專利名稱：一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及焊接機(jī)器人技術(shù)，具體為一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人，特別是一種可自動(dòng)識(shí)別焊縫，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤焊縫進(jìn)行焊接的管道環(huán)形焊接機(jī)器人，國(guó)際專利分類號(hào)擬為Int.Cl7B25J 11/00。
背景技術(shù)：
焊接機(jī)器人是一種可自動(dòng)進(jìn)行焊接的機(jī)器設(shè)備，具有工作效率高，焊接質(zhì)量好，節(jié)省人力，安全可靠等特點(diǎn)，是一種現(xiàn)代制造技術(shù)。管道環(huán)形焊接機(jī)器人是焊接機(jī)器人的一種，主要用于各種大型管道的環(huán)形焊接。例如，我國(guó)重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目西氣東輸、南水北調(diào)、石油輸送、三峽水電站和隧道等大型工程施工所需的各種大型運(yùn)送管道的連接，就急需大量高效優(yōu)質(zhì)的管道環(huán)焊機(jī)器人。但現(xiàn)有的管道環(huán)形焊接設(shè)備工作前需要先在大型管道上鋪設(shè)焊接導(dǎo)向的機(jī)械模板或裝置，或者在大型管道上畫出與焊縫相平行的標(biāo)記線，以引導(dǎo)焊接設(shè)備進(jìn)行環(huán)焊。這種前期輔助工作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人員操作要求高，效率低，特別是安裝焊接導(dǎo)向的機(jī)械模板，或是描畫所述的標(biāo)記線，都需要操作人員來完成，因而其素質(zhì)的高低和工作態(tài)度的好壞，或者說其工作精度和質(zhì)量好壞，都將直接影響焊接效果的穩(wěn)定和優(yōu)劣，也影響焊接的工作效率和自動(dòng)化功能的發(fā)揮，甚至?xí)?dǎo)致質(zhì)量或安全隱患。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題就是提供一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人，它可自動(dòng)識(shí)別焊縫，并可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤焊縫進(jìn)行焊接，具有工作效率高，焊接質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省人力，減少物耗等優(yōu)點(diǎn)。
本實(shí)用新型解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)的一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人，其特征在于它包括行走車、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)、前視覺傳感器與后視覺傳感器、焊槍機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及焊接電源系統(tǒng)；所述的行走車包括安裝在車體上的四個(gè)永磁車輪及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)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；所述的水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)用連接板連接，并固裝在行走車的上表面上；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(dòng)電機(jī)和水平導(dǎo)軌、水平驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)和豎直導(dǎo)軌，豎直驅(qū)動(dòng)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；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)；所述的后視覺傳感器與前視覺傳感器結(jié)構(gòu)相同，安裝在所述水平箱體的后側(cè)；所述的前、后視覺傳感器安裝位置均應(yīng)使其垂直對(duì)準(zhǔn)焊接管道的焊縫；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固定焊槍的可調(diào)焊槍夾頭，可調(diào)焊槍夾頭可使焊槍沿被焊管道的法向調(diào)整；所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、電纜和相應(yīng)軟件；計(jì)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，行走車、水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)和焊接電源系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過軟件操控行走車和所述的其他全部機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作。
本實(shí)用新型的管道環(huán)形焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操控的通過永磁車輪可貼附在焊接管道表面平穩(wěn)運(yùn)行的行走車，并且行走車的運(yùn)動(dòng)取決于計(jì)算機(jī)源于所述的前、后視覺傳感器和CCD攝像機(jī)采集的焊接管道焊縫信息的分析判斷，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)指令所述的水平和豎直執(zhí)行機(jī)構(gòu)跟蹤管道焊縫，自動(dòng)識(shí)別管道焊縫，并指令焊槍準(zhǔn)確工作，完成自動(dòng)焊接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型管道環(huán)形焊接機(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(dòng)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(shí)別技術(shù)直接由計(jì)算機(jī)控制行走車自動(dòng)實(shí)現(xiàn)焊縫跟蹤運(yùn)動(dòng)，減少了大量輔助工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，也降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。另外，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的管道環(huán)形焊接機(jī)器人還可以自動(dòng)識(shí)別焊縫的幾何形狀，并通過計(jì)算機(jī)對(duì)管道焊道數(shù)目、層數(shù)以及行走車的跟蹤運(yùn)動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行規(guī)劃，可以保證焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和最優(yōu)化。


