一种进行管道焊接作业的工业机器人及其自动控制方法技术

本发明专利技术涉及一种进行管道焊接作业的工业机器人及其自动控制方法，属于工业机器人技术领域。本发明专利技术提供的工业机器人是由三段结构所组成，各段之间是由可以弯曲的连接段进行连接，可以使其在弯曲的管道内部进行运动，并同时进行焊接。由于在弯道处行进时，通过监测各段时间的位移，并通过调节移动块在导轨上的运动，使得焊枪能够适应弯道处的位置变化，克服了在弯道处焊接不稳定的问题；同时，本发明专利技术提供的焊接机器人能够同时在线清除生成的焊渣。

Industrial robot for pipeline welding operation and automatic control method thereof

The invention relates to an industrial robot for pipeline welding operation and an automatic control method thereof, belonging to the technical field of industrial robots. The industrial robot provided by the invention is composed of three sections, and each segment is connected by a bendable connecting section so that it can move within the curved pipe and be welded simultaneously. Due to the bend road, through displacement monitoring each time, and by adjusting the moving block movement on the guide rail, the torch can adapt to the change of position of the bend, overcome in bend welding instability problems; at the same time, the welding robot provided by the invention can simultaneously remove welding slag generated online.

【技术实现步骤摘要】
一种进行管道焊接作业的工业机器人及其自动控制方法
本专利技术涉及一种进行管道焊接作业的工业机器人及其自动控制方法，属于工业机器人

技术介绍
自从20世纪60年代在美国安装使用第一台工业机器人以来，具有操作功能多样性的工业机器人就倍受关注，成为新的自动化时代的核心技术。在工业企业界，越来越多的厂家采用机器人充当生产过程的重要角色。焊接是一项技术要求高，劳动环境恶劣的工作，在很多情况下人们采用焊接机器人代替人工作业。焊接机器人是应用最广泛的工业机器人，全世界现役的工业机器人约有一半的工业机器人用于焊接领域，其主要集中在汽车、摩托车、工程机械等行业，特别是汽车行业是焊接机器人的最大用户。焊接机器人突破传统的焊接刚性自动化，开始了一种柔性自动化的新方式，被认为是具有焊接自动化革命性的进步。CN2652577Y公开一种无导轨全位置行走光电实时跟踪管道焊接机器人，主要由爬行机构和自动跟踪装置组成，采用横跨式磁性轮车式的爬行车体，自动跟踪系统有CCD传感器，横向跟踪执行机构，摆动机构，纵向执行机构，焊枪角度调节机构，焊枪，PLC控制箱、位置实施测控系统及遥控面板组成，其中焊枪角度调节机构，由小齿轮和角度调节齿轮，驱动电机和导向轮组成，并通过连接板与纵向执行机构相连接。但是上述的焊接机器人无法对于管道内部进行焊接。而且，对于弯曲的管道，特别是突然有较大角度弯折的管道内部焊接作用，对于目前的焊接机器人来说具有较大的作业难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是：解决常规的用于管道内部焊接作业的机器人不适合于弯曲管道作业的问题，特别是在管道垂直弯折处的焊接作业；同时本专利技术的焊接机器人也能够实现在焊接作业的同时消除管道内部生成的焊渣。本专利技术第一个方面：一种进行管道焊接作业的工业机器人，主要是由依次从前至后的焊接段、中间段、除焊渣段所构成，焊接段与中间段之间通过前弯曲段连接，中间段与除焊渣段之间通过后弯曲段连接，前弯曲段与后弯曲段都可以自由弯曲；在焊接段、中间段、除焊渣段上都设置有顶部支撑轮和位于两侧的侧支撑轮，顶部支撑轮和侧支撑轮与各段之间的连接部具有弹性；在焊接段的底部设置有导轨，导轨上设置有移动块，移动块可以在导轨上进行前后运动，在移动块的底部还设置有焊枪，焊枪用于对管道内壁进行焊接；还包括有：驱动装置，用于驱动顶部支撑轮和侧支撑轮的转动；前位移记录单元，用于记录焊接段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离；后位移记录单元，用于记录中间段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离；主控制器，用于根据前位移记录单元和后位移记录单元记录的数据来控制移动块在导轨上的运动以及焊枪的工作。在一个实施例中，所述的工业机器人用于管道内部焊接。在一个实施例中，当工业机器人运动至管道弯曲处时，主控制器使焊枪停停止工作，焊接段向弯曲处中继续行进，后位移记录单元开始记录中间段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离，当焊接段完全进入弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，后位移记录单元将记录的第一运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块向后运动第一运动距离之后，移动块逐步向前运动第一运动距离并同时进行焊接；接下来，主控制器使焊枪停止工作，并使工业机器人继续前进，前位移记录单元开始记录焊接段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离，当中间段完全进入至弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，前位移记录单元将记录的第二运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块向后运动第二运动距离之后，移动块逐步向前运动第二运动距离并同时进行焊接；焊接完成后，工业机器人继续向前运行并同时继续焊接。