一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统技术方案

本实用新型专利技术属于机器人焊接技术领域，具体来说是一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统,包括机器人本体、控制系统和焊接系统，机器人本体、控制系统和焊接系统三者通过线缆连接；所述机器人本体为2台，机器人本体控制箱为2套，传感系统为2套，焊枪为2个；上述两套设备对称设置，所述2台机器人本体分别吸附在待焊接工件两侧。本实用新型专利技术的优点在于爬行装置采用接触式磁轮吸附和非接触式间隙吸附的复合方式，三轮结构，所有车轮均为驱动轮，采用冗余控制转向方式，依靠两后轮的差速及前轮的受控转向实现在导磁壁面上的转向，通过前轮转向角度的精确控制提高了爬壁机器人转向精度，运动灵活性好，可绕车体中心转向，最小转向半径为0，机器人可在导磁壁面可靠吸附并实现自主灵活移动。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人焊接
，具体来 说是一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统。
技术介绍
双面双弧焊接工艺是针对大型厚壁工件采用对称坡口双面同时施焊，相对于传统的大厚板非对称坡口，无需进行先焊面后热、后焊面气刨前预热、碳弧气刨、打磨、磁粉检验等多道中间施工工序，大大减轻了工人的劳动强度，显著提高焊接生产效率，缩短了施工周期，降低了生产成本。如专利申请号为CN200410082758. O,申请日为2004-11_8，名称为“双面双弧焊焊接方法”的专利技术专利，其技术方案为将待焊接的工件连接部位制作成双面焊接坡口 ；焊接前，对制成的双面焊接坡口及其两侧表面进行打磨，并清洗坡口及其两侧表面；首先以两台焊机的两个焊枪引出的两个独立电弧，分别在双面焊接坡口进行双面双弧对称打底焊接；打底焊接后再以两个独立电弧分别在双面焊接坡口进行双面双弧填充焊接。上述专利两台焊机的两个焊枪引出两个独立的电弧，分别在双面焊接坡口进行双面双弧打底和填充焊接。再如专利申请号为CN200910039788. 6，申请日为2009_5_26，名称为“立式双面双弧等离子对称焊接方法”的专利技术专利，其技术方案为将工件沿焊缝方向竖直放置，在工件正反两面两侧分别水平设置变极性等离子弧焊焊枪，和熔化极惰性气体保护焊焊枪或非熔化极惰性气体保护焊焊枪。上述专利给出了一种立式双面双弧等离子对称焊接方法，双面焊枪采用等离子和熔化极或非熔化极的焊接方法进行焊接，结合等离子弧和熔化极或非熔化极电弧的特点实现双面焊接过程。上述两种专利只给出了双面双弧的焊接方法。要实现双面双弧的焊接，靠人工手持焊枪很难保证焊接质量和焊接效率，同时增加了工人的焊接劳动强度。为提高生产效率和产品质量稳定性，改善工人劳动环境，降低劳动强度。焊接机器人系统一般由焊接承载机构、焊接系统、控制系统组成。承载机构又分为固定式工业机械手、轨道式小车、自主移动式机构；焊接系统由焊接电源、焊枪、保护气、送丝机构等组成；控制系统负责承载机构的运动、跟踪、焊接质量控制等。目前常用于自动化焊接的是轨道式机器人焊接系统，该系统由机器人运行轨道、机器人及焊接系统组成，使用时需要预先进行轨道铺设，仅适用于能够铺设轨道的直焊缝，并且轨道的柔性在一定范围内，无法适应焊缝形式的变换。清华大学开发了履带式磁吸附自主移动式焊接机器人，履带式吸附移动机构吸附可靠性好，但其转向性能受限，造成机器人系统全位置作业运动灵活性不足，作业位置调整困难。北京石油化工学院开发了磁轮式自主移动焊接机器人，其移动机构运动灵活性好，但是吸附能力差。本技术提出一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，结合双面双弧焊接工艺，给出自主移动式机器人本体、系统组成及系统控制。综上所述，现有的机器人或者是运动灵活性较好而负载能力差，或者是负载能力强而运动灵活性差，未能较好地解决机器人移动和吸附的矛盾，综合性能不好。
技术实现思路
