天然氣輸送管道智能鋪設機器人制造技術

本發明專利技術公開了一種天然氣輸送管道智能鋪設機器人及其自動連續鋪設管道的作業方法，其中作業機器人包括平臺、主機架、操作室、導航分系統、管件抓取輸送分系統、管件端面預處理分系統、在線測量分系統、管件支撐分系統、焊接及其質量檢查分系統和控制系統；作業方法為先探測抓取管件，再對管件進行坡口加工，對當前管件與前一個管件進行焊接端面的匹配，然后下方管件，對兩個管件進行微調固接，最后對兩個管件進行焊接，本發明專利技術的天然氣管道鋪設智能化、系統化所具備的環保、節時和高效優勢明顯,人員占用少，勞動強度小，工作效率高，鋪設周期短、鋪設成本低。

【技術實現步驟摘要】
天然氣輸送管道智能鋪設機器人
本專利技術涉及一種管道鋪設設備，尤其是一種天然氣輸送管道智能鋪設機器人。
技術介紹
開發利用新興能源，提高資源綜合利用效率，是我國能源工業能否持續支撐國家現代化建設的關鍵所在,無論從目前國家的資源配置、可持續發展對環境保護的要求、以及國家地緣政治的現實狀況，天然氣無疑是目前最理想、最切實際、最具前途的新興能源,隨著我國的社會進步和經濟發展，天然氣成為主要能源將是一個必然的趨勢,,目前直徑1.0米以上的金屬管道的鋪設基本都是半機械化的，挖掘、鋪設、焊接、測量、監察、檢測、填埋各系統各自獨立，需要人為協調、指揮，自動化程度低，人員占用多，勞動強度大，自然環境、焊接環境惡劣、輸送效率低，鋪設周期長、鋪設成本高。因此在這些長距離大口徑管線建設中采用自動化鋪設技術已勢在必行，一套合適的設計方案對油氣管道的鋪設具有重大意義。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是提供一種自動化程度高的天然氣輸送管道智能鋪設機器人。為了解決上述技術問題，本專利技術的天然氣輸送管道智能鋪設機器人包括平臺、主機架、操作室、導航分系統、管件抓取輸送分系統、管件端面預處理分系統、在線測量分系統、管件支撐分系統、焊接及其質量檢查分系統和控制系統；所述平臺底部設有用于移動的履帶所述主機架能夠相對平臺Z向水平移動；所述操作室設置在平臺上；所述導航分系統用于對施工現場進行定位，以保證整個機器人按照規劃線路進行施工；所述管件抓取輸送分系統用于抓取管件并將管件送至溝槽內，該管件抓取輸送分系統包括安裝在主機架上的兩個能夠實現X向水平移動的機械臂、分別安裝在兩個機械臂端部的兩個伸縮裝置以及用于抓取管件的兩個抓手，所述兩個抓手分別安裝在兩個伸縮裝置輸出端且該兩個抓手能夠Y向豎直移動；所述管件端面預處理分系統用于對管件兩端進行坡口加工，該管件端面預處理分系統包括能夠自主轉動并對稱安裝在平臺上且用于固定管件的兩個漲緊機構、能夠轉動地安裝在兩個漲緊機構上且用于對管件兩端進行坡口加工的多個刀具以及可收放的安裝在平臺上且用于頂起管件的多個支撐輪，所述兩個漲緊機構能夠相對伸縮，該兩個漲緊機構插進管件兩端內孔并漲緊固定，且兩個漲緊機構的轉動能夠帶動管件一起轉動；所述在線測量分系統在端面預處理分系統對管件的兩個端面處理的同時進行同步測量，分別測量管件每個端面的幾何尺寸及其位置坐標，并將測量數據發送至所述控制系統，控制系統對最終測量數據進行分析，篩選出最大壁厚和最小壁厚尺寸數據，并追蹤其位置坐標記錄在控制系統中，在管件上分別做出明顯標示兩端各自最大、最小壁厚位置，控制系統再驅動管件端面預處理系統兩端的漲緊機構旋轉停止時，當前管件的當前焊接端面與前一件管件的當前焊接端面按照重合面積最大原則進行匹配；所述管件支撐分系統用于支撐已放入至溝槽內的管件，該管件支撐分系統包括托起在管件中部的中間支撐組件和能夠升降且用于鎖緊固定在管件前端的吊鉤組件，所述中間支撐組件可收放的安裝在平臺底盤中部，所述吊鉤組件上端通過一滑行機構與平臺底盤連接，下端設有一能夠