CN108672889A - 一种基于机器人的水下智能焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器人的水下智能焊接系统，包括固定单元、移动单元、获取单元、焊接单元、储存单元和分析单元，所述固定单元用于通过磁力和连接装置使机器人和待焊接工件固定连接，所述移动单元用于控制机器人在水中的移动，所述获取单元用于获取水体和待焊接工件的具体信息，检测工件的完整性和实时获取焊接过程中的操作流程，所述焊接单元用于对待焊接工件进行焊接处理，所述分析单元用于分析所述获取单元和储存单元上传的信息，形成不同的命令指令，并发送给对应的单元行进执行；本发明通过上述单元的设置更加精确的确定焊缝的位置，进行焊接，在焊接过后通过清理单元进行焊渣和废料的清理，保护环境。

Description

一种基于机器人的水下智能焊接系统

技术领域

本发明涉及水下焊接领域，具体涉及一种基于机器人的水下智能焊接系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展、能源战略的迫切需求，海洋工程不断地向深海推进。水下焊接作为海洋工程领域的重要技术，正受到越来越多的关注。从海上油气平台的安装建

造到海底管线的铺设维修，从海上打捞营救工作到大型船舰的应急修理，随处可见水下焊接的身影。水下焊接机器人的研究，推动了水下焊接行业的发展，相比较于以前的人工水下焊接，水下焊接机器人的焊接效率更高，焊接工程质量更可靠，焊接成本更低廉，是海底工程发展的基础。由于水下环境的复杂性和不确定性，目前还没有焊接机器人从事完全的水下焊接活动。影响水下焊缝质量的因素很多，但焊接时电弧是否稳定燃烧是基本要求。与通常的焊接电弧相比，水环境下的电弧由于水压力及其他因素的影响，其燃烧的稳定性很差。从机理上分析，要使水下电弧燃烧稳定，就必须有相应的电源与之匹配，能够建立稳定的电源-电弧系统。从国内外相关应用及研究报道来看，水下焊接通常直接使用陆上通用型焊接系统，或者在通用型焊接系统的基础上进行结构微调。也就是说，水下焊接工艺的调整只能依赖于现有通用焊接系统的性能，即只能是工艺去适应电源，还无法做到电源去适应水下焊接工艺。

发明内容

发明目的：

本发明是针对现在的水下智能焊接系统不能很好的进行焊缝的找寻和焊接，在焊接时会造成环境的污染的问题所提出的一种基于机器人的水下智能焊接系统，能够有效的解决现在水下智能焊接系统不能很好的进行焊缝的找寻和焊接，在焊接时会造成环境污染的问题，提高水下焊接工程的流畅性和准确性，减少环境的污染。

技术方案：

一种基于机器人的水下智能焊接系统，包括固定单元、移动单元、获取单元、焊接单元、储存单元和分析单元，所述固定单元用于通过磁力和连接装置使机器人和待焊接工件固定连接；所述移动单元用于控制机器人在水中的移动，通过压力和距离测量来控制机器人在待焊接工件上的移动；所述获取单元用于获取水体和待焊接工件的具体信息，检测工件的完整性和实时获取焊接过程中的操作流程；所述焊接单元用于对待焊接工件进行焊接处理，通过切割设备和排水装置进行预处理，然后进行焊接；所述储存单元用于储存记录整个焊接过程和其他的水下焊接资料；所述分析单元用于分析所述获取单元和储存单元上传的信息，形成不同的命令指令，并发送给对应的单元进行执行。

进一步地，所述固定单元包括吸附模块和连接模块，所述吸附模块用于吸附和牵引机器人，包括吸盘和电磁铁，所述电磁铁设置在所述吸盘外侧，所述吸盘中间设有吹气口，所述吸盘一侧设有旋转轴；所述连接模块用于连接所述机器人和待焊接工件，包括连接杆、夹棒、弹簧和接口，所述夹棒设置在所述连接杆一侧，所述弹簧设置在所述连接杆表面，所述接口设置在所述夹棒一侧，所述连接杆表面设有橡胶层。

进一步地，所述移动单元包括水中移动模块和工件移动模块，所述水中移动模块用于机器人在水中移动，包括正螺旋桨、反螺旋桨、差速电机和抽水箱，所述正、反螺旋桨连接差速电机，控制机器人的位移和转向；所述工件移动模块用于机器人在待焊接工件上的移动，包括压力感应器、红外感应器、吸附板和滑轮，所述滑轮、吸附板设置于所述夹棒一侧。

进一步地，所述获取单元包括摄取模块、声波模块和检测模块，所述摄取模块用于获取待焊接工件位置情况，拍摄待焊接工件附近环境情况；所述声波模块用于探测待焊接工件信息，绘制成超声波图像，并将摄取模块的信息进行比对，发送给所述分析单元；所述检测模块用于检测焊接过程中温度、气体含量、气压和焊接用时。