在一个实施例中，在同一段上的顶部支撑轮与侧支撑轮相互之间在截面上为°排列。在一个实施例中，除焊渣段用于在工业机器人焊接和行进的过程中同时清除生成的焊渣。在一个实施例中，除渣段上设置有吸风口以及排风口，吸风口和排风口之间通过除焊渣模块连接，除焊渣模块是通过过滤的方式使焊渣清除。在一个实施例中，除焊渣模块的结构中包括有：进气道，进气道吸风口连通；还设置有与进气道相连通的吸风管道，吸风管道与排风口连通；进气道的一侧设置有光源，在光源的照射方向上的进气道另一侧设置有光电转换单元，在光电转换单元表面设有玻璃挡板对镜头进行保护；在与玻璃挡板在同一侧的进气道的上游方向，设置有转轮，转轮的外部设置有弧形的上游导流板，转轮在旋转后可以将空气从上游导流板与转轮之间的空隙向进气道中排出；在光电转换单元的下游方向的进气道的另一侧，设置有气体喷头，其喷射方向朝向进气道，气体喷头与压力储气室连接，且气体喷头上设置有电磁阀，电磁阀用于控制气体喷头的开闭；在玻璃挡板的下游方向的进气道上设置有弧形的下游导流板；上游导流板的气体排出方向朝向着下游导流板的下表面，而气体喷头的气体喷出方向朝向着下游导流板的上表面；在下游导流板的下游侧还设置有切向流道，切向流道用于容纳下游导流板的切向流出的气体；在切向流道中，还设置有粗滤网，切向流道的另一端与转轮和上游导流板之间形成的空隙相连通；在位于切向流道的下游侧的进气道中，还设置有精密滤网，精密滤网的下游侧的进气道通过风机连接于吸风管道；还包括有中央控制单元，用于分析光电转换单元采集的进入空气中的颗粒大小的情况，当颗粒物的粒径大于阈值时，认定有大颗粒杂物进入气道，此时，中央控制单元发出指令使电磁阀打开，压力储气室中的高压气体从气体喷头中喷出。粗滤网和精密滤网的下方都与焊渣存储槽连通。还包括有气体泵，气体泵的进口端与精密滤网的下流侧的进气道连通，气体泵的出口端通过导管与压力储气室连通；在压力储气室中设置压力传感器，压力传感器与中央控制单元连接，当中央控制单元检测到压力储气室中的压力低于第一阈值时，中央控制单元命令气体泵开始工作，使压力储气室中的压力恢复至第二阈值之上；第二阈值大于第一阈值。粗滤网的材质是金属；精密滤网的材质是聚合物。本专利技术的第二个方面：一种进行管道焊接作业的工业机器人的自动控制方法，包括如下步骤：i)工业机器人在管道内部进行行进，并通过焊枪对管道内壁表面进行焊接作业；ii)当工业机器人运动至管道弯曲处时，主控制器使焊枪停停止工作，焊接段向弯曲处中继续行进，后位移记录单元开始记录中间段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离，当焊接段完全进入弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，后位移记录单元将记录的第一运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块向后运动第一运动距离之后，移动块逐步向前运动第一运动距离并同时进行焊接；接下来，主控制器使焊枪停止工作，并使工业机器人继续前进，前位移记录单元开始记录焊接段上的顶部支撑轮和侧支撑轮的运动距离，当中间段完全进入至弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，前位移记录单元将记录的第二运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块向后运动第二运动距离之后，移动块逐步向前运动第二运动距离并同时进行焊接；焊接完成后，工业机器人继续向前运行并同时继续焊接；iii)在工业机器人进行行进和焊接的过程中，除渣段吸入带有焊渣的空气，并经过过滤去除。在一个实施例中，除渣段的控制方法是：S1，通过风扇从吸风口进行吸风，带有焊渣的空气吸入进气道；S2，对进气道中吸入的气体采用精密滤网进行过滤，并将滤过气体依次通过吸风管道和排风口排出；S3，在进气道中通过光源和光电转换单元对吸入的气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，主要是由依次从前至后的焊接段（1）、中间段（2）、除焊渣段（3）所构成，焊接段（1）与中间段（2）之间通过前弯曲段（9）连接，中间段（2）与除焊渣段（3）之间通过后弯曲段（10）连接，前弯曲段（9）与后弯曲段（10）都可以自由弯曲；在焊接段（1）、中间段（2）、除焊渣段（3）上都设置有顶部支撑轮（4）和位于两侧的侧支撑轮（5），顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）与各段之间的连接部具有弹性；在焊接段（1）的底部设置有导轨（6），导轨（6）上设置有移动块（7），移动块（7）可以在导轨（6）上进行前后运动，在移动块（7）的底部还设置有焊枪（8），焊枪（8）用于对管道内壁进行焊接；在一个优选的实施方式中，还包括有：驱动装置，用于驱动顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的转动；前位移记录单元（11），用于记录焊接段（1）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离；后位移记录单元（12），用于记录中间段（2）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离；所述的前位移记录单元（11）和后位移记录单元中包括有旋转计数器；主控制器，用于根据前位移记录单元（11）和后位移记录单元（12）记录的数据来控制移动块（7）在导轨（6）上的运动以及焊枪（8）的工作。...