插入到管件內孔中并鎖定管件的卡緊塊，在滑行機構和卡緊塊之間設有一伸縮桿，所述伸縮桿上還設有用于檢查當前管件姿態的第一攝像測量裝置，所述第一攝像測量裝置的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制驅動所述吊鉤組件在X向和Z向移動，對當前管件姿態進行微調直至符合管道鋪設規范；所述焊接及其質量檢查分系統，其可收放的安裝在平臺底盤后端且用于焊接當前管件和前一件管件間的連接處，該焊接及其質量檢查分系統包括焊接組件A和焊接組件B，所述焊接組件A和焊接組件B均為環體結構，該焊接組件A和焊接組件B內環周向分別設有多個滾動支架，每個滾動支架底部安裝有滾輪和用于吸附在管件上的第一電磁吸盤，所述焊接組件A上設有環形導軌裝置，所述環形導軌裝置上安裝有多個焊機行走機構，每個所述焊機行走機構上分別設有一用于焊接當前管件和前一件管件連接處的焊槍和一用于對焊縫進行檢查的無損探傷監測裝置，所述焊接組件A上還設有多個能夠伸縮的拉桿，其中拉桿的外端固定有一個長圓結構，拉桿伸出長圓結構插入到焊接組件B上相應形狀的槽孔內，再旋轉拉桿90°，拉桿上的長圓結構與焊接組件B上的槽孔孔型呈十字交叉狀態后回收鎖緊以將焊接組件A和焊接組件B固接在在一起，所述焊接組件B上還設有一用于測定焊接組件B和管件位置的第二攝像測量裝置，所述第二攝像測量裝置的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制焊接組件B鎖定管件；所述控制系統用于控制整個機器人的作業動作。所述履帶數量為兩條且兩條履帶分置在平臺底部兩側。所述履帶數量為四條且四條履帶分置在平臺底部的四個角落，所述平臺能夠相對四條履帶升降，每個所述履帶均可實現轉向。所述平臺上還設有能夠升降的居住室。所述導航分系統采用北斗導航系統或GPS導航系統或格洛納斯導航系統或伽利略導航系統。每個所述伸縮裝置上分別設有一用于探測管件的探測器，以保證兩個抓手能夠準確的獲取管件。每個所述漲緊機構分別包括胎具架、通過滾動軸承套裝在胎具架外部的回轉漲胎套、分別通過一彈漲臂周向固接在回轉漲胎套端部的多個錐形漲緊塊以及與錐形漲緊塊配合使用且用于漲起錐形漲緊塊的錐塞，所述胎具架通過支撐導柱與一動力氣缸輸出端連接以實現胎具架的伸縮運動，所述回轉漲胎套外部設有一大齒輪，該大齒輪與一電機輸出端的齒輪嚙合以實現回轉漲胎套能夠相對胎具架轉動并帶動管件轉動，所述錐塞中部通過推力軸承與一油缸輸出桿能夠相對轉動地連接，該錐塞在油缸輸出桿的帶動下能夠做伸縮運動以實現對錐形漲緊塊的漲起和復位。所述中間支撐組件底部設有一承載塊，所述承載塊上部形成有與管件貼合的半圓形凹槽，下部設有一行走輪，所述承載塊兩側分別豎直固接有一連接桿，兩個所述連接桿上端分別與平臺底盤鉸接，且兩個所述連接桿上部還分別通過一絲杠與平臺底盤連接，以實現中間支撐組件的收放。所述焊接組件A兩側分別豎直固接有一豎直桿，兩個所述豎直桿上端分別與平臺底盤鉸接，且兩個所述豎直桿上部還分別通過一氣缸與平臺底盤連接，以實現焊接及其質量檢查分系統的收放，所述焊接組件A底部還設有一轉動輪。一種通過所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人實現的自動連續鋪設管道的作業方法，包括如下步驟：1)機器人移動至已挖好的土方作業面上，根據相關設計規劃導航分系統做精確定位,挖掘設備繼續挖掘一個管件長度的溝槽，然后放出伸縮支撐臂,收起履帶；2)機器人主機架上的中間支撐組件和焊接及其質量檢查分系統首先支起，直至與平臺平面垂直；主機架上的管件抓取輸送分系統中的探測器探測管件的位置并反饋給控制系統，控制系統驅動管件抓取輸送分系統的兩個抓手抓起該管件，并在控制系統的控制下自動完成起吊、橫向運送到