一种大口径管道自动连续铺设作业的方法及作业机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种管道铺设领域，尤其是一种大口径管道自动连续铺设作业的方法及作业机器人。
【背景技术】
[0002]目前，我国经济建设发展迅猛，尤其是东部对油气资源需求旺盛，国内自给率相对较低，而且分布很不均匀，需要大量从西部甚至国外引进资源;而我国的西北部及西北部邻国却蕴含大量油气资源，需要寻找消费市场，随着一路一带建设的渐入佳境，西(油)气东输工程是协调东西部发展的关键环节，已经全面展开并加速进行。而管道运输尤其是大口径管道运输油气，其经济性更具有竞争力，大口径管道运输具有数以千计千米的市场规模。直径1.0米以上的金属管道的铺设基本都是半机械化的，挖掘、铺设、焊接、测量、监察、检测、填埋各系统各自独立，需要人为协调、指挥，自动化程度低，人员占用多，劳动强度大，自然环境、焊接环境恶劣、输送效率低，铺设周期长、铺设成本高。因此在这些长距离大口径管线建设中采用自动化铺设技术已势在必行，一套合适的设计方案对油气管道的铺设具有重大意义。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种大口径管道自动连续铺设作业的方法及作业机器人。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的一种大口径管道自动连续铺设作业的方法，包括如下步骤:
[0005]I)通过导航系统对施工现场进行初步定位，并将管件、挖掘设备、作业机器人和回填设备运送至施工现场；
[0006]2)挖掘设备经导航系统精确定位行驶至工作位并按照规划路线连续进行土方作业，即开沟槽作业；
[0007]3)将管件摆放至沟槽一侧的待定区域，其中多个管件一字排开且管件与沟槽的长度方向平行设置；
[0008]4)作业机器人经导航系统精确定位行驶至已开好沟槽的起始位置，作业机器人打开伸缩支撑臂使铺设机器人平台悬起，此时该作业机器人平台的位置为系统的基准坐标O
占.V ，
[0009]5)探测抓取管件并将管件运送至管件端面预处理位置；
[0010]6)对管件的两个端面进行坡口加工作业，即铣车平面、铣车坡口、磨削边角毛刺作业；
[0011]7)在对管件进行坡口加工作业的同时，对管件进行端面尺寸测量，分别检出管件两个端面的最大直径和最小直径，并对管件两个端面的最大和最小直径的数值及所在位置做出标记，同时在系统内记录并存储其准确坐标位置；
[0012]8)将管件下放至沟槽内管件焊接水平位置，回填设备回填土方将管件固定，作业机器人则移动到下一工位；
[0013]9)探测抓取当前管件并将当前管件运送至管件端面预处理位置；
[0014]1)重复第6)步骤和第7)步骤；
[0015]11)调出前一个管件中需要与当前管件相焊接的一个端面的尺寸测量信息，与当前管件中需要焊接的一个端面的尺寸测量信息进行比对匹配，按照最大重合面积原则，转动当前管件以调整当前管件的角度；
[0016]12)将当前管件下放至沟槽内管件焊接水平位置，沿X向和Z向调整当前管件以使得当前管件和前一个管件相邻的两个端面重合接触并对两个端面进行焊接，焊接过程中4个焊枪从4个彼此对称的点同时起焊，焊缝整体至少分3层累积，每个焊枪在同一焊层负责1/4圆周的焊接，进行第二层焊接时，4个焊枪都提高一个即时焊层高度，对下一个1/4圆周进行焊接，直至达到焊接要求，焊接完成后对焊缝进行无损探伤检查，对检查出的瑕疵进行现场报警及标记并反馈给系统储存打印输出，其缺陷由系统采取补偿措施；
[0017]13)回填设备回填土方将当前管件固定，作业机器人则移动到下一工位；
[0018]14)循环进行步骤9)至步骤13)。
[0019]本发明中的作业机器人包括平台、主机架、操作室、导航分系统、管件抓取输送分系统、管件端面预处理分系统、在线测量分系统、管件支撑分系统、焊接及其质量检查分系统和控制系统；
