[发明专利]爬行焊接机器人辅助焊接装置、控制方法及其焊接方法

权利要求书

1.一种用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置，包括360°回转液压式曲臂升降机构总成控制作业操作间灵活移动到大型构件任意作业位置表面及周边，

作业操作间内设置的爬行焊接机器人、以及整机的电控设备、周边设备；

其特征在于，

所述电控设备包括组合总控操作台、爬行机器人系统控制器、移动行走曲臂升降平台控制器，

所述爬行机器人系统控制器通过EtherCat、GigE和CANopen分别与爬行机器人控制器、焊缝跟踪器控制器、焊机系统控制器实现控制信号传输与运行数据反馈；

所述爬行机器人控制器通过EtherCat与爬行机器人小车及各关节伺服实现控制信号传输与运行数据反馈，所述焊缝跟踪器控制器通过GigE与焊缝检测视觉传感器实现控制信号传输与运行数据反馈；

所述移动行走曲臂升降平台控制器，通过CANopen、RS485串口与移动行走机构控制器、曲臂升降机构控制器、作业操作间控制器互联，实现平台小车移动行走自锁、曲臂旋转、曲臂升降、作业操作间开合、作业操作间跟随爬行机器人间隙运动；

所述移动行走机构控制器通过WIFI/5G、CANopen与监控摄像头及作业间开合油缸实现控制信号传输与运行数据反馈；

所述曲臂升降机构控制器通过CANopen与曲臂转动及曲臂升降油缸、支腿油缸实现控制信号传输与运行数据反馈；

所述移动行走机构控制器通过CANopen与移动行走机构、驱动机构实现控制信号传输与运行数据反馈。

2.根据权利要求1所述用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置，其特征在于，所述360°回转液压式曲臂升降机构总成由设置在运载工具上的组合总控操作台、曲臂升降机构组成；所述曲臂升降机构采用三节液压折叠式工作臂刚性连接末端作业操作间；所述曲臂升降机构由组合总控操作台上通过第一枢轴枢接的焊接操作臂、焊接操作臂一端的端部通过第二枢轴枢接的第一曲臂组成；所述焊接操作臂与所述第一曲臂由气缸驱动。

3.根据权利要求1所述用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置，其特征在于，所述作业操作间与第二曲臂采用刚性连接，在作业操作间外侧设有活动连接桥，所述活动连接桥承载承担爬行焊接机器人与工件之间的平稳过渡，所述活动连接桥通过一组铰链和一对液压缸系统连接，保证爬行焊接机器人与工件表面过渡所需要的角度，活动连接桥正下方的第二曲臂上安装摄像机、所述作业操作间上设有焊接机器人用周边设备，所述周边设备包括焊接电源、送丝机焊丝桶、保护混合气、爬行机器人控制器及线缆卷扬机构，所述周边设备供电和通讯通过专用电缆从升降机构连接至下面底盘上的中继盒和组合总控操作台。

4.根据权利要求3所述用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置，其特征在于，所述爬行焊接机器人由永磁式四轮驱动的移动平台、移动平台上承载的六自由度焊接机械臂、焊接机械臂固设的支承架、支承架通过第三枢轴枢接第二曲臂、第二曲臂的另端通过第四枢轴枢接的第三曲臂、第三曲臂另端通过第五枢轴枢接的第一连接臂、第一连接臂通过第六枢轴枢接的第二连接臂、第二连接臂固设的焊枪、第二连接臂的端部固设的焊缝跟踪器、熔池监测相机组成；所述焊接用焊缝跟踪器安装在第二连接臂末端轴上，焊缝跟踪器中心线与所述第二连接臂末端轴上的焊枪中心线位于空间同一水平面上，相对位移固定不变；焊缝跟踪器对焊缝起止点自动寻位，实时将焊缝三维轨迹数据及焊缝宽度数据传输给爬行焊接机器人控制器，爬行机器人控制器对焊接电源构成的焊机系统、焊缝跟踪器、爬行机器人系统进行协同控制、作业任务路径规划、焊枪姿态生成、实时纠偏。

5.根据权利要求1所述用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置，其特征在于，所述爬行焊接机器人、移动行走装置、底盘、曲臂升降机构、作业操作间电连接；所述爬行焊接机器人用于同时跟踪熔池和焊后焊道质量检测，所需熔池监测摄像头和焊道检测设备安装在爬行机器人末端机械臂上且与所述爬行机器人控制器电连接，并通过以太网通讯将所采集图像和检测数据传输至底盘上主控操作台显示屏显示拍摄图像和分析数据；跟随运动是通过无线遥控终端或底盘上的组合总控操作台，根据爬行机器人行走距离和方向结合作业操作间监控摄像头进行控制。

6.一种用于全位置爬行焊接机器人的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴通过组合总控操作台和监控显示器及无线遥控终端，快速将作业操作间移动到工件起始作业位置附近，并通过末端监控摄像机和作业间开合油缸的控制活动连接桥到位；

⑵爬行作业机器人按照规划的无碰路径开始爬行作业，线缆卷扬机构自动放线，末端作业操作间根据作业情况需要，跟随爬行焊接机器人运动或者间隙式移动；

⑶焊缝跟踪传感器对焊缝起止点自动寻位，实时将焊缝三维轨迹数据及焊缝宽度数据传输给爬行焊接机器人控制器，爬行机器人控制器对焊接电源构成的焊机系统、焊缝跟踪器、爬行机器人系统进行协同控制、作业任务路径规划、焊枪姿态生成、实时纠偏；

⑷爬行机器人系统控制器与爬行机器人本体控制器、焊缝跟踪器控制器、焊机系统控制器分别采取EtherCat、GigE和CANopen实现控制信号传输与运行数据反馈；移动行走曲臂升降平台控制器通过CANopen、RS485串口与移动行走机构控制器、曲臂升降机构控制器、末端作业操作间控制器互联，实现平台小车移动行走自锁、曲臂旋转、曲臂升降、作业操作间开合、作业操作间跟随爬行机器人间隙运动；

⑸此时如爬行机器人系统或焊机系统出现异常有声光报警、或者根据任务需要跨越较大障碍物或者移动较大距离作业时爬行机器人系统或焊机系统自动中断焊接作业，爬行机器人按设置路径返回末端作业操作间，作业人员操作无线遥控终端将末端作业操作间快速移动到新的作业位置或中断作业位置重新开始作业。