管道焊接机器人的制作方法
管道系统的焊接机器人。
背景技术：
管道是流体的常用运输方式之一，具有占地空间小、成本低等优点。管道系统的焊接式组合与焊接修复通常采用人工的方式，具有成本高、危险性大、管道内交错变化多，行走变道难，工作难度大等不足，而现有的焊接机器人又无法满足管道系统多样性的需求。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种管道焊接机器人，该装置结构简单、操作灵活，能够在管道系统内全方位自如运动，快速到达指定位置，执行焊接任务；该装置能够实现拐弯、换道等复杂运动，同时可以有效防止坠落，还能适应不同尺寸、不同横截面形状的管道焊接需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种管道焊接机器人，包括末端运动组件、车轮组合装置、车轮组伸缩摇摆组件、车轮组伸缩液压缸姿态调整组件以及可伸缩式焊枪组件；车轮组合装置将四组末端运动组件有机结合起来，组合成可以支撑管道内壁面并沿管道轴线运动的车轮组；车轮组伸缩液压缸姿态调整组件和六组车轮组伸缩摇摆组件组合成管道焊接机器人的主体姿态变换机构，车轮组伸缩摇摆组件末端连接车轮组，从而构成能够在管道系统内全方位自如运动的运动装置，快速到达指定工作位置；该运动装置结构简单、操作灵活，能够实现拐弯、换道等复杂运动，同时可以有效防止坠落，还能适应不同尺寸、不同横截面形状的管道需求；工作时，机器人的工作端车轮组收回，其余五组车轮组展开以稳定支撑机器人机体；车轮组伸缩摇摆组件、车轮组伸缩液压缸姿态调整组件以及可伸缩式焊枪组件组合成位置与姿态均可灵活调整的焊接装置，高效地执行焊接式组装与焊接修复等工作；
所述的末端运动组件包括车轮、车轮轴、车轮旋转从动链轮、轴套一、车轮轴旋转轴承、车轮轴旋转轴承定位件、轴套二、叉形车轮架、车轮旋转链条、车轮旋转电机固定件、车轮旋转双轴电机以及车轮旋转主动链轮；车轮与车轮轴通过花键连接，并经轴肩和轴套二轴向定位；车轮旋转从动链轮有两个，均与车轮轴键连接，其中一个经轴肩和轴套一轴向定位，另一个经轴套二和轴套一轴向定位；车轮轴旋转轴承定位件有两个，分别与叉形车轮架的两端螺栓连接；车轮轴旋转轴承有两个，其内圈与车轮轴末尾轴段紧配合，外圈与叉形车轮架和车轮轴旋转轴承定位件组合成的沉孔紧配合，并通过轴套一和叉形车轮架与车轮轴旋转轴承定位件组合成的沉孔壁面轴向定位；车轮旋转双轴电机通过叉形车轮架和车轮旋转电机固定件固定位置，两个电机输出轴均与车轮旋转主动链轮螺栓固定；车轮旋转从动链轮、车轮旋转链条、车轮旋转双轴电机以及车轮旋转主动链轮组合成齿形链同步传动装置，车轮旋转双轴电机输出轴的转动，经链传动转化为车轮轴绕其轴线的旋转运动，从而带动车轮绕其轴线转动；
所述的车轮组合装置包括车轮伸缩保持杆、车轮伸缩液压缸活塞杆、车轮伸缩液压缸缸筒以及车轮组合件；车轮伸缩保持杆、车轮伸缩液压缸活塞杆以及车轮伸缩液压缸缸筒均有四组，分别位于车轮组合件的上、下、左、右四个侧面；车轮伸缩液压缸缸筒与车轮组合件焊接在一起，车轮伸缩液压缸活塞杆与末端运动组件中的叉形车轮架焊接在一起；车轮伸缩保持杆一组两根，一端焊接在叉形车轮架两侧，另一端穿过车轮伸缩液压缸缸筒上的对应通孔，以防止车轮伸缩液压缸活塞杆相对于车轮伸缩液压缸缸筒的转动；从而构成上、下、左、右四个方位均有可伸缩末端运动装置的车轮组，以实现支撑管道内壁面并沿其轴线的直线运动，同时四组末端运动组件的伸缩运动相互独立，可满足不同横截面形状的管道需求；
所述的车轮组伸缩摇摆组件包括液压球铰一、车轮组伸缩保持杆、车轮组伸缩液压缸活塞杆以及车轮组伸缩液压缸缸筒；车轮组伸缩液压缸缸筒与液压球铰二的活动端焊接在一起，车轮组伸缩液压缸活塞杆与液压球铰一的活动端焊接在一起，液压球铰一的支座与车轮组合件螺栓固定；车轮组伸缩保持杆一组两根，一端焊接在车轮组伸缩液压缸活塞杆上，另一端穿过车轮组伸缩液压缸缸筒上的对应通孔，以防止车轮组伸缩液压缸活塞杆相对于车轮组伸缩液压缸缸筒的转动；从而构成能够带动车轮组伸缩以及绕液压球铰一球头中心点所在任意轴摇摆的车轮组伸缩摇摆组件，以协助实现机器人在拐弯、换道及工作过程中的姿态变换，同时能够有效防止机器人在运动过程中发生坠落现象；
