一种自平衡式爬升环形机械焊接系统及方法与流程

本发明涉及焊接机器人，尤其涉及一种自平衡式爬升环形机械焊接系统及方法

背景技术：

1、高空焊接是一种在高空进行的焊接作业，它涉及到众多领域，如建筑、航空航天、桥梁、石油化工等。在高空焊接过程中，安全性至关重要。不仅要求焊接质量高，还要确保操作人员的人身安全，因此，在高空焊接中，还需采取一系列安全措施，以降低事故风险。

2、目前，钢结构主厂房立柱大多采用人工高空焊接作业；现有技术公开了一种工程机械焊接机器人，涉及到焊接机器人领域，包括操作台和焊接机器人本体，所述焊接机器人本体固定连接在操作台的上表面，所述操作台的中部开设有圆孔，所述圆孔的内壁上固定连接有固定环，所述固定环的内圈上固定连接有齿块，所述固定环的上下表面均开设有环槽，所述圆孔的内部设置有第一滑座和第二滑座，所述第一滑座的内部设置有齿轮，所述齿轮与齿块啮合连接，所述第一滑座的底部固定连接有第一电机，所述齿轮固定连接在第一电机的驱动轴上。该工程机械焊接机器人，通过多种调节方式实现对板材水平面任意位置进行焊接，无需将板材重新调整固定位置，能实现多角度的焊接，提高焊接效率。

3、可技术方案仍存在如下技术问题：(1)人工焊接容易出现气孔、夹渣、裂纹、未熔合等焊接缺陷，需要进行检测和修复，而且高空人工焊接危险性较大，生产效率不高；(2)现有机械焊接自动化程度较低，还需要人工调整焊接工艺参数，容易因操作失误导致焊接质量问题；(3)现有公开的焊接机器人焊接范围比较小，只可焊接小部件，不可外部作业且无法进行焊接质量检测；(4)现有公开的焊接机器人还需人工辅助，无法自行进行高空焊接工作。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，本系统采用两组相互独立的锥齿轮传动系统，并结合陀螺仪姿态反馈方法，实现同侧爬升轮的同步运转，解决了高空焊接平台自行爬升、爬升过程中平稳性难以保证的技术问题，有效提高了平台运动精度和稳定性。

2、第一方面，本发明提供一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，包括爬升环形平台和高空焊接单元，其特征在于，所述爬升环形平台包括两侧相互独立的爬升动力系统和设于底端的陀螺仪，所述动力系统一侧包括主电机，所述主电机的输出轴与第一锥形齿轮固定连接，所述第一锥形齿轮与第二锥形齿轮啮合传动连接，所述第二锥形齿轮通过第一传动杆与第三锥形齿轮同轴固定连接，所述第三锥形齿轮与第四锥形齿轮啮合传动连接，所述第四锥形齿轮通过第二传动杆与爬升轮同轴固定连接，另一侧爬升动力系统与左侧相似，本系统采用两组相互独立的锥齿轮传动系统，并结合陀螺仪姿态反馈方法，实现同侧爬升轮的同步运转，解决了高空焊接平台自行爬升、爬升过程中平稳性难以保证的技术问题，有效提高了平台运动精度和稳定性。

3、进一步地，所述爬升环形平台中部镂空，可固定在钢结构厂房立柱上。

4、进一步地，所述爬升环形平台表面设有环形齿块。

5、进一步地，所述焊接机器人本体下方安装齿槽，连接在爬升降式环形操作台表面上的环形齿块上。

6、进一步地，所述高空焊接单元包括机身、控制系统、传感器、执行器和焊接工具，共同构成一个完整的焊接机器人系统。

7、第二方面，本发明提供一种自平衡式爬升环形机械焊接方法，具体步骤如下；

8、s100、将爬升环形平台安装到钢结构厂房柱上，调整平台螺栓使爬升轮与厂房柱体全面接触；

9、s200、启动主电机，通过主电机转动输出动力带动第一锥形齿轮，第一锥形齿轮转动带动第二锥形齿轮，第二锥形齿轮转动带动第一传动杆，第一传动杆转动带动第三锥形齿轮，第三锥形齿轮转动带动第四锥形齿轮，第四锥形齿轮转动带动第二传动杆，第二传动杆转动带动爬升轮转动进行上下爬升运行；

10、s300、利用爬升降装置底端的陀螺仪检测反馈数据到电脑端，根据水平仪数据进行上下微调确保焊接质量；

11、s400、焊接机器人沿着环形齿槽对立柱环形全方位焊接、检测或修复。

12、进一步地，所述步骤s100包括，在爬升前，根据柱体大小进行调节爬升轮8，提供稳定的接触面积和摩擦力，使焊接机器人能够精确到达作业地点.