本技术的目的是为克服已有技术在移动性和吸附能力两方面综合性能的不足，设计一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统。为实现上述目的，本技术的技术方案如下一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，包括机器人本体、控制系统和焊接系统，其特征在于 机器人本体包括爬行机构和操作机构所述爬行机构包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块、连接前后轮的车架和安装在车架上的电机驱动控制器，所述爬行机构为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用冗余控制转向方式实现在导磁壁面上的转向；操作机构安装在爬行机构上；·控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱和机器人主控系统；所述传感系统包括激光跟踪传感器、环境监控传感器和熔池监控传感器；焊接系统包括焊枪、焊接电源、送丝机、保护气、遥操作手控盒；机器人本体、控制系统和焊接系统三者通过线缆连接；所述机器人本体为2台，机器人本体控制箱为2套，传感系统为2套，焊枪为2个；上述两套设备对称设置，所述2台机器人本体分别吸附在待焊接工件两侧。两套焊接系统的设置并不是简单的将各自独立的焊接系统进行叠加，而是需要在控制箱内对两套焊机系统进行相应设置，使得两套系统能够配合完成焊接工作，而不是各自简单的独立工作并，但是上述控制箱内部做出的设置是则本领域技术人员所知晓的。所述驱动转向一体化磁轮装置的具体结构为后轮底盘为轭铁与环绕车轮安装在后轮底盘上的永磁体一起构成磁路的一部分，直流电机后接二级减速器带动车轮，所述二级减速器的第一级为行星齿轮减速器，第二级为涡轮蜗杆减速器，涡轮蜗杆减速器通过螺钉连接安装在后轮底盘上；直流无刷电机及行星齿轮减速器经过20齿直齿锥齿轮和40齿直齿锥齿轮传动带动锥齿轮轴旋转，锥齿轮轴再通过19齿圆柱齿轮和60齿圆柱齿轮传动带动转向轴旋转，转向轴与转向基础板通过螺钉联接固定；所述永磁间隙吸附装置环绕后轮，并且安装在底盘上，所述永磁间隙吸附装置和导磁壁面间是非接触的，通过调节底盘和导磁壁面之间的距离设定所述永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙，永磁间隙吸附装置包括12块沿厚度方向充磁的钕铁硼永磁体，每个后轮各布置6块永磁体,相邻永磁体的电极相异，N极和S极交错排列构成磁路。操作机构包括十字滑块和摆动器组成水平和垂直两个方向的两个自由度采用丝杠导轨，摆动器为步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器；所述的操作机构具体包括十字滑块横轴、十字滑块纵轴、连接臂、焊缝跟踪传感器连接件和摆动器连接件，十字滑块横轴与十字滑块纵轴是分别包括步进电机与精密滚珠丝杠导轨，焊缝跟踪传感器安装在连接件的前端，摆动器连接件安装在连接臂的端部，摆动机构安装在摆动器连接件上，摆动机构前端夹持焊枪，焊枪夹持及姿态调整机构。进一步的，所述底盘为低碳钢，作为轭铁与环绕车轮安装在后轮底盘上的永磁体一起构成磁路。机器人控制系统采用宏观遥控微观自主的控制方式，即操作者利用遥控手操盒控制2台机器人分别运动到起弧位置附近，再由机器人传感控制系统完成起始点位置的调整，最后由自主识别跟踪焊缝实现焊缝坡口中心点位置跟踪。机器人控制系统采用PCC或者其他工业PC作为主控系统，单台激光跟踪传感系统采集的坡口中心点偏差信号控制机器人本体和操作机构运动，2台机器人之间的配合由机器人主控制系统协调控制；焊接系统的控制包含起弧收弧等开关量控制、工艺参数设置。所述打底焊时2台机器人实施非对称焊接，填充焊时2台机器人对称焊接。所述驱动转向一体化磁轮具体结构为侧倾转轴一端安装在车体固定框架上，另一端转台下支撑板连接，转台上支撑板、转台支撑立柱和转台下支撑板连接，转台盖板与转台上支撑板连接，圆锥滚子轴承安装在两个支撑板上，转向轴支承在圆锥滚子轴承上，转向轴与60齿直齿齿轮连接，角度传感器输入轴与转向轴固接，角度传感器支撑杆与转台上支撑板连接，角度传感器与角度传感器支撑杆连接，转向电机安装板与转台上支撑板连接，转 ·向减速电机与转向电机安装板连接，20齿直齿锥齿轮固接在转向减速电机输出轴上，与之相啮合的40齿直齿锥齿轮连接安装在锥齿轮轴上，锥齿轮轴由安装在转台上支撑板的第一深沟球轴承支承，锥齿轮轴的另一侧与19齿直齿齿轮通过平键联接，19齿直齿齿轮与60齿直齿齿轮啮合，转向轴的下端与转向基板连接，车轮左侧安装板、车轮右侧安装板、驱动电机安装板与转向基板连接，驱动减速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，包括机器人本体（1）、控制系统和焊接系统，其特征在于：机器人本体（1）包括爬行机构（12）和操作机构（13）：所述爬行机构（12）包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块（21）、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块（24）、连接前后轮的车架（22）和安装在车架（22）上的电机驱动控制器（23），所述爬行机构（12）为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用冗余控制转向方式实现在导磁壁面上的转向；操作机构（13）安装在爬行机构（12）上；控制系统包括传感系统、机器人本体（1）控制箱和机器人主控系统；所述传感系统包括激光跟踪传感器（15）、环境监控传感器（17）和熔池监控传感器（16）；焊接系统包括焊枪（14）、焊接电源、送丝机、保护气、遥操作手控盒；机器人本体（1）、控制系统和焊接系统三者通过线缆连接；所述机器人本体（1）为2台，机器人本体（1）控制箱为2套，传感系统为2套，焊枪（14）为2个；上述两套设备对称设置，所述2台机器人本体（1）分别吸附在待焊接工件两侧。

