制机构末端，所述焊枪固定在焊枪固定座上；
5、所述复合履带小腿内部还设有传动切换离合装置，所述传动切换离合装置负责动力传输与切换，从而实现步态模式和履带模式的切换，所述步态模式适用于跨越膜式壁上钢管的异形缺口结构以及履带模式无法通过的位置，履带模式适用于将所述焊接主机器人在膜式壁表面沿表面焊缝平稳移动。
6、进一步地，所述足式机器人大腿前端设置有小腿驱动电机，传动切换离合装置与小腿驱动电机之间通过同步带连接；传动切换离合装置内部设有电磁铁、同步带轮、履带驱动轮和花键轴，复合履带小腿内通过多个转轴和履带驱动轮安装履带，履带驱动轮与同步带轮为同一轴心；传动切换离合装置通过两侧电磁铁吸附花键轴的移动，控制花键轴与同步带轮或复合履带小腿结合与否来实现行进模式的切换。
7、进一步地，还包括用于承载重型焊接设备的焊接保障从机器人，所述焊接保障从机器人与焊接主机器人通过柔性复合电缆连接，所述柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的电线、用于输送焊接保护气体的气体管路和用于控制的信号线。
8、进一步地，所述焊接保障从机器人包括移动底盘机构、焊机、焊接保护气体气瓶和送丝机，所述焊机、焊接保护气体气瓶、送丝机均设置在移动底盘机构上，所述焊接保护气体气瓶搭载焊接保护气体，所述送丝机搭载焊丝并将焊丝输送给所述焊接主机器人，所述移动底盘机构用于驱动焊接保障从机器人在膜式壁外运动。
9、进一步地，所述控制单元分别与所述焊接主机器人和所述焊接保障从机器人电性连接，用于分别控制所述焊接主机器人在膜式壁的表面切换行走模式、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整，控制所述焊接保障从机器人在膜式壁周边伴随所述焊接主机器人行走。
10、进一步地，焊接主机器人还包括有传感模块，传感模块与控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知焊接主机器人相对于膜式壁和焊缝的位置、监测焊缝的焊接质量和对焊缝焊接热变形进行纠偏并进行跟踪焊接。
11、进一步地，所述传感模块包括焊缝跟踪传感器、工业相机和焊枪位姿控制传感器，所述焊缝跟踪传感器、工业相机和焊枪位姿控制传感器均固定设置在所述焊枪固定座上，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焊枪相对于焊缝的位置，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位姿控制机构对所述焊枪的位姿进行调整，所述工业相机用于监视焊接过程、监测焊缝的焊接质量和焊缝热变形跟踪偏移进行计算。
12、进一步地，所述焊枪位姿控制机构，包括第一转轴、第二转轴臂、第三转轴臂、第四转轴臂和焊枪水平滑轨，所述第一转轴、第二转轴臂、第三转轴臂、第四转轴臂、焊枪水平滑轨依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪水平滑轨上：所述第一转轴用于调整当焊接主机器人行走时焊枪的方向；所述第二转轴臂和第三转轴臂用于配合调整焊枪离焊缝的高度的距离；所述第四转轴臂用于调整焊枪的俯仰角度；所述焊枪水平滑轨用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪的相对于焊缝的水平横向位移。
13、进一步地，所述焊接主机器人中还设置有视觉感知模组，视觉感知模组包含超声波距离传感器、定位装置和深度视觉相机，超声波距离传感器、定位装置和深度视觉相机集成在同一外壳内，所述视觉感知模组安装于所述足式机器人背部前端，所述超声波距离传感器和深度视觉相机用于识别焊接路径上的障碍和膜式壁的钢管异形缺口，所述定位装置用于感知当前与焊接保障从机器人的相对位置；所述视觉感知模组与控制单元电连接。
14、进一步地，所述焊接保障从机器人中所述移动底盘机构由车底座、驱动电机、重载履带驱动轮和重载履带组成，所述车底座的四角内分别设置有一个驱动电机，所述驱动电机驱动端和重载履带驱动轮连接，所述驱动电机与所述控制单元电连接，所述重载履带驱动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种膜式壁专用焊接机器人系统，包括焊接主机器人、焊接保障从机器人和控制单元，所述焊接保障从机器人用于承载重型焊接设备，控制单元控制焊接主机器人、焊接保障从机器人协调工作；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述足式机器人大腿前端设置有小腿驱动电机，传动切换离合装置与小腿驱动电机之间通过同步带连接；传动切换离合装置内部设有电磁铁、同步带轮、履带驱动轮和花键轴，复合履带小腿内通过多个转轴和履带驱动轮安装履带，履带驱动轮与同步带轮为同一轴心；传动切换离合装置通过两侧电磁铁吸附花键轴的移动，控制花键轴与同步带轮或复合履带小腿结合与否来实现行进模式的切换。
