[发明专利]平面自主移动焊接机器人焊缝初始检测定位系统

说明书

一种平面自主移动焊接机器人焊缝初始检测定位系统，包括传感部分、机器人结构部分、控制系统；所述的传感部分包括超声波传感器Ⅰ、超声波传感器Ⅱ、单目视觉传感器和红外传感器；所述的机器人结构部分包括底盘和十字滑块执行机构；所述的控制系统基于PC104接口，包括工控主板、运动控制卡、数据采集卡、图像采集卡、电机驱动器。本发明只使用扫描出的第一个端点坐标信息，可以有效过滤因噪声造成的端点匹配误差，且并不需要复杂的标定过程，使机器人在复杂的焊接环境中自检过程具有更强的自适应性。

技术领域

本发明属于焊接自动化领域，涉及平面自主移动焊接机器人的在焊接初始时的自动定位系统。

背景技术

船舶制造过程中，为了加强船体的强度，船舱底部设置格子型构件，该类结构体大多顶部密封、空间狭小且焊接路径上存在不规则流水孔，导致焊缝不连续，对焊接跟踪和焊接工艺造成了很大难度，目前主要靠人工来完成焊接，已成为制约制造工业发展的瓶颈问题。针对该类焊接工况，开发出的平面自主移动焊接机器人，可在焊接过程中自动识别流水孔从而控制旋转电弧的启停，实现焊缝跟踪焊接自动化。在焊接初期需要工人手提起机器人调整到最佳的焊接初始点位置，保证后续焊接工艺的成型。但由于机器人为保证焊接运动过程中的稳定性在底盘安装了磁吸附装置，提起调整过程中工人需要克服磁吸附力和机器人本身的重量，在焊枪接近焊缝时，由于底座磁吸附装置距钢板较近时磁力增大，调整难度增大。且在纵向空间狭小的格子作业时，工人很难进去调整。为使平面自主移动焊接机器人在复杂的焊接环境下有更强的适应性，因此，设计开发出一套用于机器人寻找初始焊接位置的系统是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种平面自主焊接机器人的焊接初始位置的定位系统。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的平面自主移动焊接机器人焊缝初始检测定位系统，包括传感部分、机器人结构部分、控制系统。

所述的传感部分包括超声波传感器Ⅰ、超声波传感器Ⅱ、单目视觉传感器和红外传感器；超声波传感器Ⅰ，安装在底盘内，方向与机器人前进方向相同；超声波传感器Ⅱ，安装在与两轮轴心和焊枪出丝点重合的平面上，与地面平行；单目视觉传感器与焊枪保持平行；红外传感器安装在十字滑块的水平滑块上，用于测量伸出距离。

所述的机器人结构部分包括底盘和十字滑块执行机构，底盘部分由两个同轴轮和一个万向轮组成，底盘上方装有一个十字滑块，焊枪安装在十字滑块的水平滑块上且与两个同轴轮处于同一个垂直平面上。

所述的控制系统基于PC104接口，包括工控主板、运动控制卡、数据采集卡、图像采集卡、电机驱动器。运动控制卡、数据采集卡、图像采集卡分别通过数据总线与工控主板连接，电机驱动器连接到运动控制卡。

所述的工控主板采用研华PCM3362；运动控制卡为ART1020，可独立控制四轴电机；数据采集卡为ART2932；图像采集卡采用大恒VT121，使用MFC搭建可视化程序框架，搭配OpenCV计算机开源图像处理库进行图像处理。

本发明对传感器的位置进行标定安装，分阶段使用超声波和单目视觉传感器进行位姿的检测和调整，编写出一套处理传感器信号并驱动电机及时调整的程序。

本发明只使用扫描出的第一个端点坐标信息，可以有效过滤因弧光和噪声造成的端点匹配误差，且并不需要复杂的标定过程，使机器人在复杂的焊接环境中自检过程具有更强的自适应性。

附图说明

图1为初始定位控制系统示意图。1为超声波传感器Ⅰ，2为超声波传感器Ⅱ，3为同轴轮左轮，4为同轴轮右轮，5为单目视觉传感器（相连接的虚线为发出的线性结构光），6为旋转电弧，7为机器人本体。

图2为机器人与壁面可能存在的初始位置示意图。（a）为与焊缝正倾角；（b）为与焊缝垂直；（c）为与焊缝负倾角。