城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統技術方案

本發明專利技術公開了一種城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統，其中激光平衡控制系統包括激光平衡系統、集成平衡控制系統、液壓控制調整系統、三坐標水平控制模塊和液壓調整執行機構；集成平衡控制系統通過接收光電信號轉換器輸出的高電平信號和三坐標水平控制模塊的高電平信號，經邏輯算法程序輸出高電平信號通過液壓控制調整系統調整對角線四方向的液壓調整執行機構，使管道鋪設機器人平臺時時保持水平平衡狀態，保證管道坡口焊接的精度；本發明專利技術的管道鋪設機器人的激光平衡控制系統有效的解決了管道鋪設機器人在地形復雜條件下的水平平衡的問題，提高了鋪設的效率、精度和質量，對于管道鋪設機器人的升級換代具有重大意義。

【技術實現步驟摘要】
城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統
本專利技術涉及一種管道鋪設設備，尤其是一種城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統。
技術介紹
目前，我國經濟建設發展迅猛，尤其是城市基礎設施建設的推進及城市交通的壓力，對于管道鋪設占道造成的環境污染、交通堵塞等諸多問題日益突出，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，同時其經濟性更具有競爭力，管道鋪設機器人具有數以千億計的市場規模。針對申請號為2015108436846的《一種大口徑管道自動連續鋪設作業機器人》的專利和申請號：2015108436244的《大口徑管道自動連續鋪設作業機器人及其作業方法》的專利在實際施工中存在水平平衡問題，進行了多次實驗，基于角動量守恒的理論設計實驗了“激光平衡控制系統”，有效的解決了管道鋪設機器人在野外地形復雜條件下的水平平衡調整耗時的問題，同時提高了管道鋪設的效率、精度和質量，對于管道鋪設機器人的升級換代具有重大意義。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是管道鋪設機器人在鋪設過程中的水平平衡問題。為了解決上述技術問題，本專利技術的城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統包括激光傳導系統、集成平衡控制系統、液壓控制調整系統、三坐標水平控制模塊和液壓調整執行機構；所述激光傳導系統包括激光發生器、等離子體、Y軸相位傳感器、偏頻傳感器、激光光路L1、激光光路L2、半透半反激光接收器、合光棱鏡激光接收器和光電信號轉換器；激光發生器在等離子體中產生的激光束通過Y軸相位傳感器將相位信號通過激光光路L1傳導至半透半反激光接收器，同時激光發生器在等離子體中產生激光束通過偏頻傳感器將偏頻信號通過激光光路L2傳導至合光棱鏡激光接收器，至此兩路光信號經光電信號轉換器轉換為高電平信號；所述集成平衡控制系統通過接收激光傳導系統的光電信號轉換器輸出的高電平信號和三坐標水平控制模塊的高電平信號，經邏輯算法程序輸出高電平信號通過液壓控制調整系統調整對角線4方向的液壓調整執行機構，使管道鋪設機器人平臺時時保持水平平衡狀態，保證管道坡口焊接的精度。激光平衡傳導系統為前后對稱的系統；液壓調整執行機構四套分布于管道鋪設機器人平臺對角線的四個方向。本專利技術的有益效果是：本專利技術的城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統自動化程度更高，同時有效的解決了管道鋪設機器人在野外地形復雜條件下的水平平衡調整耗時的問題，提高了管道鋪設的效率、精度和質量，對于管道鋪設機器人的升級換代具有重大意義。附圖說明圖1為本專利技術中城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統結構示意圖；圖2為本專利技術中操作軟件界面示意圖；具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明：參見圖1至圖2，本專利技術的城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統包括激光傳導系統1、集成平衡控制系統11、液壓控制調整系統12、三坐標水平控制模塊10和液壓調整執行機構13；所述激光傳導系統1包括激光發生器2、等離子體3、Y軸相位傳感器4、偏頻傳感器5、激光光路L1、激光光路L2、半透半反激光接收器8、合光棱鏡激光接收器9和光電信號轉換器14；激光發生器2在等離子體3中產生的激光束通過Y軸相位傳感器4將相位信號通過激光光路L1傳導至半透半反激光接收器8，同時激光發生器2在等離子體3中產生激光束通過偏頻傳感器5將偏頻信號通過激光光路L2傳導至合光棱鏡激光接收器9，至此兩路光信號經光電信號轉換器14轉換為高電平信號；所述集成平衡控制系統11通過接收激光傳導系統1的光電信號轉換器14輸出的高電平信號和三坐標水平控制模塊10的高電平信號，經邏輯算法程序輸出高電平信號通過液壓控制調整系統12調整對角線4方向的液壓調整執行機構13，使管道鋪設機器人平臺時時保持水平平衡狀態，保證管道坡口焊接的精度。激光傳導系統1為前后對稱的系統；液壓調整執行機構13四套分布于管道鋪設機器人平臺對角線的四個方向所述平臺底部設有用于移動的履帶；實施例在野外連續鋪設直徑1016mm、管長12米、壁厚10毫米且單根凈重在3500千克以上的石油輸送管道和本專利技術具有激光平衡控制系統的管道鋪設機器人平臺及其作業附屬機件，經大型運輸車輛按照作業操作規范卸載在指定地點。操作人員的野外全天候長期生活保障分系統(居住室)作業時位于主機架的頂部，轉場時為了便于運輸，其可以下降至主機架內部空間；另外，履帶也是安裝在可以伸縮的鋼梁上，作業時伸出，分別在溝沿兩側運行，運行時4個履帶由激光平衡控制系統控制分別隨地形可以自動做上下及轉向調整，使機器人平臺保持水平不變；運輸時，履帶收起，便于整體運輸。機器人平臺的焊接及其質量檢查分系統作業時位于平臺的底部地下的位置，轉場運輸時折疊在平臺內部，縮小了機器人平臺運輸時的外形尺寸。鏈條式挖掘機在上述導航系統的指引下，在精度不低于0.1米的作業地點，開始開挖寬不小于1.5米深不小于2米長度不小于24米的溝槽。機器人平臺伸出履帶，使機器人平臺移動到溝槽起始一側。其導航分系統校準平臺位置。電控系統指揮氣動系統驅動氣缸支起焊接及其質量檢查分系統，使其與地面垂直，處于作業位置。機器人平臺打開伸縮支撐臂，收起履帶，使平臺懸起，起支撐作用，激光平衡控制系統通過激光傳導系統1、集成平衡控制系統11、液壓控制調整系統12、三坐標水平控制模塊10和液壓調整執行機構13獲得作為系統的基準坐標0點儲存于系統。機器人平臺上的測量系統測量當前管件的放置位置，并將其當前三維坐標反饋給控制系統，水平驅動主機架按照Z軸坐標，在機器人平臺上移動，調整與管件的位置達到最佳；控制系統驅動機械臂組件(管件抓取輸送分系統)的兩個X向(與平臺長度方向垂直的水平方向)橫梁(機械臂)、Y向(垂直方向)豎臂(伸縮裝置)達到管件X、Y坐標的相應位置，豎臂下端鉸接一個抓取機構(抓手)，抓取機構在其控制系統的驅動下鎖住當前管件，在控制系統的驅動下，水平驅動主機架做Z向移動，機械臂組件做X、Y向移動，把當前管件送到機器人平臺內部的管件端面預處理分系統的所在位置，當前管件的軸線與管件端面預處理分系統的兩端卡緊機構的中心連線重合，管件端面預處理分系統的兩端卡緊機構頂進當前管件兩端內孔漲緊固定，為了減少管件轉動引起的振動及其對端面處理、焊接過程的影響，平臺上的支撐輪頂起，使當前管件的撓度為0。機械臂組件松開收起復位，管件端面預處理分系統的兩端卡緊機構同時同步轉動，分布在每一個卡緊機構外側的個刀具分別同時轉動，先有對稱分布的兩個銑刀對當前管件的每個端面同時進行車銑組合加工，在車銑組合加工的最后一道加工的同時，由砂輪對車銑最后一道加工產生的毛刺進行整理，使車銑磨加工幾乎同時完成，兩個端面的平面、坡口符合焊接工藝要求；在當前管件端面預處理的同時，在線測量分系統對當前管件的兩個端面進行同步測量，分別測量當前管件每個端面的幾何尺寸及其位置坐標，當前管件的兩個端面預處理完成的同時，測量工作也同時完成，控制系統對測量數據進行分析，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，在當前管件上分別做出明顯標示兩端各自最大、最小壁厚位置。控制系統查閱上一件管件焊接端面的最大、最小壁厚及其端面X、Y位置坐標，控制系統驅動管件端面預處理分系統兩端的卡緊機構旋轉，旋轉角度按照當前管件當前管件焊接端面與上一件管件焊接端面本文檔來自技高網...