所述的车轮组伸缩液压缸姿态调整组件包括机器人主体基座和液压球铰二；液压球铰二有六个，其支座分别通过螺栓固定在机器人主体基座的前、后、左、右、上、下六个方位；液压球铰二的活动端与车轮组伸缩液压缸缸筒的一端焊接，从而构成能够带动车轮组伸缩摇摆组件及车轮组绕液压球铰二球头中心点所在任意轴线摇摆的车轮组伸缩液压缸姿态调整组件，以适应多种夹角与方位情况下的拐弯及换道需求，并协助实现焊接机器人工作过程中焊枪的位姿变换；
所述的可伸缩式焊枪组件包括焊枪、直线电机以及焊枪固定件；直线电机与车轮组合件螺栓固定，其输出轴通过焊枪固定件和螺栓组与焊枪固定；直线电机输出轴带动焊枪沿其轴线运动，从而组合成可伸缩的焊枪结构，在运动时缩回以免损坏，工作时伸出，并结合车轮组伸缩摇摆组件和车轮组伸缩液压缸姿态调整组件灵活调整焊枪的位置与姿态，实现高效率的管道焊接。
所述的液压球铰一和液压球铰二采用市面上标准的液压球铰结构，其活动端在支座内部多个液压力的驱动下能够绕球头中心点所在的任意轴摇摆。
所述的叉形车轮架、车轮组合件以及机器人主体基座采用铸造工艺制作而成。
所述的车轮伸缩液压缸活塞杆、车轮伸缩液压缸缸筒、车轮组伸缩液压缸活塞杆以及车轮组伸缩液压缸缸筒采用市面上常见的液压缸结构，并对末端进行相应处理以满足要求。
所述的焊枪固定件采用钢板折弯而成。
本发明是一种管道焊接机器人，该装置结构简单、操作灵活，能够在管道系统内全方位自如运动，快速到达指定位置，执行焊接任务；该装置能够实现拐弯、换道等复杂运动，同时可以有效防止坠落，还能适应不同尺寸、不同横截面形状的管道焊接需求，本发明的焊接有6组，安装在车轮组合装置外侧，能够可以不同位置的使用各种位置的焊枪，适应力及其位置调整力很强，车轮组合装置与车轮组伸缩摇摆组件组成的伸缩敢提即作为车轮支撑又作为焊枪固定，使得当焊枪不工作时即车轮支撑杆，当焊枪工作时即为焊枪臂，灵活自如，能够完成各种管道的焊接任务。
附图说明
图1为本发明实施例提供的管道焊接机器人原理示意图；
图中：1、末端运动组件，2、车轮组合装置，3、车轮组伸缩摇摆组件，4、车轮组伸缩液压缸姿态调整组件，5、可伸缩式焊枪组件。
图2为本发明实施例提供的末端运动组件原理示意图；
图中：1.1、车轮，1.2、车轮轴，1.3、车轮旋转从动链轮，1.4、轴套一，1.5、车轮轴旋转轴承，1.6、车轮轴旋转轴承定位件，1.7、轴套二，1.8、叉形车轮架，1.9、车轮旋转链条，1.10、车轮旋转电机固定件，1.11、车轮旋转双轴电机，1.12、车轮旋转主动链轮。
图3为本发明实施例提供的车轮组合装置原理示意图；
图中：2.1、车轮伸缩保持杆，2.2、车轮伸缩液压缸活塞杆，2.3、车轮伸缩液压缸缸筒，2.4、车轮组合件。
图4为本发明实施例提供的车轮组伸缩摇摆组件原理示意图；
图中：3.1、液压球铰一，3.2、车轮组伸缩保持杆，3.3、车轮组伸缩液压缸活塞杆，3.4、车轮组伸缩液压缸缸筒。
图5为本发明实施例提供的车轮组伸缩液压缸姿态调整组件原理示意图；
图中：4.1、机器人主体基座，4.2、液压球铰二。
图6为本发明实施例提供的可伸缩式焊枪组件原理示意图；
图中：5.1、焊枪，5.2、直线电机，5.3、焊枪固定件。
图7为本发明实施例提供的管道焊接机器人拐弯原理示意图。
图8为本发明实施例提供的管道焊接机器人换道原理示意图。
图9为本发明实施例提供的管道焊接机器人防坠原理示意图。
图10为本发明实施例提供的管道焊接机器人工作状态示意图。
图11为本发明实施例提供的管道焊接机器人的车轮组和焊枪运动状态示意图。