【技术特征摘要】
1.一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，包括机器人本体(I)、控制系统和焊接系统，其特征在于 机器人本体(I)包括爬行机构(12)和操作机构(13):所述爬行机构(12)包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块(21)、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块(24)、连接前后轮的车架(22 )和安装在车架(22 )上的电机驱动控制器(23 )，所述爬行机构(12 )为三轮结构，三轮均为驱动轮，采用冗余控制转向方式实现在导磁壁面上的转向；操作机构(13)安装在爬行机构(12)上； 控制系统包括传感系统、机器人本体(I)控制箱和机器人主控系统；所述传感系统包括激光跟踪传感器(15)、环境监控传感器(17)和熔池监控传感器(16); 焊接系统包括焊枪(14)、焊接电源、送丝机、保护气、遥操作手控盒； 机器人本体(I)、控制系统和焊接系统三者通过线缆连接； 所述机器人本体(I)为2台，机器人本体(I)控制箱为2套，传感系统为2套，焊枪(14)为2个；上述两套设备对称设置，所述2台机器人本体(I)分别吸附在待焊接工件两侧。2.根据权利要求I所述的一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，其特征在于所述驱动转向一体化磁轮装置的具体结构为后轮底盘(52)为轭铁(40)与环绕车轮(53)安装在后轮底盘(52)上的永磁体(51) —起构成磁路的一部分，直流电机(56)后接二级减速器(58)带动车轮(53)，所述二级减速器(58)的第一级为行星齿轮减速器(55)，第二级为涡轮蜗杆减速器(54 )，涡轮蜗杆减速器(54 )通过螺钉连接安装在后轮底盘(52 )上；直流无刷电机(56)及行星齿轮减速器(55)经过20齿直齿锥齿轮(60)和40齿直齿锥齿轮(65)传动带动锥齿轮轴(64 )旋转，锥齿轮轴(64 )再通过19齿圆柱齿轮(63 )和60齿圆柱齿轮(62 )传动带动转向轴(61)旋转，转向轴(61)与转向基础板(59 )通过螺钉联接固定。3.根据权利要求2所述的一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，其特征在于所述永磁间隙吸附装置环绕后轮，并且安装在底盘(52)上，所述永磁间隙吸附装置和导磁壁面间是非接触的，通过调节底盘(52)和导磁壁面之间的距离设定所述永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙，永磁间隙吸附装置包括12块沿厚度方向充磁的钕铁硼永磁体(51)，每个后轮各布置6块永磁体(51),相邻永磁体(51)的电极相异，N极和S极交错排列构成磁路。4.根据权利要求3所述的一种自主移动式双面双弧焊接机器人系统，其特征在于操作机构(13)包括十字滑块和摆动器组成水平和垂直两个方向的两个自由度采用丝杠导轨，摆动器为步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器(58)； 所述的操作机构(13)具体包括十字滑块横轴(31)、十字滑块纵轴(32)、连接臂(33)、焊缝跟踪传感器(38)连接件(34)和摆动器连接件(35)，十字滑块横轴(31)与十字滑块纵轴(32)是分别包括步进电机与精密滚珠丝杠导轨，焊缝跟踪传感器(38)安装在连接件的前端，摆动器连接件(35)安装在连接臂(33)的端部，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董娜，桂仲成，盛仲曦，李永龙，姜周，徐立强，张帆，范传康，凌乐，吴建东，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
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