【技術保護點】
城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統，其特征在于：包括激光傳導系統(1)、集成平衡控制系統(11)、液壓控制調整系統(12)、三坐標水平控制模塊(10)和液壓調整執行機構(13)；所述激光傳導系統(1)包括激光發生器(2)、等離子體(3)、Y軸相位傳感器(4)、偏頻傳感器(5)、激光光路L1(6)、激光光路L2(7)、半透半反激光接收器(8)、合光棱鏡激光接收器(9)和光電信號轉換器(14)；激光發生器(2)在等離子體(3)中產生的激光束通過Y軸相位傳感器(4)將相位信號通過激光光路L1(6)傳導至半透半反激光接收器(8)，同時激光發生器(2)在等離子體(3)中產生激光束通過偏頻傳感器(5)將偏頻信號通過激光光路L2(7)傳導至合光棱鏡激光接收器(9)，至此兩路光信號經光電信號轉換器(14)轉換為高電平信號；所述集成平衡控制系統(11)通過接收光電信號轉換器(14)輸出的高電平信號和三坐標水平控制模塊(10)的高電平信號，經邏輯算法程序輸出高電平信號通過液壓控制調整系統(12)調整對角線4方向的液壓調整執行機構(13)，使管道鋪設機器人平臺時時保持水平平衡狀態，保證管道坡口焊接的精度。

【技術特征摘要】
1.城市供水管道鋪設機器人的激光平衡系統，其特征在于：包括激光傳導系統(1)、集成平衡控制系統(11)、液壓控制調整系統(12)、三坐標水平控制模塊(10)和液壓調整執行機構(13)；所述激光傳導系統(1)包括激光發生器(2)、等離子體(3)、Y軸相位傳感器(4)、偏頻傳感器(5)、激光光路L1(6)、激光光路L2(7)、半透半反激光接收器(8)、合光棱鏡激光接收器(9)和光電信號轉換器(14)；激光發生器(2)在等離子體(3)中產生的激光束通過Y軸相位傳感器(4)將相位信號通過激光光路L1(6)傳導至半透半反激光接收器(8)，同時激光發生器(2)在等離子體(3)中產生激光束通過偏頻傳感器(5)將偏頻...

【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