[发明专利]一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统

权利要求书

1.一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，包括机器人本体、控制系统和双丝焊接系统，其特征在于：

机器人本体包括爬行机构（6）和操作机构（1）：所述爬行机构（6）包括采用驱动转向一体化磁轮的前轮模块（17）、采用永磁间隙吸附装置的后轮模块（20）、连接前后轮的车架（18）和安装在车架（18）上的电机驱动控制器（19）；所述的操作机构（1）包括十字滑块和摆动机构（46），摆动机构（46）前端夹持双丝焊枪（3），水平和垂直两个方向的自由度由两个丝杠导轨组合单元组合而成的十字滑块实现，摆动机构（46）采用步进电机搭配蜗轮蜗杆减速器（28）；

控制系统包括传感系统、机器人本体控制箱（8）和机器人主控系统（15）；

双丝焊接系统包括双丝焊枪（3）、双丝焊接电源（12）、双丝送丝机（11）、保护气（13）和焊接冷却系统（14）；

机器人本体、控制系统和双丝焊接系统三者通过线缆（9）连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述前轮模块（17）和后轮模块（20）分别安装在车架（18）两端，在后轮模块（20）处设置有后轮底盘（22），后轮底盘（22）上设置有永磁体（21）；

前轮模块（17）为驱动转向一体化磁轮，包括永磁体（21）和车轮（23），前轮的永磁体（21）采用沿厚度方向磁化的环形永磁体（21）；后轮模块（20）采用永磁间隙吸附方式，包括永磁间隙吸附装置和车轮（23），永磁间隙吸附装置包括环绕车轮（23）安装在后轮底盘（22）上的永磁体（21），永磁间隙吸附装置环绕后轮安装在底盘（22）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（22）和导磁壁面之间的距离设定永磁吸附装置和导磁壁面间的气隙；

所述爬行机构（6）采用三轮结构，各车轮（23）均为驱动轮，依靠两后轮的差速及前轮的受控转向角实现在导磁壁面上的转向和直线运动。

3.根据权利要求2所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述的操作机构（1）包括十字滑块横轴（41）、十字滑块纵轴（42）、连接臂（43）、焊缝跟踪传感器（48）连接件（44）和摆动器连接件（45），十字滑块横轴（41）与十字滑块纵轴（42）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（48）安装在连接件的前端，摆动器连接件（45）安装在连接臂（43）的端部，摆动机构（46）安装在摆动器连接件（45）上，摆动机构（46）前端夹持双丝焊枪（3），双丝焊枪（3）夹持及姿态调整机构。

4.根据权利要求3所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述传感系统包括激光跟踪传感器（4）、环境监控传感器和熔池监控传感器（2），操作机构（1）及环境监控传感器安装在爬行机构（6）上，操作机构（1）末端安装激光跟踪传感器（4）、熔池监控传感器（2）和双丝焊枪（3），机器人本体控制箱（8）安装在爬行机构（6）上，机器人控制箱与主控系统通过电缆相连；所述焊接系统双丝焊接电源（12）、送丝机（11）、保护气（13）与机上部分的焊枪通过线缆（9）相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述的机器人控制系统的工作方式为：操作者利用遥控手操盒（16）控制机器人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或者工业PC作为主控系统，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；双丝焊接系统的控制包含开关量控制、工艺参数设置。

6.根据权利要求4所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述的机器人控制系统采用多自由度云台（7）实现宏观焊接环境的监控，完成焊前起始点宏观操作；采用熔池监控传感器（2）实现微观双丝焊枪的姿态调整，焊接过程的熔池监控。

7.根据权利要求6所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：所述机器人系统控制主机通过Device net与焊接电源进行通讯，通过主机控制界面完成焊接参数设置及焊接参数在线调整，控制焊接启动和停止。

8.根据权利要求2所述的一种用于中厚板焊接的自主移动式双丝焊机器人系统，其特征在于：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（31）支承在圆锥滚子轴承上，转向轴（31）与60齿直齿齿轮连接，角度传感器输入轴与转向轴（31）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（26）与转向电机安装板连接，20齿直齿锥齿轮（30）固接在转向减速电机（26）输出轴上，与之相啮合的40齿直齿锥齿轮（35）连接安装在锥齿轮轴（34）上，锥齿轮轴（34）由安装在转台上支撑板的第一深沟球轴承支承，锥齿轮轴（34）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（31）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，驱动减速电机（26）与驱动电机安装板连接，小同步带（27）轮轴与驱动减速电机（26）的输出轴固接，小同步带（27）轮通过平键联接安装在小同步带（27）轮轴上，前轮模块永磁体（21）和车轮轭铁（37）通过平键联接安装在车轮轴上，车轮轴通过第一深沟球轴承和第二深沟球轴承支承在车轮左侧安装板和车轮右侧安装板之间，大同步带（27）轮通过平键联接安装在车轮轴的另一侧，大同步带（27）轮和小同步带（27）轮之间由同步带（27）联接，张紧辊轮与张紧辊轮支撑杆之间通过螺钉连接，张紧辊轮支撑杆通过螺钉安装在车轮左侧安装板上，驱动减速电机（26）与车轮轴之间通过同步带（27）传动，转向驱动机构还包括转向轴（31），转向轴（31）下部安装有车轮驱动机构及滚轮，所述转向轴（31）线与车轮轴线垂直正交。