一種爬壁機器人自動焊接控制方法與流程

2023-11-30 18:59:41 3

本發明屬於自動化控制技術領域，具體涉及一種爬壁機器人自動焊接控制方法。

背景技術：

自50 年代第一臺機器人研製成功至今，機器人技術的發展基本上經歷了3個階段：第一段為示教再現型，它重複最初示教的工作；第二代為具有感知功能的可編程型，具有視覺、力覺、觸覺及接近覺等感知功能，這兩代機器人主要為大規模生產所採用，如裝配、鍛壓、噴漆、焊接及檢修等工作；第三代為智能型，這種機器人裝有多種傳感器，基於人的思維方式進行判斷，對作業環境具有適應性，能夠基於環境的變化自動編程，從而確定動作。第三代機器人與第五代計算機技術密切相關，對於機器人的開發與應用，國內外機器人專家公認為應該優先發展工作於惡劣環境下的特種機器人。建築行業是僅次於礦業的第二危險行業，施工過程中事故多、勞動強度大、生產率低，在建築行業中引入機器人技術可以把建築活動擴展到人所不適的場所，並且可以提高作業效率，將人類從簡單重複及繁重危險的傳統作業中替代出來。

技術實現要素：

發明目的：本發明的目的是為了解決現有技術中的不足，提供一種爬壁機器人自動焊接控制方法，適用於橋梁結構混凝土、高大混凝土等危險性較大的結構的靈活焊接與檢測，無需搭設支架或輔助機械配合人工檢測，可實現遠程控制，大大降低了焊接人員的安全風險。

技術方案：本發明所述的一種爬壁機器人自動焊接控制方法，包括如下步驟：

（1）首先將自動焊接裝置與爬壁機器人進行固定連接；

（2）預設爬壁機器人按照既定路線或者採用無線遙控的路線進行移動；

（3）爬壁機器人移動的同時啟動調節機械臂和自動焊接裝置，調節機械臂進行360°無死角焊接，自動焊接裝置進行裂紋構件的焊接和焊接後的焊縫圖像獲取和處理；

（4）自動焊接裝置進行焊接後的圖像獲取時，首先通過投影模塊向焊接表面投射出一個棋盤狀的網格圖像，以此來對焊接部位進行區域劃分，並對劃分後的區域進行編號；在光線不足的情況下可以通過 光線增強模塊增強被拍攝物體表面的光度，提高拍攝效果，滿足特殊情況下的使用要求。光線增強模塊具有高頻穩定和低功耗的特性，並且和單眼相機快門同步控制，當快門按下時，單眼相機向控制器發出信號，打開光線增強模塊對表面進行拍攝，延遲 1s 後關閉光線增強模塊；與此同時，指示模塊是一個安裝在單眼相機天文望遠鏡上的強光雷射器，它與攝像鏡頭同步轉動，從而標記出表面投影方格的被拍攝區域；在使用單眼相機對網格區域進行拍照的同時，安裝在天文望遠鏡上的雷射器便會標記出單眼相機正在拍攝的網格區域同時 CCD 數字相機也會對橋梁底面進行拍攝，並將圖像傳到控制器中，經過控制器對雷射器雷射標記的識別，判斷出正在拍攝圖像的方格區域，然後將幻燈片圖片相關方格進行標記，再通過投影儀將圖片投射到焊接部位，由此可以直觀地分辨出已拍攝區域和待拍攝區域，避免了拍攝圖像的不連續、漏拍或重複拍攝現象，提高了檢測的準確度；

（5）獲取焊接圖像後的處理：採用中值濾波方法對焊接縫圖像進行濾波處理，中值濾波能較好地保留圖像邊緣，圖像輪廓比較清晰，可以得到比較好的平滑效果；圖像分割，一般圖像由背景和目標物體組成，由於他們對光線的反射能力不同，通常情況下，焊接縫較背景暗，因此可以選擇一個灰度閾值將物體區域分割開來；去燥二值化處理；圖像分割和焊接縫圖像識別；

（6）最後將處理後的焊接縫圖像進行地址定位和標記，並存儲在存儲模塊中。

進一步的，所述爬壁機器人自動焊接的裝置包括爬壁機器人，調節機械臂和自動焊接裝置，所述爬壁機器人與建築物牆壁通過磁力連接，所述爬壁機器人活動運動在建築物牆壁上，所述爬壁機器人上固定連接有調節機械臂的一端，所述調節機械臂的另一端連接有自動焊接裝置；

所述自動焊接裝置包括控制器，所述控制器的輸入端分別連接有溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、圖像處理模塊，所述圖像處理模塊還連接有圖像獲取模塊，所述控制器的輸出端分別電連接有報警模塊、無線通訊模塊、電機驅動模塊、焊接設備和調節機械臂，所述電機驅動模塊還連接有爬壁機器人，所述控制器還連接有存儲模塊和電源模塊。

進一步的，所述建築物牆壁包括豎直方向和水平方向的牆壁。

進一步的，所述調節機械臂採用360°全方向調節。

進一步的，所述控制器採用單片機或PLC。

進一步的，所述焊接設備包括送絲機和焊槍。

進一步的，所述圖像獲取模塊包括投影模塊、攝影模塊、放大望遠模塊、指示模塊和光線增強模塊；所述攝影模塊包括單眼相機與和 CCD 數字相機，放大望遠模塊由一個可自動控制轉動的天文望遠鏡鏡頭組成，指示模塊是一個安裝在天文望遠鏡上的強光雷射器，光線增強模塊是一個和相機快門同步控制的閃光燈。