进一步地，所述焊接单元包括焊枪、外罩、里罩、喷气孔、切割盘和转动杆，所述转动杆连接所述切割盘，所述外罩设置在里罩外侧，所述焊枪和喷气孔设置在所述里罩内部。

进一步地，所述储存单元包括储存模块和对比模块，所述储存模块用于存储机器人在工作时的信息和获取其他水下焊接资料；所述对比模块用于对比每次的焊接过程和获取的资料，分析出最佳的焊接方式。

进一步地，所述分析单元通过所述获取单元获取的信息，根据待焊接工件表面凹凸程度、裂纹长度分析待焊接区域，建立三维坐标轴进行焊接。

进一步地，所述焊接系统还设有清理单元，用于清理待焊接工件和回收焊接过程产生的废料和气体。

本发明实现以下有益效果：

1.本发明通过固定单元来连接待焊接工件，利用吸附模块和连接模块达到靠近和连接的作用，通过获取单元获取待焊接工件具体情况，利用坐标体现焊缝的具体位置，进行焊接，提高焊机的准确性。

2.本发明通过清理单元来清理焊接过程中产生的废气和焊渣，保护环境的健康，通过储存单元来存储修理和网络记录，改进焊接的过程，利于焊接系统的改善和智能性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本发明水下智能焊接系统结构框图；

图2为本发明一个实施例的固定单元结构框图；

图3为本发明一个实施例的移动单元结构框图；

图4为本发明一个实施例的获取单元结构框图；

图5为本发明一个实施例的储存单元结构框图。

附图标记：

固定单元010；移动单元020；获取单元030；焊接单元040；储存单元050；分析单元060；清理单元070；吸附模块011；连接模块012；水中移动模块021；工件移动模块022；摄取模块031；声波模块032；检测模块033；储存模块041；对比模块042。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参见图1-5，本发明提供一种技术方案，一种基于机器人的水下智能焊接系统，包括固定单元010、移动单元020、获取单元030、焊接单元040、储存单元050和分析单元060，其中，所述固定单元010用于通过磁力和连接装置使机器人和待焊接工件固定连接，通过磁力的检测来判断待焊接工件的距离并靠近，利用连接工件来和待焊接工件相连；所述移动单元020用于控制机器人在水中的移动，通过压力和距离测量来控制机器人在待焊接工件上的移动，通过压力感应器和红外传感器来准确判断工件的加工区域，进行准确的加工区域的切换；所述获取单元030用于获取水体和待焊接工件的具体信息，检测工件的完整性和实时获取焊接过程中的操作流程，所述焊接工件的信息包括焊件的长度、凹凸度、硬度和凹凸区域的长度宽度；所述焊接单元040用于对待焊接工件进行焊接处理，通过切割设备和排水装置进行预处理，然后进行焊接，通过排水处理使待焊接区域呈干燥状态，进行焊接；所述储存单元050用于储存记录整个焊接过程和其他的水下焊接资料，通过对比分析不同的信息，进行最佳的焊接选取；所述分析单元060用于分析所述获取单元030和储存单元050上传的信息，形成不同的命令指令，并发送给对应的单元进行执行。

其中，所述固定单元010包括吸附模块011和连接模块012，所述吸附模块011用于吸附和牵引机器人，包括吸盘和电磁铁，所述电磁铁设置在所述吸盘外侧，所述吸盘中间设有吹气口，所述吸盘一侧设有旋转轴，通过所述电磁铁来感应待焊接工件的具体位置，利用吸盘进行初步的吸附，在吸附过程中，通过旋转轴的旋转来清理工件表面杂物，利用吹气口来排出吸盘内气体，达到更好的吸附的作用；所述连接模块012用于连接所述机器人和待焊接工件，包括连接杆、夹棒、弹簧和接口，所述夹棒设置在所述连接杆一侧，所述弹簧设置在所述连接杆表面，所述接口设置在所述夹棒一侧，所述连接杆表面设有橡胶层，通过夹棒来固定所述机器人，利用连接杆来使两侧的夹棒连接，通过橡胶层来使所述连接杆和待焊接工件紧密相贴。

其中，所述移动单元020包括水中移动模块021和工件移动模块022，所述水中移动模块021用于机器人在水中移动，包括正螺旋桨、反螺旋桨、差速电机和抽水箱，所述正、反螺旋桨连接差速电机，控制机器人的位移和转向，通过差速电机的运行使正、反螺旋桨得到不同的驱动力促使其转向，利用抽水箱来抽取和排出水，帮助下潜和上升；所述工件移动模块022用于机器人在待焊接工件上的移动，包括压力感应器、红外感应器、吸附板和滑轮，所述滑轮、吸附板设置于所述夹棒一侧，通过压力感应器和红外感应器来测量水体的压力和机器人的高度，通过两者结合测算出下移的具体高度，利用滑轮和吸附板来完成下移。