[0020]所述平台底部设有用于移动的履带
[0021]所述主机架能够相对平台Z向水平移动；
[0022]所述操作室设置在平台上；
[0023]所述导航分系统用于对施工现场进行初步定位，以保证整个机器人行驶至施工现场；
[0024]所述管件抓取输送分系统用于抓取管件并将管件送至沟槽内，该管件抓取输送分系统包括安装在主机架上的两个能够实现X向水平移动的机械臂、分别安装在两个机械臂端部的两个伸缩装置以及用于抓取管件的两个抓手，所述两个抓手分别安装在两个伸缩装置输出端且该两个抓手能够Y向竖直移动；
[0025]所述管件端面预处理分系统用于对管件两端进行坡口加工，该管件端面预处理分系统包括能够自主转动并对称安装在平台上且用于固定管件的两个涨紧机构、能够转动地安装在两个涨紧机构上且用于对管件两端进行坡口加工的多个刀具以及可收放的安装在平台上且用于顶起管件的多个支撑轮，所述两个涨紧机构能够相对伸缩，该两个涨紧机构插进管件两端内孔并涨紧固定，且两个涨紧机构的转动能够带动管件一起转动;所述在线测量分系统在端面预处理分系统对管件的两个端面处理的同时进行同步测量，分别测量管件每个端面的几何尺寸及其位置坐标，并将测量数据发送至所述控制系统，控制系统对最终测量数据进行分析，筛选出最大壁厚和最小壁厚尺寸数据，并追踪其位置坐标记录在控制系统中，在管件上分别做出明显标示两端各自最大、最小壁厚位置，控制系统再驱动管件端面预处理系统两端的涨紧机构旋转停止时，当前管件的当前焊接端面与前一件管件的当前焊接端面按照重合面积最大原则进行匹配；
[0026]所述管件支撑分系统用于支撑已放入至沟槽内的管件，该管件支撑分系统包括托起在管件中部的中间支撑组件和能够升降且用于锁紧固定在管件前端的吊钩组件，所述中间支撑组件可收放的安装在平台底盘中部，所述吊钩组件上端通过一滑行机构与平台底盘连接，下端设有一能够插入到管件内孔中并锁定管件的卡紧块，在滑行机构和卡紧块之间设有一伸缩杆，所述伸缩杆上还设有用于检查当前管件姿态的第一摄像测量装置，所述第一摄像测量装置的测量数据经所述在线测量分系统发送至控制系统，控制系统控制驱动所述吊钩组件在X向和Z向移动，对当前管件姿态进行微调直至符合管道铺设规范；
[0027]所述焊接及其质量检查分系统，其可收放的安装在平台底盘后端且用于焊接当前管件和前一件管件间的连接处，该焊接及其质量检查分系统包括焊接组件A和焊接组件B，所述焊接组件A和焊接组件B均为环体结构，该焊接组件A和焊接组件B内环周向分别设有多个滚动支架，每个滚动支架底部安装有滚轮和用于吸附在管件上的第一电磁吸盘，所述焊接组件A上设有环形导轨装置，所述环形导轨装置上安装有多个焊机行走机构，每个所述焊机行走机构上分别设有一用于焊接当前管件和前一件管件连接处的焊枪和一用于对焊缝进行检查的无损探伤监测装置，所述焊接组件A上还设有多个能够伸缩的拉杆，其中拉杆的外端固定有一个长圆结构，拉杆伸出长圆结构插入到焊接组件B上相应形状的槽孔内，再旋转拉杆90°，拉杆上的长圆结构与焊接组件B上的槽孔孔型呈十字交叉状态后回收锁紧以将焊接组件A和焊接组件B固接在在一起，所述焊接组件B上还设有一用于测定焊接组件B和管件位置的第二摄像测量装置，所述第二摄像测量装置的测量数据经所述在线测量分系统发送至控制系统，控制系统控制焊接组件B锁定管件；
[0028]所述控制系统用于控制整个机器人的作业动作。
[0029]所述履带数量为两条且两条履带分置在平台底部两侧。
[0030]所述履带数量为四条且四条履带分置在平台底部的四个角落，所述平台能够相对四条履带升降，每个所述履带均可实现转向。
[0031]所述平台上还设有能够升降的居住室。
[0032]所述导航分系统采用北斗导航系统或GPS导航系统或格洛纳斯导航系统或伽利略导航系统。
[0033]每个所述伸缩装置上分别设有一用于探测管件的探测器，以保证两个抓手能够准确的获取管件。
[0034]每个所述涨紧机构分别包括胎具架、通过