[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

说明书

本发明涉及爬行焊接机器人辅助焊接装置、控制方法及其焊接方法。焊接装置，包括曲臂式升降机构总成控制作业操作间灵活的移动到大型构件任意作业位置表面及周边，作业操作间内设置有爬行焊接机器人、以及整机的电控设备、周边设备；曲臂式升降机构总成由设置在运载工具上的组合组合总控操作台、曲臂升降机构组成；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；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；各曲臂由气缸驱动。

技术领域

本发明属于智能焊接机器人技术领域，特别涉及一种用于全位置爬行焊接机器人辅助焊接装置、控制方法及其焊接方法。本发明是专门针对大型构件(如能源化工储罐、船舶、海工平台制造中)大型曲面现场实现快速部署实施作业的特种工程作业装备，系统集成具有路径规划、焊缝自动视觉识别、跟踪、控制功能的全位置爬行焊接机器人设备和可越障碍、大范围灵活移动的曲臂式升降装置。

背景技术

船舶海工、石化装备其特征是“重、大、结构复杂”，很多制造环节还是手工作业，有时还必须在现场作业，这其中又以焊接作业最为典型，此类部件是实现制造自动化的瓶颈。以石化典型设备大型球罐、大型圆柱储罐为例，目前完成此类焊接工作主要依赖于两种方式：一是搭架配合手工焊接；二是铺设焊接轨道，采用焊接小车进行焊接。第一种方式焊接工作效率低，焊缝一致性差，焊接质量不高，焊工劳动强度极高，工人高空作业安全性较低并且人工成本很高；第二种方式针对某些特定的焊缝，一定程度上能够比较有效地提高焊接效率和焊接质量，代替焊工，让焊工解放出来，但是也需要事先进行大量地铺设轨道、装吊焊接专机等等一系列焊接辅助性工作，大量的制造时间耗费在焊接辅助工作上，并且焊缝的针对性较强，适用面受限。因此，针对石化装备制造焊接中的上述这些问题，迫切需要一种能够广泛应用于上述大型结构件制造中大多数接缝焊接工作的智能无轨全位置移动焊接机器人，在无需铺设轨道或搭建脚手架，仅需少量人工协助的情况下，能自主导航识别焊缝和路径规划，完成球罐、圆柱储罐外表面中的横、纵接缝的焊接工作。

为提升制造水平、提高生产效率与质量，迫切要求实现大型结构件焊接等作业的自动化。但是，传统的工业机器人或专用自动化装备由于在移动灵活性和柔性(智能)等方面受局限，很难在这种场合应用，故迫切需要新的解决方案。解决这一问题的思路之一是采用比工件更大的自动化系统，但这种自动化系统的成本很高且适用的产品种类有限，因此，此类大型自动化系统竞争力较弱。爬行机器人可在工件表面全位置移动并能适应不同种类的工件，在作业灵活性和柔性等方面具备很大的优势且成本相对较低，因此其在能源石化大型钢结构件的焊接(包括打磨)、喷涂、无损检等作业中具有广阔的应用前景。

另一方面，能源化工设备往往都是重要的基础设施，一般均需要定期检修。以大型发电设备检修为例，这些设施的检修或者需要撘脚手架、或者需要把检修对象拆下来在车间内进行检修，这造成检修周期长。如果能够免除搭、拆脚手架或者拆卸安装检修对象的工序，能在现场完成检修，这可以减小非必须的辅助工序时间(拆卸、安装、调试等)，会产生巨大的济效益。另外，在某些场合下，由于环境的限制(如放射性的场所)，工人进行检修作业存在巨大的安全隐患。而由各式各样的爬壁机器人进行上述检修作业，不仅可以缩短检修周期、提高检修作业效率，也可以提升作业质量和保障作业安全。因此，从上述角度来说，爬行机器人在此类检修作业中应用前景广阔。