其中，所述获取单元030包括摄取模块031、声波模块032和检测模块033，所述摄取模块031用于获取待焊接工件位置情况，拍摄待焊接工件附近环境情况，焊件的长度、凹凸度、硬度、凹凸区域的长度宽度和附近水体里的杂物；所述声波模块032用于探测待焊接工件信息，绘制成超声波图像，并将摄取模块031的信息进行比对，对比凹凸的区域和长度，确定焊缝的具体位置和大小，并发送给所述分析单元060；所述检测模块033用于检测焊接过程中温度、气体含量、气压和焊接用时，防止焊接发生意外。

其中，所述焊接单元040包括焊枪、外罩、里罩、喷气孔、切割盘和转动杆，所述转动杆连接所述切割盘，所述外罩设置在里罩外侧，所述焊枪和喷气孔设置在所述里罩内部，通过切割盘来切割待焊接物件表面，清除表面的杂质和不利于焊接的连接，通过喷气孔喷出气体来排出水，所述里罩和外罩为防水透气材质，上面设有吸附材质，通过吸附材质来吸附焊接过程中产生的烟雾污染。

其中，所述储存单元050包括储存模块041和对比模块042，所述储存模块041用于存储机器人在工作时的信息和获取其他水下焊接资料；所述对比模块042用于对比每次的焊接过程和获取的资料，分析出最佳的焊接方式，通过储存模块041的信息，利用焊缝的特征和具体的环境来得出最佳的焊接方式，包括焊接的角度、时间、厚度和位置。

其中，所述分析单元060通过所述获取单元030获取的信息，根据待焊接工件表面凹凸程度、裂纹长度分析待焊接区域，建立三维坐标轴进行焊接，通过三维坐标轴来确定焊缝的具体位置，利用坐标点来进行焊接，避免了视线的干扰。

其中，所述焊接系统还设有清理单元070，用于清理待焊接工件和回收焊接过程产生的废料和气体，所述清理单元070通过吸收管和清扫棒来进行清理。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于机器人的水下智能焊接系统，包括固定单元、移动单元、获取单元、焊接单元、储存单元和分析单元，其特征在于：所述固定单元用于通过磁力和连接装置使机器人和待焊接工件固定连接；所述移动单元用于控制机器人在水中的移动，通过压力和距离测量来控制机器人在待焊接工件上的移动；所述获取单元用于获取水体和待焊接工件的具体信息，检测工件的完整性和实时获取焊接过程中的操作流程；所述焊接单元用于对待焊接工件进行焊接处理，通过切割设备和排水装置进行预处理，然后进行焊接；所述储存单元用于储存记录整个焊接过程和其他的水下焊接资料；所述分析单元用于分析所述获取单元和储存单元上传的信息，形成不同的命令指令，并发送给对应的单元进行执行。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述固定单元包括吸附模块和连接模块，所述吸附模块用于吸附和牵引机器人，包括吸盘和电磁铁，所述电磁铁设置在所述吸盘外侧，所述吸盘中间设有吹气口，所述吸盘一侧设有旋转轴；所述连接模块用于连接所述机器人和待焊接工件，包括连接杆、夹棒、弹簧和接口，所述夹棒设置在所述连接杆一侧，所述弹簧设置在所述连接杆表面，所述接口设置在所述夹棒一侧，所述连接杆表面设有橡胶层。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述移动单元包括水中移动模块和工件移动模块，所述水中移动模块用于机器人在水中移动，包括正螺旋桨、反螺旋桨、差速电机和抽水箱，所述正、反螺旋桨连接差速电机，控制机器人的位移和转向；所述工件移动模块用于机器人在待焊接工件上的移动，包括压力感应器、红外感应器、吸附板和滑轮，所述滑轮、吸附板设置于所述夹棒一侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述获取单元包括摄取模块、声波模块和检测模块，所述摄取模块用于获取待焊接工件位置情况，拍摄待焊接工件附近环境情况；所述声波模块用于探测待焊接工件信息，绘制成超声波图像，并将摄取模块的信息进行比对，发送给所述分析单元；所述检测模块用于检测焊接过程中温度、气体含量、气压和焊接用时。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述焊接单元包括焊枪、外罩、里罩、喷气孔、切割盘和转动杆，所述转动杆连接所述切割盘，所述外罩设置在里罩外侧，所述焊枪和喷气孔设置在所述里罩内部。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述储存单元包括储存模块和对比模块，所述储存模块用于存储机器人在工作时的信息和获取其他水下焊接资料；所述对比模块用于对比每次的焊接过程和获取的资料，分析出最佳的焊接方式。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述分析单元通过所述获取单元获取的信息，根据待焊接工件表面凹凸程度、裂纹长度分析待焊接区域，建立三维坐标轴进行焊接。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器人的水下智能焊接系统，其特征在于：所述焊接系统还设有清理单元，用于清理待焊接工件和回收焊接过程产生的废料和气体。