13、进一步地，所述步骤s400包括，在焊接过程中，控制系统会根据距离传感器捕获的焊缝距离，自动调整机械臂的末端至焊接位置并对连接缝进行焊接。

14、进一步地，所述步骤s400包括，在焊接过程中，控制系统还可以根据焊接环境的变化，自动调整焊接参数，以保证焊接质量。

15、本发明的有益效果：

16、1.提高焊接精度和稳定性：通过使用两组相互独立的锥齿轮传动系统，可以确保爬升平台的运动平稳，减少振动，这对于高空焊接作业至关重要；陀螺仪的姿态反馈提供了实时的水平调整，确保了焊接过程中平台的稳定性，从而提高了焊接接头的精度和质量；同侧爬升轮的同步运转保证了平台在爬升过程中的均匀上升，避免了倾斜和不稳定导致的焊接误差。

17、2.自动化焊接作业：高空焊接单元的集成设计，包括机身、控制系统、传感器、执行器和焊接工具，形成了一个闭环的自动化焊接系统；控制系统可以根据预设的程序自动进行焊接操作，减少了人为干预，提高了焊接的一致性和可重复性；自动化焊接作业减少了焊接缺陷的可能性，提高了整体作业的效率和质量。

18、3.降低安全风险：焊接机器人可以自动进行高空作业，工人无需直接暴露在高空环境中，从而减少了坠落和其他高空作业相关的安全风险；自动化焊接系统的使用减少了工人接触有害焊接环境(如弧光、烟尘和热量)的时间，提高了工作环境的安全性。

19、4.提高作业效率：自动化焊接过程可以连续进行，无需像人工焊接那样频繁休息，从而大大提高了作业效率；控制系统可以快速调整焊接参数，适应不同的焊接条件，减少了因参数调整而浪费的时间。

20、5.保证焊接质量：控制系统可以根据焊接过程中的实时反馈自动调整焊接参数，如电流、电压和焊接速度，以确保焊接质量；自动化系统减少了人为操作的不确定性，提高了焊接接头的质量和一致性；传感器和执行器的精确控制确保了焊接过程的稳定性和可预测性，从而提高了焊接质量的整体水平。

21、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

技术特征：

1.一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，包括爬升环形平台和高空焊接单元，其特征在于，所述爬升环形平台包括两侧相互独立的爬升动力系统和设于底端的陀螺仪，所述动力系统一侧包括主电机(1)，所述主电机(1)的输出轴与第一锥形齿轮(2)固定连接，所述第一锥形齿轮(2)与第二锥形齿轮(3)啮合传动连接，所述第二锥形齿轮(3)通过第一传动杆(4)与第三锥形齿轮(5)同轴固定连接，所述第三锥形齿轮(5)与第四锥形齿轮(6)啮合传动连接，所述第四锥形齿轮(6)通过第二传动杆(7)与爬升轮(8)同轴固定连接，另一侧爬升动力系统与左侧相似，本系统采用两组相互独立的锥齿轮传动系统，并结合陀螺仪姿态反馈方法，实现同侧爬升轮的同步运转，解决了高空焊接平台自行爬升、爬升过程中平稳性难以保证的技术问题，提高了平台运动精度和稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，其特征在于，所述爬升环形平台中部镂空，可固定在钢结构厂房立柱上。

3.根据权利要求2所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，其特征在于，所述爬升环形平台表面设有环形齿块。

4.据权利要求3所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，其特征在于，所述高空焊接单元本体下方设有齿槽，连接在爬升降式环形操作台表面的环形齿块上。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接系统，其特征在于，所述高空焊接单元包括机身、控制系统、传感器、执行器和焊接工具，共同构成一个完整的焊接机器人系统。

6.一种自平衡式爬升环形机械焊接方法，其特征在于，应用如权利要求1-5中任一项所述的爬升式环形机械焊接系统实现，具体步骤如下；

7.根据权利要求6所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接方法，其特征在于，所述步骤s100包括，爬升前，可根据据柱体大小进行调节爬升轮(8)，提供稳定的接触面积和摩擦力，使焊接机器人能够精确到达作业地点。

8.根据权利要求6所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接方法，其特征在于，所述步骤s400包括，在焊接过程中，控制系统会根据距离传感器捕获的焊缝距离，自动调整机械臂的末端至焊接位置并对连接缝进行焊接。

9.根据权利要求8所述的一种自平衡式爬升环形机械焊接方法，其特征在于，所述步骤s400包括，在焊接过程中，控制系统还可根据焊接环境的变化，自动调整焊接参数，保证焊接质量。

技术总结本发明公开了一种自平衡式爬升环形机械焊接系统及方法，包括辅助夹紧层、爬升环形平台和焊接单元。所述焊接单元机身下方安装齿槽连接在爬升降式装置平台上的环形齿块，所述爬升环形平台中部镂空可固定在立柱上，且底部两侧设置爬升轮，可进行上下爬升，所述辅助夹紧层处于爬升降式环形动力装置下方，用于进一步固定装置。本系统采用两组相互独立的锥齿轮传动系统，并结合陀螺仪姿态反馈方法，实现同侧爬升轮的同步运转，解决了高空焊接平台自行爬升、爬升过程中平稳性难以保证的技术问题，有效提高了平台运动精度和稳定性。技术研发人员：李富雨,张运祥,杨丰宁,孔天晟,郭晨受保护的技术使用者：中国一冶集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1