一种桩基施工高效焊接机器人及焊接方法与流程

[0001]
本发明涉及一种桩基施工高效焊接机器人及焊接施工方法，属土建施工装备技术领域。


背景技术：

[0002]
目前在进行对预制桩基连接施工中，通过焊接方式实现两端桩基连接是当前连接方式中十分重要的连接手段，但在实际使用作业中，由于缺乏专业有效的辅助焊接工作，当前在进行对桩基焊接作业时，往往需要在对一截桩基竖直定位在地基上，然后将另一截待连接桩基与下方定位好的桩基相抵并同轴分布，然后通过焊接设备对两个桩基作业面进行焊接作业，虽然这种方式可以满足桩基安装连接的需要，但一方面由于其中一段桩基缺乏有效的定位，因此在焊接过程中极易因外力干扰、焊接作业时金属形变而造成所连接的两端桩基间同轴度受到较大的影响，同时还存在连接过程中因定位不当而造成桩基掉落等严重施工安全事故；另一方面也导致桩基在进行安装作业时，焊接设备、桩基定位设备间运行缺乏有效的协同能力，且设备间运行机械化及自动化程度均相对较低，从而导致当前桩基安装施工作业效率和作业精度低下的同时，也造成了施工难度及施工劳动强度相对较高。
[0003]
因此针对这一现状，迫切需要开发一种桩基施工高效焊接机器人，以满足实际使用的需要。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种桩基施工高效焊接机器人，该发明一方面使用灵活方便、通用性好，可有效满足多种结构型号桩基及在多种复杂施工现场环境下进行预制桩基连接定位作业的需要，极大的提高了本施工作业的灵活性和便捷性；另一方面运行机械化、自动化程度高，且定位精度高，可有效的提高桩基连接施工作业的工作效率和精度，并同时达到降低施工成本和劳动强度的目的。
[0005]
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种桩基施工高效焊接机器人，包括承载底座、升降驱动柱、承载托盘、定位柱、驱动滑车、多自由度电动机械臂、焊接机头、焊机、直线导轨、环形导轨、测距传感器、位移传感器、压力传感器及驱动电路，承载底座为轴线与水平面垂直分布且横断呈矩形的板状结构，其上端面均布2—6条直线导轨，直线导轨与承载底座上端面平行分布，各直线导轨环绕承载底座轴线均布，且各直线导轨轴线交点均位于承载底座轴线上，直线导轨均通过驱动滑车与一条升降驱动柱滑动连接，升降驱动柱下端面及上端面分别与驱动滑车上端面及承载托盘后端面通过转台机构铰接，升降驱动柱轴线与承载底座上端面及承载托盘后端面呈0
°
—90
°
夹角，承载托盘前端面与两条定位柱及一条环形导轨连接，其中两定位柱轴线与承载底座轴线平行分布，且两定位柱沿承载底座轴线方向自上向下分布并分布在同一直线方向上，环形导轨为与承载底座同轴分布的圆弧结构，并位于两定位柱之间，各承载托盘上的环形导轨依次首尾连接构成与承载底座同轴分布的闭合圆形结构，焊接机头至少一个，通过
驱动滑车与环形导轨滑动连接，且驱动滑车与焊接机头间通过多自由度电动机械臂铰接，测距传感器若干，分别分布在定位柱上端面、下端面及多自由度电动机械臂和焊接机头前端面，驱动滑车上均设至少一个位移传感器，位移传感器分别与直线导轨、环形导轨滑动连接，压力传感器数量与定位柱数量一致，每条定位柱前端面均设至少三个沿定位柱轴线均布的压力传感器，驱动电路和焊机均与承载底座上端面连接，其中焊机与焊接机头连接，驱动电路分别与升降驱动柱、驱动滑车、多自由度电动机械臂、焊接机头、焊机、直线导轨、环形导轨、测距传感器、位移传感器、压力传感器及转台机构电气连接。
[0006]
进一步的，所述的承载底座包括左半座、右半座、调节螺杆、行走轮及调节弹簧，所述左半座、右半座前端面均设圆弧状定位槽，且当左半座、右半座前端面相抵时，左半座、右半座的定位槽构成闭合腔体结构，所述调节螺杆共两条，对称分布在定位槽并分别与左半座、右半座前端面垂直分布并通过螺套连接，所述调节弹簧包覆在调节螺杆外并与调节螺杆同轴分布，且调节弹簧两端分别与左半座、右半座前端面相抵，所述行走轮至少四个，分别均布在左半座、右半座下端面，且每个行走轮上均设一个制动机构。
[0007]
进一步的，所述的左半座、右半座下端面均设至少一条制动柱，所述制动柱与左半座、右半座下端面铰接，并与与左半座、右半座下端面呈0
