CN106182038A - 一种水下自动焊接机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及焊接机器人领域，具体涉及一种水下自动焊接机器人，包括机器人主体，超声波成像单元，该超声波成像单元包括发送接收模块和成像处理模块，焊缝识别单元，该焊缝识别单元包括预处理模块、特征提取模块和焊缝类型识别模块。本发明通过设计一种水下自动焊接机器人，采用超声波成像单元采集待焊对象的图像，采用焊缝识别单元提取焊接位置的特征值，并根据特征值控制焊接机器人实现精准焊接，提高水下成像效果，提高水下焊接效率和精确度，降低生产成本。

Description

一种水下自动焊接机器人
技术领域
本发明涉及焊接机器人领域，具体涉及一种水下自动焊接机器人。
背景技术
当前，对于水下焊接存在以下问题要解决：
1、人工焊接方式精度和效率都不高；
2、机械焊接的方式存在需要适应水下环境的具体结构，尤其需要克服水下各类干扰的图像处理设备；
3、缺乏自动焊接设备。
因而，现有技术中，无法采用机械焊接的方式进行水下设备的焊接，导致当前焊接方式速度慢且不够准确。
为此，需要一种能够处理水下各种干扰的机械化自动焊接方案首先能够提高水下激光图像的成像效果，然而能够适应水下环境，能够识别焊缝类型，最后需要一套能够自动焊接的焊接设备。
但是现有采用水下激光图像的成像的水下机器人，其成像精确度虽高，但是成本也高，同时在水质不好的水下环境，其成像效果差，适用范围小。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种水下自动焊接机器人，提高水下成像效果，以及高提水下焊接效率和精确度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种水下自动焊接机器人，包括：
机器人主体，该机器人主体包括运动单元，该运动单元根据预设运动轨迹或控制命令，控制机器人主体在水下移动；
超声波成像单元，该超声波成像单元包括发送接收模块和成像处理模块，该发送接收模用于对待焊对象发送超声波信号，并对超声回波信号进行采集，该成像处理模块根据采集的数据进行合成叠加，得到高频采样数据，并根据高频采样数据获得待焊对象的图像；
焊缝识别单元，该焊缝识别单元包括预处理模块、特征提取模块和焊缝类型识别模块；
该预处理模块与超声波成像单元连接，该预处理模块用于对生产的图像进行中值滤波，以及去除中值滤波后的图像的随机噪声，以及增强去除随机噪声的图像，获得滤波增强图像；
该特征提取模块基于滤波增强图像灰度阈值范围，并提取滤波增强图像的特征值，该特征值包括孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；
该焊缝类型识别模块根据滤波增强图像的特征值，对待焊对象实现自动焊接。
其中，较佳方案是，该成像处理模块包括数据合成模块，该数据合成模块用于将采集的数据按照时序关系进行合成叠加，得到高频采样数据。
其中，较佳方案是：该发送接收模块为超声波换能器，该超声波换能器为单个设置，或者，由多个组成的阵列。
其中，较佳方案是：该超声波成像单元包括LNA低噪声信号放大模块、 PGA可编程增益放大模块、LPF可配置模拟滤波模块和ADC高精度模数转换模块；
该LNA低噪声信号放大模块用于将接收的超声波信号进行第一级放大；
该PGA可编程增益放大模块用于第一级放大的超声波信号进行第二级放大，该第二级放大的放大倍数可控；
该LPF可配置模拟滤波模块用于调整低通滤波的截止频率，将第二级放大后的超声波信号中高于所述截止频率的高频噪声滤除；
该ADC高精度模数转换模块用于将经过高频噪声滤除后的超声波信号转换为超声回波信号。
其中，较佳方案是：该超声波成像单元还包括逻辑控制模块，该逻辑控制模块用于控制第二级放大的放大倍数。
其中，较佳方案是，该机器人主体还包括：
电焊钳，用于固定焊条，该焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；
安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；
接地夹，被固定在待焊接工件上；
电焊机，负极连接至电焊钳，正极接地；
电焊钳驱动设备，与电焊钳连接，用于驱动电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；
电焊钳驱动电机，为电焊钳驱动设备对电焊钳的驱动提供动力。
其中，较佳方案是：该机器人主体包括机械臂，该接地夹设置在机械臂上。
其中，较佳方案是：该运动单元包括横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，该横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨均包括一直流电机，该直流 电机分别带动横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为水下机器人主体提供6个自由度的推进动力。