【技术特征摘要】
1.一种进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，主要是由依次从前至后的焊接段（1）、中间段（2）、除焊渣段（3）所构成，焊接段（1）与中间段（2）之间通过前弯曲段（9）连接，中间段（2）与除焊渣段（3）之间通过后弯曲段（10）连接，前弯曲段（9）与后弯曲段（10）都可以自由弯曲；在焊接段（1）、中间段（2）、除焊渣段（3）上都设置有顶部支撑轮（4）和位于两侧的侧支撑轮（5），顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）与各段之间的连接部具有弹性；在焊接段（1）的底部设置有导轨（6），导轨（6）上设置有移动块（7），移动块（7）可以在导轨（6）上进行前后运动，在移动块（7）的底部还设置有焊枪（8），焊枪（8）用于对管道内壁进行焊接；在一个优选的实施方式中，还包括有：驱动装置，用于驱动顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的转动；前位移记录单元（11），用于记录焊接段（1）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离；后位移记录单元（12），用于记录中间段（2）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离；所述的前位移记录单元（11）和后位移记录单元中包括有旋转计数器；主控制器，用于根据前位移记录单元（11）和后位移记录单元（12）记录的数据来控制移动块（7）在导轨（6）上的运动以及焊枪（8）的工作。2.根据权利要求1所述的进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，所述的工业机器人用于管道内部焊接；当工业机器人运动至管道弯曲处时，主控制器使焊枪停（8）停止工作，焊接段（1）向弯曲处中继续行进，后位移记录单元（12）开始记录中间段（2）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离，当焊接段（1）完全进入弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，后位移记录单元（12）将记录的第一运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块（7）向后运动第一运动距离之后，移动块（7）逐步向前运动第一运动距离并同时进行焊接；接下来，主控制器使焊枪（8）停止工作，并使工业机器人继续前进，前位移记录单元（11）开始记录焊接段（1）上的顶部支撑轮（4）和侧支撑轮（5）的运动距离，当中间段（2）完全进入至弯曲后的管道后，工业机器人停止前进，前位移记录单元（11）将记录的第二运动距离发送至主控制器，主控制器命令移动块（7）向后运动第二运动距离之后，移动块（7）逐步向前运动第二运动距离并同时进行焊接；焊接完成后，工业机器人继续向前运行并同时继续焊接。3.根据权利要求1所述的进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，在同一段上的顶部支撑轮（4）与侧支撑轮（5）相互之间在截面上为120°排列。4.根据权利要求1所述的进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，除焊渣段（3）用于在工业机器人焊接和行进的过程中同时清除生成的焊渣。5.根据权利要求4所述的进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，除渣段（3）上设置有吸风口（13）以及排风口（14），吸风口（13）和排风口（14）之间通过除焊渣模块（15）连接，除焊渣模块（15）是通过过滤的方式使焊渣清除。6.根据权利要求5所述的进行管道焊接作业的工业机器人，其特征在于，除焊渣模块（15）的结构中包括有：进气道（17），进气道（17）吸风口（13）连通；还设置有与进气道（17）相连通的吸风管道（16），吸风管道（16）与排风口（14）连通；进气道（17）的一侧设置有光源（29），在光源（29）的照射方向上的进气道（17）另一侧设置有光电转换单元（21），在光电转换单元（21）表面设有玻璃挡板（28）对镜头进行保护；在与玻璃挡板（28）在同一侧的进气道（17）的上游方向，设置有转轮（22），转轮（22）的外部设置有弧形的上游导流板（23），转轮在旋转后可以将空气从上游导流板（23）与转轮（22）之间的空隙向进气道（17）中排出；在光电转换单元（21）的下游方向的进气道（17）的另一侧，设置有气体喷头（19），其喷射方向朝向进气道（17），气体喷头（19）与压力储气室（20）连接，且气体喷头（19）上设置有电磁阀（31），电磁阀（31）用于控制气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：毛强平，
类型：发明
国别省市：江苏,32