°
—90
°
夹角。
[0008]
进一步的，所述的定位柱横断面为与承载底座同轴分布的圆弧结构，其后端面均设激光发射器及光敏传感器，所述激光发射器和光敏传感器以定位柱轴线对称分布，且激光发射器及光敏传感器光轴与定位柱轴线平行分布，且同一承载托盘连接的两个定位柱间，上方一侧定位柱的激光发射器与下方一侧定位柱光敏传感器同轴分布，下方一侧定位柱的激光发射器与上方一侧定位柱光敏传感器同轴分布。
[0009]
进一步的，所述的驱动滑车包括行走驱动机构、滑块，所述滑块下端面嵌于直线导轨、环形导轨内并通过行走驱动机构与直线导轨、环形导轨滑动连接，所述走驱动机构至少一个，且行走驱动机构对应的滑块下端面设承载槽，所述行走驱动机构嵌于承载槽内，且行走驱动机构高出滑块下端面至少5毫米并与直线导轨、环形导轨连接。
[0010]
进一步的，所述的测距传感器中，位于定位柱上端面及下端面的测距传感器轴线与承载底座轴线轴线垂直并相交；位于焊接机头的测距传感器光轴与焊接机头轴线平行分布。
[0011]
进一步的，所述的承载托盘前端面通过滑轨与定位柱及环形导轨滑动连接，且环形导轨前端面比定位柱前端面高出至少5毫米，且环形导轨上端面及下端面均通过弹性垫块与定位柱端面相抵。
[0012]
进一步的，所述的驱动电路驱动电路为基于为基于工业单片机、可编程控制器为基础的电路系统，且所述驱动电路设控制箱，嵌于控制箱内并通过控制箱与承载底座连接，所述控制箱前端面设显示器及若干操作键，控制箱内另设辅助电源及数据通讯装置，所述显示器、操作键、辅助电源及通讯装置均与驱动电路电气连接。
[0013]
一种桩基施工高效焊接机器人的焊接方法，包括如下步骤：s1，设备装配定位，首先对构成本发明的承载底座、升降驱动柱、承载托盘、定位柱、驱动滑车、多自由度电动机械臂、焊接机头、焊机、直线导轨、环形导轨、测距传感器、位移传感器、压力传感器及驱动电路进行组装，并使组装后的升降驱动柱处于收缩状态，且升降驱动柱和承载托盘轴线与承载底座上端面平行分布；然后将组装后的本发明转运至施工现场，
并在施工现场将承载底座的左半座、右半座间分离并包覆在已经完成固定安装的桩基外侧，并使左半座、右半座的定位槽与桩基同轴分布并与桩基外侧面相抵，再通过制动柱与建筑施工现场地面连接并定位，最后将本发明的驱动电路与外部电源系统及远程操控平台间建立数据连接；将焊机与外部焊丝供给设备连接，即可完成本发明装配；s2，焊接调制定位，完成s1步骤作业后，驱动转台机构运行，使得升降驱动柱和承载托盘轴线与当前桩基轴线平行分布，同时驱动直线导轨所连接的各驱动滑车运行，同步调整各承载托盘与但当前桩基间间距，并使定位柱与当前基桩间间距不小于10毫米，其中在调整过程中通过承载托盘所连接的定位柱上的测距传感器同步进行测距作业，同时驱动升降驱动柱调整工作高度，并使焊接机头与当前桩基上端面平齐分布；然后通过吊装设备将待连接基桩吊装到当前基桩正上方并与当前基桩上端面相抵并同轴分布，然后再次通过驱动滑车调整定位柱与当前基桩及待连接基桩间间距，使得定位柱与当前基桩及待连接基桩侧表面相抵并压紧，同时通过定位柱上的压力传感器对定位柱与当前基桩及待连接基桩间压力进行检测，并在各压力传感器检测值统一后，即可完成对当前基桩及待连接基桩进行定位对中调制；最后在完成定位柱定位后，再对各环形导轨进行连接，并构成闭合环状结构，从而完成本发明定位预制；s3，焊接作业，完成s2步骤后，驱动多自由度电动机械臂运行，调整焊接机头至当前基桩及待连接基桩接触面处，然后驱动焊机、焊接机头同步运行，实现对当前基桩及待连接基桩接触面进行进行焊接作业，并在焊接过程中，由和环形导轨所连接的驱动滑车驱动焊接机头环绕当前基桩及待连接基桩接触面做圆周运动，从而实现对当前基桩及待连接基桩接触面焊接作业，并在焊接过程中及完成焊接后，通过定位柱对当前基桩及待连接基桩之间进行强制定位，消除焊接形变作用力，从而进一步的提高了桩基连接作业的工作精度。
[0014]
本发明一方面使用灵活方便、通用性好，可有效满足多种结构型号桩基及在多种复杂施工现场环境下进行预制桩基连接定位作业的需要，极大的提高了本施工作业的灵活性和便捷性；另一方面运行机械化、自动化程度高，且定位精度高，可有效的提高桩基连接施工作业的工作效率和精度，并同时达到降低施工成本和劳动强度的目的。
