本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的焊接機(jī)器人系統(tǒng)投入使用，焊接自動化的發(fā)展水平也獲得了極大地提高，尤其是以汽車生產(chǎn)、工程機(jī)械等領(lǐng)域為代表，但是，對箱型鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場的焊接，還主要是以傳統(tǒng)的手工焊接為主，因此焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性難以滿足制造要求，并且在涉及到海洋石油工程裝備、鋼結(jié)構(gòu)住宅、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等領(lǐng)域的鋼結(jié)構(gòu)安裝現(xiàn)場焊接時，常常需要進(jìn)行高空作業(yè)，焊接工況惡劣，甚至威脅到焊接工人的生命安全。同時，手工焊接所產(chǎn)生的焊接缺陷，嚴(yán)重影響一些鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用壽命，為一些事故的發(fā)生埋下了隱患。

傳統(tǒng)的手工焊接的主要缺點是：需要兩名焊工實施對稱焊，兩名焊工在焊接時的焊接電壓和電流、焊接速度和焊接層數(shù)應(yīng)保持一致，對焊接工人的協(xié)調(diào)性要求很高；而且現(xiàn)場焊接工況惡劣，影響焊接質(zhì)量的因素較多，因而手工焊接很難保證焊接質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為克服上述技術(shù)不足，提供一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人。

為實現(xiàn)上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人，包括：行走車，所述的行走車包括安裝在車體上的四個永磁車輪及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動電機(jī)，行走車通過永磁車輪可貼附在焊接管道的表面平穩(wěn)運(yùn)行；分別后、前安裝在行走車上的水平箱體與豎直箱體；水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)和用連接板連接，并固裝在行走車的上表面上；前視覺傳感器與后視覺傳感器，所述的前視覺傳感器安裝在所述豎直箱體的前側(cè)，包括安裝在傳感器外殼內(nèi)壁上的CCD攝像機(jī)、半導(dǎo)體激光器和柱面透鏡，CCD攝像機(jī)和半導(dǎo)體激光器的光軸處于同一平面內(nèi)；焊槍機(jī)構(gòu)，所述的焊槍機(jī)構(gòu)包括一端安裝在豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的焊槍彎板，焊槍彎板的另一端安裝有可固定焊槍、并可使焊槍沿被焊管道法向調(diào)整的可調(diào)焊槍夾頭；計算機(jī)控制系統(tǒng)，所述的計算機(jī)控制系統(tǒng)包括計算機(jī)、電纜和相應(yīng)軟件；計算機(jī)通過電纜分別連接可獲取焊縫的幾何形狀與位置信息的所述前、后視覺傳感器、所述行走車、水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述的水平跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在水平箱體內(nèi)，包括立式彎板，其上固裝的水平驅(qū)動電機(jī)和水平導(dǎo)軌、水平驅(qū)動電機(jī)與水平絲杠-螺母機(jī)構(gòu)機(jī)械連接，絲杠-螺母機(jī)構(gòu)的水平滑鞍的另一端與所述的連接板連接；所述的豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝在豎直箱體內(nèi)，包括立板，其上固裝的豎直驅(qū)動電機(jī)和豎直導(dǎo)軌，豎直驅(qū)動電機(jī)與豎直絲杠-螺母機(jī)構(gòu)機(jī)械連接，絲杠-螺母機(jī)構(gòu)的豎直滑鞍的另一端與所述的焊槍機(jī)構(gòu)中的焊槍彎板相連接。

優(yōu)選的，本焊接機(jī)器人還包括焊接電源系統(tǒng)。

本發(fā)明提供的一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人的有益效果在于：通過采用本可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人，不需要事先在管道的外表面鋪設(shè)導(dǎo)向裝置或者畫出與焊縫相平行作為焊槍移動基準(zhǔn)的標(biāo)記線，可省去這些冗繁的前期輔助工序，而是基于視覺焊縫識別技術(shù)直接由計算機(jī)控制行走車自動實現(xiàn)焊縫跟蹤運(yùn)動，減少了大量輔助工時，提高了生產(chǎn)效率，也降低了操作者的勞動強(qiáng)度。另外，本焊接機(jī)器人還可以自動識別焊縫的幾何形狀，并通過計算機(jī)對管道焊道數(shù)目、層數(shù)以及行走車的跟蹤運(yùn)動自動進(jìn)行規(guī)劃，可以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和最優(yōu)化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的主視示意圖；

圖2為本發(fā)明可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖；

圖3為本發(fā)明可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)原理示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本領(lǐng)域普通人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施方式：一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人。