其中，较佳方案是：该机器人主体包括一真空固定机构，该固定机构根据待焊对象的位置，将机器人主体真空附着在待焊对象的表面。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种水下自动焊接机器人，采用超声波成像单元采集待焊对象的图像，采用焊缝识别单元提取焊接位置的特征值，并根据特征值控制焊接机器人实现精准焊接，提高水下成像效果，提高水下焊接效率和精确度，降低生产成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明水下自动焊接机器人的控制框图；
图2是本发明成像处理模块的控制框图；
图3是本发明超声波成像单元的控制框图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。
如图1所示，本发明提供一种水下自动焊接机器人的优选实施例。
一种水下自动焊接机器人，包括：
机器人主体，该机器人主体包括运动单元，该运动单元根据预设运动轨迹或控制命令，控制机器人主体在水下移动。
超声波成像单元20，该超声波成像单元20包括发送接收模块21和成像处理模块22，该发送接收模用于对待焊对象发送超声波信号，并对超声回波 信号进行采集，该成像处理模块22根据采集的数据进行合成叠加，得到高频采样数据，并根据高频采样数据获得待焊对象的图像。
焊缝识别单元30，该焊缝识别单元30包括预处理模块31、特征提取模块32和焊缝类型识别模块33。采用多重滤波方式对图像进行预处理，优化水下超声波成像技术，同时，优化智能自动焊接技术，使得水下自动焊接成为可能。
具体地，该预处理模块31与超声波成像单元20连接，该预处理模块31用于对生产的图像进行中值滤波，以及去除中值滤波后的图像的随机噪声，以及增强去除随机噪声的图像，获得滤波增强图像；该特征提取模块32基于滤波增强图像灰度阈值范围，并提取滤波增强图像的特征值，该特征值包括孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；该焊缝类型识别模块33根据滤波增强图像的特征值，对待焊对象实现自动焊接。
其中，根据特征值(包括孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度)，获取待焊对象的最佳焊接位置，提高焊接精度。
进一步地，该发送接收模块21为超声波换能器，该超声波换能器为单个设置，或者，由多个组成的阵列。
如图2所示，本发明提供数据合成模块221的较佳实施例。
成像处理模块22包括数据合成模块221，该数据合成模块221用于将采集的数据按照时序关系进行合成叠加，得到高频采样数据。
在采样信号上升沿时，对每次信号进行数据采集，将采集的数据按照时序关系进行合成叠加，得到高频采样数据。时序叠加次数越多，得到高频采样数据的精度就会越高。
如图3所示，本发明提供超声波成像单元20的较佳实施例。
超声波成像单元20包括LNA低噪声信号放大模块23、PGA可编程增益放大模块24、LPF可配置模拟滤波模块25和ADC高精度模数转换模块26。
该LNA低噪声信号放大模块23用于将接收的超声波信号进行第一级放大。
该PGA可编程增益放大模块24用于第一级放大的超声波信号进行第二级放大，该第二级放大的放大倍数可控。其中，是PGA可编程增益放大模块24是可以通过SPI串行通信总线受控于核心逻辑器件FPGA(Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列，实现增益可调，也就是放大的倍数可以通过编程的方式调整。
该LPF可配置模拟滤波模块25用于调整低通滤波的截止频率，将第二级放大后的超声波信号中高于所述截止频率的高频噪声滤除。其中，LPF可配置模拟滤波单元可以是一个可配置的模拟低通滤波器，是可以通过SPI串行通信总线受控于核心逻辑器件FPGA，可以根据信号的变化，调整低通滤波的截止频率，滤除大于截止频率的高频噪声。
该ADC高精度模数转换模块26用于将经过高频噪声滤除后的超声波信号转换为超声回波信号。其中，ADC高精度模数转换单元的工作参数设置，也可以通过SPI串行通信总线受控于核心逻辑器件FPGA，可以根据信号的变化，调整采样频率及采样精度。
进一步地，该超声波成像单元20还包括逻辑控制模块27，该逻辑控制模块27用于控制第二级放大的放大倍数。
在本发明中，提供一种机器人主体的较佳实施例。
机器人主体还包括：
电焊钳，用于固定焊条，该焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；
安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；
接地夹，被固定在待焊接工件上；
电焊机，负极连接至电焊钳，正极接地；
电焊钳驱动设备，与电焊钳连接，用于驱动电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；
电焊钳驱动电机，为电焊钳驱动设备对电焊钳的驱动提供动力。
进一步地，该机器人主体包括机械臂，该接地夹设置在机械臂上。