機器人平臺上指定的管件端面預處理分系統的位置；3)管件端面預處理分系統上的兩個漲緊機構對管件的兩個端面同時進行漲進定位，兩個抓手退出收起，平臺上的支撐輪頂起，以保持管件水平方向撓度為，然后進行銑車平面、銑車坡口、磨削邊角毛刺作業，端面加工完成后平臺上的支撐輪收回；4)在管件端面預處理分系統對管件進行加工的同時，在線測量分系統對管件進行端面機器視覺拍照測量尺寸，分別檢出兩端的最大直徑和最小直徑，并對兩端的最大和最小直徑的數值及所在位置做出標本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：包括平臺、主機架(1)、操作室、導航分系統、管件抓取輸送分系統(3)、管件端面預處理分系統(4)、在線測量分系統、管件支撐分系統、焊接及其質量檢查分系統(5)和控制系統；所述平臺底部設有用于移動的履帶(6)；所述主機架(1)能夠相對平臺Z向水平移動；所述操作室設置在平臺上；所述導航分系統用于對施工現場進行定位，以保證整個機器人按照規劃線路進行施工；所述管件抓取輸送分系統(3)用于抓取管件并將管件送至溝槽內，該管件抓取輸送分系統(3)包括安裝在主機架(1)上的兩個能夠實現X向水平移動的機械臂(301)、分別安裝在兩個機械臂(301)端部的兩個伸縮裝置(302)以及用于抓取管件的兩個抓手(303)，所述兩個抓手(303)分別安裝在兩個伸縮裝置(302)輸出端且該兩個抓手(303)能夠Y向豎直移動；所述管件端面預處理分系統(4)用于對管件兩端進行坡口加工，該管件端面預處理分系統(4)包括能夠自主轉動并對稱安裝在平臺上且用于固定管件的兩個漲緊機構、能夠轉動地安裝在兩個漲緊機構上且用于對管件兩端進行坡口加工的多個刀具以及可收放的安裝在平臺上且用于頂起管件的多個支撐輪(402)，所述兩個漲緊機構能夠相對伸縮，該兩個漲緊機構插進管件兩端內孔并漲緊固定，且兩個漲緊機構的轉動能夠帶動管件一起轉動；所述在線測量分系統在端面預處理分系統對管件的兩個端面處理的同時進行同步測量，分別測量管件每個端面的幾何尺寸及其位置坐標，并將測量數據發送至所述控制系統，控制系統對最終測量數據進行分析，篩選出最大壁厚和最小壁厚尺寸數據，并追蹤其位置坐標記錄在控制系統中，在管件上分別做出明顯標示兩端各自最大、最小壁厚位置，控制系統再驅動管件端面預處理系統兩端的漲緊機構旋轉停止時，當前管件的當前焊接端面與前一件管件的當前焊接端面按照重合面積最大原則進行匹配；所述管件支撐分系統用于支撐已放入至溝槽內的管件，該管件支撐分系統包括托起在管件中部的中間支撐組件(7)和能夠升降且用于鎖緊固定在管件前端的吊鉤組件(8)，所述中間支撐組件(7)可收放的安裝在平臺底盤中部，所述吊鉤組件(8)上端通過一滑行機構與平臺底盤連接，下端設有一能夠插入到管件內孔中并鎖定管件的卡緊塊(801)，在滑行機構和卡緊塊(801)之間設有一伸縮桿，所述伸縮桿上還設有用于檢查當前管件姿態的第一攝像測量裝置，所述第一攝像測量裝置的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制驅動所述吊鉤組件(8)在X向和Z向移動，對當前管件姿態進行微調直至符合管道鋪設規范；所述焊接及其質量檢查分系統(5)，其可收放的安裝在平臺底盤后端且用于焊接當前管件和前一件管件間的連接處，該焊接及其質量檢查分系統(5)包括焊接組件A(501)和焊接組件B(502)，所述焊接組件A(501)和焊接組件B(502)均為環體結構，該焊接組件A(501)和焊接組件B(502)內環周向分別設有多個滾動支架(503)，每個滾動支架(503)底部安裝有滾輪和用于吸附在管件上的第一電磁吸盤(504)，所述焊接組件A(501)上設有環形導軌裝置(505)，所述環形導軌裝置(505)