圖1為本實(shí)用新型管道環(huán)形焊接機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的主視示意圖；圖2為本實(shí)用新型管道環(huán)形焊接機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖；圖3為本實(shí)用新型管道環(huán)形焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步敘述本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種管道環(huán)形焊接機(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(jì)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(gè)永磁車輪12及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13和驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)22和水平導(dǎo)軌24、水平驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)33和豎直導(dǎo)軌32，豎直驅(qū)動(dòng)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(duì)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6 3沿被焊管道9的法向調(diào)整；所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7包括計(jì)算機(jī)71、電纜72和相應(yīng)軟件；計(jì)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(jì)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。
本實(shí)用新型所述管道環(huán)形焊接機(jī)器人的工作原理如下將本實(shí)用新型所述管道環(huán)形焊接機(jī)器人放置在被焊接的管道9外表面上，由4個(gè)永磁車輪12將所述管道環(huán)形焊接機(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(duì)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(jì)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(dòng)。如果在焊槍彎板61上固裝著的焊槍63偏離焊縫91中心，計(jì)算機(jī)71控制水平跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2實(shí)現(xiàn)水平跟蹤運(yùn)動(dòng)，使焊槍63重新對(duì)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(duì)位置信息送給計(jì)算機(jī)71，進(jìn)而控制行走車體1實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫91的自動(dòng)跟蹤。
本實(shí)用新型計(jì)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(hào)通過圖像采集卡傳給計(jì)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(dòng)控制模塊根據(jù)焊縫91的軌跡信息指令運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)焊接。因此，本實(shí)用新型環(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(shí)別的焊縫91路徑實(shí)現(xiàn)跟蹤運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)焊接。
本實(shí)用新型管道環(huán)型焊接機(jī)器人的工作是基于視覺焊縫的自動(dòng)識(shí)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(dòng)焊接，工序簡(jiǎn)化，質(zhì)量穩(wěn)定，效率提高。
權(quán)利要求1.一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人，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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7和焊接電源系統(tǒng)10；所述的行走車1包括安裝在車體11上的四個(gè)永磁車輪12及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)13和驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)22和水平導(dǎo)軌24、水平驅(qū)動(dòng)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(dòng)電機(jī)33和豎直導(dǎo)軌32，豎直驅(qū)動(dòng)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4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(duì)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的另一端安裝有可固定焊槍63、并可使焊槍63沿被焊管道9法向調(diào)整的可調(diào)焊槍夾頭62；所述的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)7包括計(jì)算機(jī)71、電纜72和相應(yīng)軟件；計(jì)算機(jī)71通過電纜72分別連接可獲取焊縫10的幾何形狀與位置信息的所述前、后視覺傳感器4和5、所述行走車1、水平與豎直跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和3以及焊接電源系統(tǒng)10。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種管道環(huán)形焊接機(jī)器人，其特征在于它包括行走車、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)、前視覺傳感器與后視覺傳感器、焊槍機(jī)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以及焊接電源系統(tǒng)。本實(shí)用新型管道環(huán)形焊接機(jī)器人設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)操控的通過永磁車輪可貼附在焊接管道表面平穩(wěn)運(yùn)行的行走車，并且行走車的運(yùn)動(dòng)取決于計(jì)算機(jī)源于所述的前、后視覺傳感器和CCD攝像機(jī)采集的焊接管道焊縫信息的分析判斷，同時(shí)通過計(jì)算機(jī)指令所述的水平和豎直執(zhí)行機(jī)構(gòu)跟蹤管道焊縫，自動(dòng)識(shí)別管道焊縫，并指令焊槍準(zhǔn)確工作，完成自動(dòng)焊接。
文檔編號(hào)B25J5/00GK2726836SQ20042002986
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者岳宏, 李慨, 李洪來, 趙海文, 戴士杰 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)