进一步地，该运动单元包括横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，该横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨均包括一直流电机，该直流电机分别带动横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为水下机器人主体提供6个自由度的推进动力。
进一步地，该机器人主体包括一真空固定机构，该固定机构根据待焊对象的位置，将机器人主体真空附着在待焊对象的表面。
以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (9)

1.一种水下自动焊接机器人，其特征在于，包括：
机器人主体，该机器人主体包括运动单元，该运动单元根据预设运动轨迹或控制命令，控制机器人主体在水下移动；
超声波成像单元，该超声波成像单元包括发送接收模块和成像处理模块，该发送接收模用于对待焊对象发送超声波信号，并对超声回波信号进行采集，该成像处理模块根据采集的数据进行合成叠加，得到高频采样数据，并根据高频采样数据获得待焊对象的图像；
焊缝识别单元，该焊缝识别单元包括预处理模块、特征提取模块和焊缝类型识别模块；
该预处理模块与超声波成像单元连接，该预处理模块用于对生产的图像进行中值滤波，以及去除中值滤波后的图像的随机噪声，以及增强去除随机噪声的图像，获得滤波增强图像；
该特征提取模块基于滤波增强图像灰度阈值范围，并提取滤波增强图像的特征值，该特征值包括孔数、圆度、角点数、凸凹度、光滑度、长径比、紧密度和主轴角度；
该焊缝类型识别模块根据滤波增强图像的特征值，对待焊对象实现自动焊接。
2.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于，该成像处理模块包括数据合成模块，该数据合成模块用于将采集的数据按照时序关系进行合成叠加，得到高频采样数据。
3.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该发送接收模块为超声波换能器，该超声波换能器为单个设置，或者，由多个组成的阵列。
4.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该超声波成像单元包括LNA低噪声信号放大模块、PGA可编程增益放大模块、LPF可配置模拟滤波模块和ADC高精度模数转换模块；
该LNA低噪声信号放大模块用于将接收的超声波信号进行第一级放大；
该PGA可编程增益放大模块用于第一级放大的超声波信号进行第二级放大，该第二级放大的放大倍数可控；
该LPF可配置模拟滤波模块用于调整低通滤波的截止频率，将第二级放大后的超声波信号中高于所述截止频率的高频噪声滤除；
该ADC高精度模数转换模块用于将经过高频噪声滤除后的超声波信号转换为超声回波信号。
5.根据权利要求4所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该超声波成像单元还包括逻辑控制模块，该逻辑控制模块用于控制第二级放大的放大倍数。
6.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于，该机器人主体还包括：
电焊钳，用于固定焊条，该焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；
安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；
接地夹，被固定在待焊接工件上；
电焊机，负极连接至电焊钳，正极接地；
电焊钳驱动设备，与电焊钳连接，用于驱动电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；
电焊钳驱动电机，为电焊钳驱动设备对电焊钳的驱动提供动力。
7.根据权利要求6所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该机器人主体包括机械臂，该接地夹设置在机械臂上。
8.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该运动单元包括横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，该横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨均包括一直流电机，该直流电机分别带动横向螺旋桨、竖向螺旋桨和纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为水下机器人主体提供6个自由度的推进动力。
9.根据权利要求1所述的水下自动焊接机器人，其特征在于：该机器人主体包括一真空固定机构，该固定机构根据待焊对象的位置，将机器人主体真空附着在待焊对象的表面。
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