上安裝有多個焊機行走機構(506)，每個所述焊機行走機構(506)上分別設有一用于焊接當前管件和前一件管件連接處的焊槍(507)和一用于對焊縫進行檢查的無損探傷監測裝置(508)，所述焊接組件A(501)上還設有多個能夠伸縮的拉桿(509)，其中拉桿(509)的外端固定有一個長圓結構，拉桿(509)伸出長圓結構插入到焊接組件B(502)上相應形狀的槽孔內，再旋轉拉桿(509)90°，拉桿(509)上的長圓結構與焊接組件B(502)上的槽孔孔型呈十字交叉狀態后回收鎖緊以將焊接組件A(501)和焊接組件B(502)固接在在一起，所述焊接組件B(502)上還設有一用于測定焊接組件B和管件位置的第二攝像測量裝置(510)，所述第二攝像測量裝置(510)的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制焊接組件B(502)鎖定管件；所述控制系統用于控制整個機器人的作業動作。...

【技術特征摘要】
1.一種天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：包括平臺、主機架(1)、操作室、導航分系統、管件抓取輸送分系統(3)、管件端面預處理分系統(4)、在線測量分系統、管件支撐分系統、焊接及其質量檢查分系統(5)和控制系統；所述平臺底部設有用于移動的履帶(6)；所述主機架(1)能夠相對平臺Z向水平移動；所述操作室設置在平臺上；所述導航分系統用于對施工現場進行定位，以保證整個機器人按照規劃線路進行施工；所述管件抓取輸送分系統(3)用于抓取管件并將管件送至溝槽內，該管件抓取輸送分系統(3)包括安裝在主機架(1)上的兩個能夠實現X向水平移動的機械臂(301)、分別安裝在兩個機械臂(301)端部的兩個伸縮裝置(302)以及用于抓取管件的兩個抓手(303)，所述兩個抓手(303)分別安裝在兩個伸縮裝置(302)輸出端且該兩個抓手(303)能夠Y向豎直移動；所述管件端面預處理分系統(4)用于對管件兩端進行坡口加工，該管件端面預處理分系統(4)包括能夠自主轉動并對稱安裝在平臺上且用于固定管件的兩個漲緊機構、能夠轉動地安裝在兩個漲緊機構上且用于對管件兩端進行坡口加工的多個刀具以及可收放的安裝在平臺上且用于頂起管件的多個支撐輪(402)，所述兩個漲緊機構能夠相對伸縮，該兩個漲緊機構插進管件兩端內孔并漲緊固定，且兩個漲緊機構的轉動能夠帶動管件一起轉動；所述在線測量分系統在端面預處理分系統對管件的兩個端面處理的同時進行同步測量，分別測量管件每個端面的幾何尺寸及其位置坐標，并將測量數據發送至所述控制系統，控制系統對最終測量數據進行分析，篩選出最大壁厚和最小壁厚尺寸數據，并追蹤其位置坐標記錄在控制系統中，在管件上分別做出明顯標示兩端各自最大、最小壁厚位置，控制系統再驅動管件端面預處理系統兩端的漲緊機構旋轉停止時，當前管件的當前焊接端面與前一件管件的當前焊接端面按照重合面積最大原則進行匹配；所述管件支撐分系統用于支撐已放入至溝槽內的管件，該管件支撐分系統包括托起在管件中部的中間支撐組件(7)和能夠升降且用于鎖緊固定在管件前端的吊鉤組件(8)，所述中間支撐組件(7)可收放的安裝在平臺底盤中部，所述吊鉤組件(8)上端通過一滑行機構與平臺底盤連接，下端設有一能夠插入到管件內孔中并鎖定管件的卡緊塊(801)，在滑行機構和卡緊塊(801)之間設有一伸縮桿，所述伸縮桿上還設有用于檢查當前管件姿態的第一攝像測量裝置，所述第一攝像測量裝置的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制驅動所述吊鉤組件(8)在X向和Z向移動，對當前管件姿態進行微調直至符合管道鋪設規范；所述焊接及其質量檢查分系統(5)，其可收放的安裝在平臺底盤后