爬行式焊接增材机器人

技术领域

本发明属于增材焊接领域，尤其涉及一种爬行式焊接增材机器人。

背景技术

目前国内外的焊接机器人可以归为两大类，一是采用直角坐标复合机构携带焊枪实现三至四自由度的焊接作业；二是采用多自由度机械臂携带焊枪实现三至四自由度的焊接作业。但现有焊接机器人组件部分结构固定，无法进行结构变换，不能满足狭小空间或复杂环境中的焊接需求。在对管道、特种车辆构件内部、箱体内部、轮船内部等内部空间狭小处进行焊接作业时，无法实现机器人焊接，需要人工作业。并且很多焊缝需要多种姿势焊接，例如平-侧-仰，焊接难度大。当管道、特种车辆构件、箱体、轮船等狭小内部空间出现损坏，必须进行修复。机器人进入狭窄空间运动位置受限，内部可达性差，必须要人工进入狭窄空间进行修复，操作非常困难。

当管道、特种车辆构件、箱体、轮船等内部空间出现损坏，需要修复时，必须要人工进入狭窄空间进行修复。由于狭小箱体内空间仄蔽，人员持焊枪也难以达到修复区域。并且修复的位置不同，需要人员进行仰焊、侧焊、立焊等高难度操作，人员操作环境非常恶劣，难以保证焊接工作高效进行。同时，增材修复时在狭小空间中弥漫大量粉尘，容易造成操作人员呼吸困难，危险性大。

发明内容

本发明目的在于提供一种爬行式焊接增材机器人,以解决狭小空间内人员操作难、可达性差、危险性大的技术问题。

为实现上述目的，本发明的爬行式焊接增材机器人的具体技术方案如下：

一种爬行式焊接增材机器人，其特征在于，包括丝盘、焊枪基座3、移动支撑腿4、主体箱5、能源装置7、支撑板8、万向轮9和驱动装置10；

所述机器人以四条移动支撑腿4运动，每条支撑腿由伸缩拉杆11和关节舵机12控制运动；所述移动支撑腿4安装在支撑板8四周；所述支撑板8上安装机器人主体箱5，所述机器人主体箱5内部设置空腔；所述机器人主体箱5内部空腔中设置能源装置7；所述支撑板8下方安装驱动装置10；所述机器人主体箱5上方设置有万向轮9；所述焊枪基座3安装在万向轮上，可通过万向轮进行旋转；所述丝盘安装在焊枪基座3上部，为焊枪供应丝材。

其中，所述能源装置7为电池。

其中，所述能源装置7为油箱和发电机组成的供电装置。

进一步地，所述机器人增材的能量方式包括氩弧、二氧化碳弧、PMIG、等离子弧、激光和电子束。

其中，所述焊枪基座3前端设置有焊丝及送丝机构6。

其中，所述机器人的背部装载激光器及水冷机。

进一步地，机器人的前端装载伸出操作机构，用于固定送丝机构和焊枪。

进一步地，机器人前端固定设置激光头和送丝装置。

进一步地，所述机器人上布置各个方向的摄像头。

进一步地，所述机器人的尺寸为10mm*10mm*10mm～30m*30m*30m之间的任意尺寸。

本发明的爬行式焊接增材机器人具有以下优点：可以替代操作人员进入管道、特种车辆构件、箱体、轮船等内部狭小空间进行增材焊接，解决狭小空间内人员操作难、可达性差、危险性大等风险，提高焊接、增材修复的效率和质量。

附图说明

图1为本发明的爬行式焊接增材机器人结构示意图；

图2为本发明的爬行式焊接增材机器人轴测图；

图3为本发明的爬行式焊接增材机器人平面示意图；

图中标记说明：1.焊枪线缆，2.焊枪，3.焊枪基座，4.移动支撑腿，5.主体箱，6.焊丝及送丝机构，7.能源装置，8.支撑板，9.万向轮，10.驱动装置，11.伸缩拉杆，12.关节舵机。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种爬行式焊接增材机器人做进一步详细的描述。

如图1-图3所示，本发明的爬行式焊接增材机器人，包括丝盘、焊枪2、焊枪基座3、移动支撑腿4、主体箱5、焊丝及送丝机构6、能源装置7、支撑板8、万向轮9、驱动装置10。