3.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，包括用于承载重型焊接设备的焊接保障从机器人，所述焊接保障从机器人与焊接主机器人通过柔性复合电缆连接，所述柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的电线、用于输送焊接保护气体的气体管路和用于控制的信号线。
4.根据权利要求3所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接保障从机器人包括移动
5.根据权利要求3所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述控制单元分别与所述焊接主机器人和所述焊接保障从机器人电性连接，用于分别控制所述焊接主机器人在膜式壁的表面切换行走模式、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整，控制所述焊接保障从机器人在膜式壁周边伴随所述焊接主机器人行走。
6.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，焊接主机器人还包括有传感模块，传感模块与控制单元电性连接，用于跟踪焊缝轨迹并感知焊接主机器人相对于膜式壁和焊机的位置、监测焊缝的焊接质量和对焊缝焊接热变形进行纠偏并进行跟踪焊接。
7.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述焊枪位姿控制机构，包括第一转轴、第二转轴臂、第三转轴臂、第四转轴臂、焊枪水平滑轨和焊枪固定座，所述第一转轴、第二转轴臂、第三转轴臂、第四转轴臂、焊枪水平滑轨和焊枪固定座依次串联，所述焊枪安装在所述焊枪固定座上，所述焊枪固定座安装在焊枪水平滑轨上：所述第一转轴用于调整当焊接主机器人行走时焊枪的方向；所述第二转轴臂和第三转轴臂用于调整焊枪离焊缝的高度的距离；所述第四转轴臂用于调整焊枪的俯仰角度；所述焊枪水平滑轨用于在沿焊缝轨迹焊接时调整焊枪的相对于焊缝的水平横向位移。
8.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接主机器人中还设置有视觉感知模组，视觉感知模组包含超声波距离传感器、定位装置和深度视觉相机，超声波距离传感器、定位装置和深度视觉相机集成在同一外壳内，所述视觉感知模组安装于所述足式机器人背部前端，所述超声波距离传感器和深度视觉相机用于识别焊接路径上的障碍和膜式壁的钢管异形缺口，所述定位装置用于感知当前与焊接保障从机器人的相对位置；所述视觉感知模组与控制单元电连接。
9.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述膜式壁专用焊接机器人系统还包括有无线收发器和远程遥控终端，所述无线收发器与所述控制单元电性连接，所述远程遥控终端通过所述无线收发器发送控制信号给所述控制单元，用于控制膜式壁专用焊接机器人系统和焊接参数设定。
10.一种膜式壁专用焊接机器人焊接方法，采用权利要求1-9任意一项所述的膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种膜式壁专用焊接机器人系统，包括焊接主机器人、焊接保障从机器人和控制单元，所述焊接保障从机器人用于承载重型焊接设备，控制单元控制焊接主机器人、焊接保障从机器人协调工作；其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述足式机器人大腿前端设置有小腿驱动电机，传动切换离合装置与小腿驱动电机之间通过同步带连接；传动切换离合装置内部设有电磁铁、同步带轮、履带驱动轮和花键轴，复合履带小腿内通过多个转轴和履带驱动轮安装履带，履带驱动轮与同步带轮为同一轴心；传动切换离合装置通过两侧电磁铁吸附花键轴的移动，控制花键轴与同步带轮或复合履带小腿结合与否来实现行进模式的切换。
3.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，包括用于承载重型焊接设备的焊接保障从机器人，所述焊接保障从机器人与焊接主机器人通过柔性复合电缆连接，所述柔性复合电缆包括用于传输焊接电流的电线、用于输送焊接保护气体的气体管路和用于控制的信号线。
4.根据权利要求3所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述焊接保障从机器人包括移动底盘机构、焊机、焊接保护气体气瓶和送丝机，所述焊机、焊接保护气体气瓶、送丝机均设置在移动底盘机构上，所述焊接保护气体气瓶搭载焊接保护气体，所述送丝机搭载焊丝并将焊丝输送给所述焊接主机器人，所述移动底盘机构用于驱动焊接保障从机器人在膜式壁外运动。
5.根据权利要求3所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，所述控制单元分别与所述焊接主机器人和所述焊接保障从机器人电性连接，用于分别控制所述焊接主机器人在膜式壁的表面切换行走模式、沿焊缝移动以及焊枪位姿的调整，控制所述焊接保障从机器人在膜式壁周边伴随所述焊接主机器人行走。
6.根据权利要求1所述的一种膜式壁专用焊接机器人系统，其特征在于，...
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