本發(fā)明設(shè)計的一種可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人(參見圖1、2)，其特征在于它包括行走車1、分別后、前安裝在行走車1上的水平箱體20與豎直箱體30，水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和3、前視覺傳感器與后視覺傳感器4和5、焊槍機(jī)構(gòu)6以及計算機(jī)控制系統(tǒng)7；所述的行走車1包括安裝在車體11上的四個永磁車輪12及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)13和驅(qū)動電機(jī)14，行走車1通過永磁車輪12可貼附在焊接管道9的表面平穩(wěn)運(yùn)行；所述的水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和3用連接板8連接，并固裝在行走車1的上表面上；所述的水平跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2安裝在水平箱體20內(nèi)，包括立式彎板21，其上固裝的水平驅(qū)動電機(jī)22和水平導(dǎo)軌24、水平驅(qū)動電機(jī)22與水平絲杠-螺母機(jī)構(gòu)23機(jī)械連接，絲杠-螺母機(jī)構(gòu)23的水平滑鞍25的另一端與所述的連接板8連接；所述的豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)3安裝在豎直箱體30內(nèi)，包括立板31，其上固裝的豎直驅(qū)動電機(jī)33和豎直導(dǎo)軌32，豎直驅(qū)動電機(jī)33與豎直絲杠-螺母機(jī)構(gòu)34機(jī)械連接，絲杠-螺母機(jī)構(gòu)34的豎直滑鞍35的另一端與所述的焊槍機(jī)構(gòu)6中的焊槍彎板61相連接；所述的前視覺傳感器4安裝在所述豎直箱體30的前側(cè)，包括安裝在傳感器外殼40內(nèi)壁上的CCD攝像機(jī)41、半導(dǎo)體激光器42和柱面透鏡43，CCD攝像機(jī)41和半導(dǎo)體激光器42的光軸處于同一平面內(nèi)；所述的后視覺傳感器5與前視覺傳感器結(jié)構(gòu)相同，安裝在所述水平箱體20的后側(cè)；所述的前、后視覺傳感器4、5安裝位置均應(yīng)使其垂直對準(zhǔn)焊接管道9的焊縫91；所述的焊槍機(jī)構(gòu)6包括一端安裝在豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)3上的焊槍彎板61，焊槍彎板61的另一端安裝有固定焊槍63的可調(diào)焊槍夾頭62，可調(diào)焊槍夾頭62可使焊槍63沿被焊管道9的法向調(diào)整；所述的計算機(jī)控制系統(tǒng)7包括計算機(jī)71、電纜72和相應(yīng)軟件；計算機(jī)71通過電纜72分別連接可獲取焊縫91的幾何形狀與位置信息的所述前、后視覺傳感器4、5，以及所述行走車1、水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和3，并通過電纜73連接焊接電源系統(tǒng)10；所述的焊接電源系統(tǒng)10為原有的一元化焊接電源系統(tǒng)；計算機(jī)控制系統(tǒng)7通過軟件操控行走車1和所述的其他全部機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作。

本發(fā)明所述的可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人的工作原理如下：

將本發(fā)明所述可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人放置在被焊接的管道9外表面上，由4個永磁車輪12將所述可自動識別與跟蹤焊縫的焊接機(jī)器人吸附在管道9上。前視覺傳感器4和后視覺傳感器5的下端口均對準(zhǔn)待焊接的焊縫91中心。前視覺傳感器4的半導(dǎo)體激光器42發(fā)出激光經(jīng)過柱面透鏡43變換成條紋照在焊縫上，形成結(jié)構(gòu)光。CCD攝像機(jī)41將結(jié)構(gòu)光的圖像采集到計算機(jī)71中進(jìn)行處理，得到焊縫的幾何形狀及位置信息。所述機(jī)器人的行走車1沿管道9上焊縫91做圓周運(yùn)動。如果在焊槍彎板61上固裝著的焊槍63偏離焊縫91中心，計算機(jī)71控制水平跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2實現(xiàn)水平跟蹤運(yùn)動，使焊槍63重新對準(zhǔn)焊縫91的中心。后視覺傳感器5的工作原理同于前視覺傳感器4，它將行走車1與焊縫91之間的相對位置信息送給計算機(jī)71，進(jìn)而控制行走車體1實現(xiàn)對焊縫91的自動跟蹤。

本發(fā)明計算機(jī)控制系統(tǒng)7通過軟件操控行走車1及其他機(jī)構(gòu)。其工作原理是(參見圖3)：前、后視覺傳感器4、5將采集到的圖像信號通過圖像采集卡傳給計算機(jī)71，經(jīng)過系統(tǒng)軟件的圖像處理模塊和軌跡生成模塊處理，得到焊縫91的軌跡和截面信息；運(yùn)動控制模塊根據(jù)焊縫91的軌跡信息指令運(yùn)動執(zhí)行模塊(包括行走車1、水平和豎直執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和3)帶動焊槍61跟蹤焊縫91，并將焊槍63位置反饋回系統(tǒng)軟件；焊接參數(shù)控制模塊根據(jù)焊縫91截面信息得到焊接參數(shù)，并驅(qū)動焊接電源系統(tǒng)10，進(jìn)行焊接，并將焊接參數(shù)反饋回系統(tǒng)軟件，完成自動焊接。因此，本發(fā)明環(huán)形焊接機(jī)器人無需敷設(shè)導(dǎo)向軌道或劃出與焊縫平行的指引線，而按視覺識別的焊縫91路徑實現(xiàn)跟蹤運(yùn)動和自動焊接。

本發(fā)明管道環(huán)型焊接機(jī)器人的工作是基于視覺焊縫的自動識別與跟蹤，可以應(yīng)用于直徑為600-4000毫米，壁厚為10-80毫米的管道環(huán)形焊縫的自動焊接，工序簡化，質(zhì)量穩(wěn)定，效率提高。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。