图12为本发明实施例提供的管道焊接机器人的车轮组和焊枪工作状态示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人原理示意图，它包括末端运动组件1、车轮组合装置2、车轮组伸缩摇摆组件3、车轮组伸缩液压缸姿态调整组件4以及可伸缩式焊枪组件5；车轮组合装置2将四组末端运动组件1有机结合起来，组合成可以支撑管道内壁面并沿管道轴线运动的车轮组；车轮组伸缩液压缸姿态调整组件4和六组车轮组伸缩摇摆组件3组合成管道焊接机器人的主体姿态变换机构，车轮组伸缩摇摆组件3末端连接车轮组，从而构成能够在管道系统内全方位自如运动的运动装置，快速到达指定工作位置；该运动装置结构简单、操作灵活，能够实现拐弯、换道等复杂运动，同时可以有效防止坠落，还能适应不同尺寸、不同横截面形状的管道需求；工作时，机器人的工作端车轮组收回，其余五组车轮组展开以稳定支撑机器人机体；车轮组伸缩摇摆组件3、车轮组伸缩液压缸姿态调整组件4以及可伸缩式焊枪组件5组合成位置与姿态均可灵活调整的焊接装置，高效地执行焊接式组装与焊接修复等工作；
请参阅图2，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的末端运动组件原理示意图，它包括车轮1.1、车轮轴1.2、车轮旋转从动链轮1.3、轴套一1.4、车轮轴旋转轴承1.5、车轮轴旋转轴承定位件1.6、轴套二1.7、叉形车轮架1.8、车轮旋转链条1.9、车轮旋转电机固定件1.10、车轮旋转双轴电机1.11以及车轮旋转主动链轮1.12；车轮1.1与车轮轴1.2通过花键连接，并经轴肩和轴套二1.7轴向定位；车轮旋转从动链轮1.3有两个，均与车轮轴1.2键连接，其中一个经轴肩和轴套一1.4轴向定位，另一个经轴套二1.7和轴套一1.4轴向定位；车轮轴旋转轴承定位件1.6有两个，分别与叉形车轮架1.8的两端螺栓连接；车轮轴旋转轴承1.5有两个，其内圈与车轮轴1.2末尾轴段紧配合，外圈与叉形车轮架1.8和车轮轴旋转轴承定位件1.6组合成的沉孔紧配合，并通过轴套一1.4和叉形车轮架1.8与车轮轴旋转轴承定位件1.6组合成的沉孔壁面轴向定位；车轮旋转双轴电机1.11通过叉形车轮架1.8和车轮旋转电机固定件1.10固定位置，两个电机输出轴均与车轮旋转主动链轮1.12螺栓固定；车轮旋转从动链轮1.3、车轮旋转链条1.9、车轮旋转双轴电机1.11以及车轮旋转主动链轮1.12组合成齿形链同步传动装置，车轮旋转双轴电机1.11输出轴的转动，经链传动转化为车轮轴1.2绕其轴线的旋转运动，从而带动车轮1.1绕其轴线转动；
所述的叉形车轮架1.8采用铸造工艺制作而成。
请参阅图3，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的车轮组合装置原理示意图，它包括车轮伸缩保持杆2.1、车轮伸缩液压缸活塞杆2.2、车轮伸缩液压缸缸筒2.3以及车轮组合件2.4；车轮伸缩保持杆2.1、车轮伸缩液压缸活塞杆2.2以及车轮伸缩液压缸缸筒2.3均有四组，分别位于车轮组合件2.4的上、下、左、右四个侧面；车轮伸缩液压缸缸筒2.3与车轮组合件2.4焊接在一起，车轮伸缩液压缸活塞杆2.2与末端运动组件1中的叉形车轮架1.8焊接在一起；车轮伸缩保持杆2.1一组两根，一端焊接在叉形车轮架1.8两侧，另一端穿过车轮伸缩液压缸缸筒2.3上的对应通孔，以防止车轮伸缩液压缸活塞杆2.2相对于车轮伸缩液压缸缸筒2.3的转动；从而构成上、下、左、右四个方位均有可伸缩末端运动装置的车轮组，以实现支撑管道内壁面并沿其轴线的直线运动，同时四组末端运动组件1的伸缩运动相互独立，可满足不同横截面形状的管道需求；
所述的车轮组合件2.4采用铸造工艺制作而成；
所述的车轮伸缩液压缸活塞杆2.2和车轮伸缩液压缸缸筒2.3采用市面上常见的液压缸结构，并对末端进行相应处理以满足要求。