附图说明
[0015]
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。
[0016]
图1为本发明结构示意图；图2为定位柱侧视剖视结构示意图；图3为定位柱俯视结构示意图；图4为驱动滑车横断面结构示意图；图5为本发明使用方法流程图。
具体实施方式
[0017]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0018]
如图1—4所示一种桩基施工高效焊接机器人，包括承载底座1、升降驱动柱2、承载托盘3、定位柱4、驱动滑车5、多自由度电动机械臂6、焊接机头7、焊机8、直线导轨9、环形导
轨10、测距传感器11、位移传感器12、压力传感器13及驱动电路14，承载底座1为轴线与水平面垂直分布且横断呈矩形的板状结构，其上端面均布2—6条直线导轨9，直线导轨9与承载底座1上端面平行分布，各直线导9轨环绕承载底座1轴线均布，且各直线导轨9轴线交点均位于承载底座1轴线上，直线导轨9均通过驱动滑车5与一条升降驱动柱2滑动连接，升降驱动柱2下端面及上端面分别与驱动滑车5上端面及承载托盘后端面通过转台机构铰接，升降驱动柱2轴线与承载底座1上端面及承载托盘3后端面呈0
°
—90
°
夹角，承载托盘3前端面与两条定位柱及一条环形导轨10连接，其中两定位柱4轴线与承载底座1轴线平行分布，且两定位柱4沿承载底座1轴线方向自上向下分布并分布在同一直线方向上，环形导轨10为与承载底座1同轴分布的圆弧结构，并位于两定位柱4之间，各承载托盘3上的环形导轨10依次首尾连接构成与承载底座1同轴分布的闭合圆形结构，焊接机头7至少一个，通过驱动滑车5与环形导轨10滑动连接，且驱动滑车5与焊接机头7间通过多自由度电动机械臂6铰接，测距传感器11若干，分别分布在定位柱4上端面、下端面及多自由度电动机械臂6和焊接机头7前端面，驱动滑车5上均设至少一个位移传感器12，位移传感器12分别与直线导轨9、环形导轨10滑动连接，压力传感器13数量与定位柱4数量一致，每条定位柱4前端面均设至少三个沿定位柱4轴线均布的压力传感器13，驱动电路14和焊机8均与承载底座1上端面连接，其中焊机8与焊接机头7连接，驱动电路14分别与升降驱动柱2、驱动滑车5、多自由度电动机械臂6、焊接机头7、焊机8、直线导轨9、环形导轨10、测距传感器11、位移传感器12、压力传感器13及转台机构14电气连接。
[0019]
其中，所述的承载底座1包括左半座101、右半座102、调节螺杆103、行走轮104及调节弹簧105，所述左半座101、右半座102前端面均设圆弧状定位槽106，且当左半座101、右半座102前端面相抵时，左半座101、右半座102的定位槽106构成闭合腔体结构，所述调节螺杆103共两条，对称分布在定位槽106并分别与左半座101、右半座102前端面垂直分布并通过螺套连接，所述调节弹簧105包覆在调节螺杆103外并与调节螺杆103同轴分布，且调节弹簧105两端分别与左半座101、右半座102前端面相抵，所述行走轮104至少四个，分别均布在左半座101、右半座102下端面，且每个行走轮104上均设一个制动机构106。
[0020]
进一步优化的，所述的左半座101、右半座102下端面均设至少一条制动柱107，所述制动柱与左半座101、右半座102下端面铰接，并与与左半座101、右半座102下端面呈0
°
—90
°
夹角。
[0021]
需要重点说明的，所述的定位柱4横断面为与承载底座1同轴分布的圆弧结构，其后端面均设激光发射器15及光敏传感器16，所述激光发射器15和光敏传感器16以定位柱4轴线对称分布，且激光发射器15及光敏传感器16光轴与定位柱4轴线平行分布，且同一承载托盘3连接的两个定位柱4间，上方一侧定位柱的激光发射器15与下方一侧定位柱4光敏传感器16同轴分布，下方一侧定位柱的激光发射器15与上方一侧定位柱光敏传感器16同轴分布。
[0022]