進一步的，所述圖像處理模塊包括濾波模塊、去燥模塊、圖像分割模塊和焊縫識別模塊。

有益效果：本發明適用於橋梁結構混凝土、高大混凝土等危險性較大的結構的靈活焊接與檢測，無需搭設支架或輔助機械配合人工檢測，可實現遠程控制，大大降低了焊接人員的安全風險。

附圖說明

圖1為本發明一個實施例的結構示意圖；

圖2為本發明的控制原理結構框圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示的一種爬壁機器人自動焊接的裝置，包括爬壁機器人1，調節機械臂2和自動焊接裝置3，所述爬壁機器人1與建築物牆壁通過磁力連接，所述爬壁機器人1活動運動在建築物牆壁上，所述爬壁機器人1上固定連接有調節機械臂2的一端，所述調節機械臂2的另一端連接有自動焊接裝置3；

所述自動焊接裝置3包括控制器，所述控制器的輸入端分別連接有溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、圖像處理模塊，所述圖像處理模塊還連接有圖像獲取模塊，所述控制器的輸出端分別電連接有報警模塊、無線通訊模塊、電機驅動模塊、焊接設備和調節機械臂2，所述電機驅動模塊還連接有爬壁機器人1，所述控制器還連接有存儲模塊和電源模塊。

作為上述實施例的進一步優化：

建築物牆壁包括豎直方向牆壁5和水平方向的牆壁4，爬壁機器人1可以自由的在豎直方向牆壁5和水平方向的牆壁4上自由活動，以保證檢測的全方位覆蓋。同時本發明的調節機械臂2採用360°全方向調節，從而實現了無死角的檢測。

所述焊接設備包括送絲機和焊槍。

所述圖像獲取模塊包括投影模塊、攝影模塊、放大望遠模塊、指示模塊和光線增強模塊；所述攝影模塊包括單眼相機與和 CCD 數字相機，放大望遠模塊由一個可自動控制轉動的天文望遠鏡鏡頭組成，指示模塊是一個安裝在天文望遠鏡上的強光雷射器，光線增強模塊是一個和相機快門同步控制的閃光燈。

所述圖像處理模塊包括濾波模塊、去燥模塊、圖像分割模塊和焊縫識別模塊。

下面針對本發明的具體的檢測原理和過程進一步進行說明：

（1）首先將自動焊接裝置與爬壁機器人進行固定連接；

（2）預設爬壁機器人按照既定路線或者採用無線遙控的路線進行移動；

（3）爬壁機器人移動的同時啟動調節機械臂和自動焊接裝置，調節機械臂進行360°無死角焊接，自動焊接裝置進行裂紋構件的焊接和焊接後的焊縫圖像獲取和處理；

（4）自動焊接裝置進行焊接後的圖像獲取時，首先通過投影模塊向焊接表面投射出一個棋盤狀的網格圖像，以此來對焊接部位進行區域劃分，並對劃分後的區域進行編號；在光線不足的情況下可以通過 光線增強模塊增強被拍攝物體表面的光度，提高拍攝效果，滿足特殊情況下的使用要求。光線增強模塊具有高頻穩定和低功耗的特性，並且和單眼相機快門同步控制，當快門按下時，單眼相機向控制器發出信號，打開光線增強模塊對表面進行拍攝，延遲 1s 後關閉光線增強模塊；與此同時，指示模塊是一個安裝在單眼相機天文望遠鏡上的強光雷射器，它與攝像鏡頭同步轉動，從而標記出表面投影方格的被拍攝區域；在使用單眼相機對網格區域進行拍照的同時，安裝在天文望遠鏡上的雷射器便會標記出單眼相機正在拍攝的網格區域同時 CCD 數字相機也會對橋梁底面進行拍攝，並將圖像傳到控制器中，經過控制器對雷射器雷射標記的識別，判斷出正在拍攝圖像的方格區域，然後將幻燈片圖片相關方格進行標記，再通過投影儀將圖片投射到焊接部位，由此可以直觀地分辨出已拍攝區域和待拍攝區域，避免了拍攝圖像的不連續、漏拍或重複拍攝現象，提高了檢測的準確度；

（5）獲取焊接圖像後的處理：採用中值濾波方法對焊接縫圖像進行濾波處理，中值濾波能較好地保留圖像邊緣，圖像輪廓比較清晰，可以得到比較好的平滑效果；圖像分割，一般圖像由背景和目標物體組成，由於他們對光線的反射能力不同，通常情況下，焊接縫較背景暗，因此可以選擇一個灰度閾值將物體區域分割開來；去燥二值化處理；圖像分割和焊接縫圖像識別；

（6）最後將處理後的焊接縫圖像進行地址定位和標記，並存儲在存儲模塊中。

本發明適用於橋梁結構混凝土、高大混凝土等危險性較大的結構的靈活焊接與檢測，無需搭設支架或輔助機械配合人工檢測，可實現遠程控制，大大降低了焊接人員的安全風險。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。