请参阅图4，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的车轮组伸缩摇摆组件原理示意图，它包括液压球铰一3.1、车轮组伸缩保持杆3.2、车轮组伸缩液压缸活塞杆3.3以及车轮组伸缩液压缸缸筒3.4；车轮组伸缩液压缸缸筒3.4与液压球铰二4.2的活动端焊接在一起，车轮组伸缩液压缸活塞杆3.3与液压球铰一3.1的活动端焊接在一起，液压球铰一3.1的支座与车轮组合件2.4螺栓固定；车轮组伸缩保持杆3.2一组两根，一端焊接在车轮组伸缩液压缸活塞杆3.3上，另一端穿过车轮组伸缩液压缸缸筒3.4上的对应通孔，以防止车轮组伸缩液压缸活塞杆3.3相对于车轮组伸缩液压缸缸筒3.4的转动；从而构成能够带动车轮组伸缩以及绕液压球铰一3.1球头中心点所在任意轴摇摆的车轮组伸缩摇摆组件3，以协助实现机器人在拐弯、换道及工作过程中的姿态变换，同时能够有效防止机器人在运动过程中发生坠落现象；
所述的液压球铰一3.1采用市面上标准的液压球铰结构，其活动端在支座内部多个液压力的驱动下能够绕球头中心点所在的任意轴摇摆。
所述的车轮组伸缩液压缸活塞杆3.3和车轮组伸缩液压缸缸筒3.4采用市面上常见的液压缸结构，并对末端进行相应处理以满足要求。
请参阅图5，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的车轮组伸缩液压缸姿态调整组件原理示意图，它包括机器人主体基座4.1和液压球铰二4.2；液压球铰二4.2有六个，其支座分别通过螺栓固定在机器人主体基座4.1的前、后、左、右、上、下六个方位；液压球铰二4.2的活动端与车轮组伸缩液压缸缸筒3.4的一端焊接，从而构成能够带动车轮组伸缩摇摆组件3及车轮组绕液压球铰二4.2球头中心点所在任意轴线摇摆的车轮组伸缩液压缸姿态调整组件4，以适应多种夹角与方位情况下的拐弯及换道需求，并协助实现焊接机器人工作过程中焊枪5.1的位姿变换；
所述的机器人主体基座4.1采用铸造工艺制作而成；
所述的液压球铰二4.2采用市面上标准的液压球铰结构，其活动端在支座内部多个液压力的驱动下能够绕球头中心点所在的任意轴摇摆。
请参阅图6，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的可伸缩式焊枪组件原理示意图，它包括焊枪5.1、直线电机5.2以及焊枪固定件5.3；， 直线电机5.2与车轮组合件2.4螺栓固定，其直线电机5.2的输出轴的一端部通过焊枪固定件5.3和螺栓组与焊枪5.1固定；直线电机5.2的输出轴带动焊枪5.1沿其轴线运动，从而组合成可伸缩的焊枪结构，在运动时缩回以免损坏，工作时伸出，并结合车轮组伸缩摇摆组件3和车轮组伸缩液压缸姿态调整组件4灵活调整焊枪的位置与姿态，实现高效率的管道焊接；
所述的焊枪固定件5.3采用钢板折弯而成。
请参阅图7，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的拐弯原理示意图。
请参阅图8，本装置还能够十分方便的穿过交叉管道，比如相互垂直的两个管道交叉的四通管道，完成这种交叉倾斜角度的主动变道，行进自由。
请参阅图9，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的防坠原理示意图。
请参阅图10，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的工作状态示意图。
请参阅图11，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的车轮组和焊枪运动状态示意图。
请参阅图12，是本发明实施例提供的一种管道焊接机器人的车轮组和焊枪工作状态示意图。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。