同时，所述的驱动滑车5包括行走驱动机构51、滑块52，所述滑块51下端面嵌于直线导轨9、环形导轨10内并通过行走驱动机构51与直线导轨9、环形导轨10滑动连接，所述走驱动机构51至少一个，且行走驱动机构51对应的滑块52下端面设承载槽53，所述行走驱动机构51嵌于承载槽53内，且行走驱动机构51高出滑块52下端面至少5毫米并与直线导轨9、环形导轨10连接。
[0023]
值得注意的，所述的测距传感器11中，位于定位柱4上端面及下端面的测距传感器11轴线与承载底座1轴线轴线垂直并相交；位于焊接机头7的测距传感器11光轴与焊接机头轴线平行分布。
[0024]
本实施例中，所述的承载托盘3前端面通过滑轨17与定位柱4及环形导轨10滑动连接，且环形导轨10前端面比定位柱4前端面高出至少5毫米，且环形导轨4上端面及下端面均通过弹性垫块18与定位柱4端面相抵。
[0025]
本实施例中，所述的驱动电路14驱动电路为基于为基于工业单片机、可编程控制器为基础的电路系统，且所述驱动电路14设控制箱141，嵌于控制箱141内并通过控制箱141与承载底座1连接，所述控制箱141前端面设显示器142及若干操作键143，控制箱141内另设辅助电源144及数据通讯装置145，所述显示器142、操作键143、辅助电源144及通讯装置145均与驱动电路14电气连接。
[0026]
一种桩基施工高效焊接机器人的焊接方法，包括如下步骤：s1，设备装配定位，首先对构成本发明的承载底座、升降驱动柱、承载托盘、定位柱、驱动滑车、多自由度电动机械臂、焊接机头、焊机、直线导轨、环形导轨、测距传感器、位移传感器、压力传感器及驱动电路进行组装，并使组装后的升降驱动柱处于收缩状态，且升降驱动柱和承载托盘轴线与承载底座上端面平行分布；然后将组装后的本发明转运至施工现场，并在施工现场将承载底座的左半座、右半座间分离并包覆在已经完成固定安装的桩基外侧，并使左半座、右半座的定位槽与桩基同轴分布并与桩基外侧面相抵，再通过制动柱与建筑施工现场地面连接并定位，最后将本发明的驱动电路与外部电源系统及远程操控平台间建立数据连接；将焊机与外部焊丝供给设备连接，即可完成本发明装配；s2，焊接调制定位，完成s1步骤作业后，驱动转台机构运行，使得升降驱动柱和承载托盘轴线与当前桩基轴线平行分布，同时驱动直线导轨所连接的各驱动滑车运行，同步调整各承载托盘与但当前桩基间间距，并使定位柱与当前基桩间间距不小于10毫米，其中在调整过程中通过承载托盘所连接的定位柱上的测距传感器同步进行测距作业，确保调整精度的同时确保各承载托盘所连接的定位柱环绕桩基轴线均布，同时驱动升降驱动柱调整工作高度，并使焊接机头与当前桩基上端面平齐分布；然后通过吊装设备将待连接基桩吊装到当前基桩正上方并与当前基桩上端面相抵并同轴分布，然后再次通过驱动滑车调整定位柱与当前基桩及待连接基桩间间距，使得定位柱与当前基桩及待连接基桩侧表面相抵并压紧，同时通过定位柱上的压力传感器对定位柱与当前基桩及待连接基桩间压力进行检测，并在各压力传感器检测值统一后，即可完成对当前基桩及待连接基桩进行定位对中调制；最后在完成定位柱定位后，再对各环形导轨进行连接，并构成闭合环状结构，从而完成本发明定位预制；s3，焊接作业，完成s2步骤后，驱动多自由度电动机械臂运行，调整焊接机头至当前基桩及待连接基桩接触面处，然后驱动焊机、焊接机头同步运行，实现对当前基桩及待连接基桩接触面进行进行焊接作业，并在焊接过程中，由和环形导轨所连接的驱动滑车驱动焊接机头环绕当前基桩及待连接基桩接触面做圆周运动，从而实现对当前基桩及待连接基桩接触面焊接作业，并在焊接过程中及完成焊接后，通过定位柱对当前基桩及待连接基桩之间进行强制定位，消除焊接形变作用力，从而进一步的提高了桩基连接作业的工作精度。
[0027]
本发明一方面使用灵活方便、通用性好，可有效满足多种结构型号桩基及在多种
复杂施工现场环境下进行预制桩基连接定位作业的需要，极大的提高了本施工作业的灵活性和便捷性；另一方面运行机械化、自动化程度高，且定位精度高，可有效的提高桩基连接施工作业的工作效率和精度，并同时达到降低施工成本和劳动强度的目的。
[0028]
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。