端且用于焊接當前管件和前一件管件間的連接處，該焊接及其質量檢查分系統(5)包括焊接組件A(501)和焊接組件B(502)，所述焊接組件A(501)和焊接組件B(502)均為環體結構，該焊接組件A(501)和焊接組件B(502)內環周向分別設有多個滾動支架(503)，每個滾動支架(503)底部安裝有滾輪和用于吸附在管件上的第一電磁吸盤(504)，所述焊接組件A(501)上設有環形導軌裝置(505)，所述環形導軌裝置(505)上安裝有多個焊機行走機構(506)，每個所述焊機行走機構(506)上分別設有一用于焊接當前管件和前一件管件連接處的焊槍(507)和一用于對焊縫進行檢查的無損探傷監測裝置(508)，所述焊接組件A(501)上還設有多個能夠伸縮的拉桿(509)，其中拉桿(509)的外端固定有一個長圓結構，拉桿(509)伸出長圓結構插入到焊接組件B(502)上相應形狀的槽孔內，再旋轉拉桿(509)90°，拉桿(509)上的長圓結構與焊接組件B(502)上的槽孔孔型呈十字交叉狀態后回收鎖緊以將焊接組件A(501)和焊接組件B(502)固接在在一起，所述焊接組件B(502)上還設有一用于測定焊接組件B和管件位置的第二攝像測量裝置(510)，所述第二攝像測量裝置(510)的測量數據經所述在線測量分系統發送至控制系統，控制系統控制焊接組件B(502)鎖定管件；所述控制系統用于控制整個機器人的作業動作。2.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：所述履帶(6)數量為兩條且兩條履帶(6)分置在平臺底部兩側。3.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：所述履帶(6)數量為四條且四條履帶(6)分置在平臺底部的四個角落，所述平臺能夠相對四條履帶(6)升降，每個所述履帶(6)均可實現轉向。4.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：所述平臺上還設有能夠升降的居住室(9)。5.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：所述導航分系統采用北斗導航系統或GPS導航系統或格洛納斯導航系統或伽利略導航系統。6.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：每個所述伸縮裝置(302)上分別設有一用于探測管件的探測器，以保證兩個抓手(303)能夠準確的獲取管件。7.按照權利要求1所述的天然氣輸送管道智能鋪設機器人，其特征在于：每個所述漲緊機構分別包括胎具架(403)、通過滾動軸承(404)套裝在胎具架(403)外部的回轉漲胎套(405)、分別通過一彈漲臂(406)周向固接在回轉漲胎套(405)端部的多個錐形漲緊塊(407)以及與錐形漲緊塊(407)配合使用且用于漲起錐形漲緊塊(407)的錐塞(408)，所述胎具架(403)通過支撐導柱(409)與一動力氣缸輸出端連接以實現胎具架(403)的伸縮運動，所述回轉漲胎套(405)外部設有一大齒輪(410)，該大齒輪(410)與一電機輸出端的齒輪嚙合以實現回轉漲胎套(405)能夠相對胎具架(403)轉動并帶動管件轉動，所述錐塞(408)中部通過推力軸承與一油缸輸出桿(411)能夠相對轉動地連接，該錐塞(408)在油缸輸出桿(411)的帶動...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王春海，劉芳，王子溪，
申請(專利權)人：天津市安維康家科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：天津,12