移动支撑腿4，机器人以四条移动支撑腿4运动，每条支撑腿由伸缩拉杆11和关节舵机12控制运动。

支撑板8，所述移动支撑腿4安装在支撑板8四周。

机器人主体箱5，所述支撑板8上安装机器人主体箱5，所述机器人主体箱5内部设置空腔。

能源装置7，所述机器人主体箱5内部空腔中设置能源装置7。

驱动装置10，所述支撑板8下方安装驱动装置10。

万向轮9，所述万向轮9设置在机器人主体箱5上部。

焊枪基座3，所述焊枪基座3安装在万向轮上，可通过万向轮进行旋转。

丝盘，所述丝盘安装在焊枪基座3上部，为焊枪供应丝材。

焊丝及送丝机构6，所述焊丝及送丝机构6设置在焊枪基座3前端。

机器人的供电方式可以自主选择，一种是内部供电，即电池供电或者发电机供电。机器人主体箱5内部空腔可装备电池，电池包括锂电池、酸电池或者铅电池。也可装备为油箱，携带发电机进行燃油供电。另一种为外部供电，即使用电线电缆连接机器人供电。

增材的能量方式包括氩弧、二氧化碳弧、PMIG、等离子弧、激光、电子束等。

使用氩弧、二氧化碳弧、MIG、等离子弧作为热源时，机器人背部装载焊机电源及送丝机，使用激光为热源时机器人的背部装载激光器及水冷机，当激光器为风冷型时则只装载激光器及相应光纤。

机器人的前端装载伸出操作机构，用于固定送丝机构和焊枪。当使用激光作为热源时，机器人前端用于固定激光头和送丝装置。

焊枪可选择包括MIG、TIG、CMT、单丝及双丝等离子等多种焊枪。

增材及焊接装置可以送丝或者送粉。可以焊接或的丝材直径为0.1mm-5mm。送丝速率为0-30m/min。送粉的直径包括5-1000μm。送粉效率为0-10kg/h。

送材料的方式包括同轴送丝、同轴送粉、旁轴送丝、旁轴送粉。

焊机的驱动电源设为5V-380V，可以增材的材料包括金属及非金属，包括纯铁、铁基合金、纯铝、铝合金、铜基合金、纯镁、镁合金、钴基合金、镍基合金、钨基合金等多种金属材料，非金属材料包括尼龙、树脂、陶瓷等。

爬行焊接增材机器人以移动支撑腿4进行运动，可以是金属也可以是非金属。

针对不同的应用环境，机器人设计及制造时尺寸变化，从10mm*10mm*10mm，可以扩展到30m*30m*30m之间的任意尺寸。

机器人上布置各个方向的摄像头，用于对空间上多角度的形貌进行实时观察。

其工作原理为：驱动装置可以驱动伸缩拉杆11与关节舵机12，使机器人移动支撑腿4可以前后摆动和弯曲。行进时，机器人关节舵机12运作，先将一条前支撑腿弯曲离地，伸缩拉杆11运动使支撑腿向前摆动至前方，关节舵机12随之运作使支撑腿伸直触地。随后将另一侧的后支撑腿弯曲离地，向前摆动至前方后伸直触地，之后依次将另外两条支撑腿移动至前方，完成行进动作。完成跳跃动作时，四条支撑腿的关节舵机12同时运作使四条支撑腿弯曲，随后前支撑腿关节舵机12率先运作，使机器人前支撑腿悬空，此时后支撑腿关节舵机12运作，将后支撑腿迅速伸直，此时由于惯性机器人可以向前跃起，在落地时四条支撑腿的关节舵机12相互协作使支撑腿弯曲，以缓冲机器人落地时对支撑腿的冲击力，防止损坏支撑腿。针对复杂崎岖不平场景，爬行机器人具备翻较大跃障碍及蹬梯等能力。行进至增材位置后按照增材模型进行增材作业，如在交叉面作业，可将部分支撑腿收起，以避免与工件的干涉。行进至增材位置后按照增材模型进行增材作业，通过旋转万向轮移动增材焊枪基座3，将焊枪送至增材起始坐标位置。增材开始后，焊丝经焊丝及送丝机构6和焊枪线缆1送至焊枪头，实现同步送丝。

虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。