CN113118681A - 一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及声屏障检测维护技术领域，为一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，包括可沿着铁轨行走的轨道机器人，轨道机器人包含工作台，工作台上设有检测机械臂和用于对声屏障立柱进行焊接的焊接机器人，检测机械臂末端及焊接机器人的焊接手臂上均设有摄像头。控制轨道机器人沿着铁轨行走至声屏障立柱附近，然后控制检测机械臂运动带动末端摄像头对焊缝进行检测，若有缝隙，则控制焊接机器人进行焊接。将机器人系统引入声屏障立柱焊缝检测及维护中，实现焊缝检测及维护的自动化，大大减少工务段工人维护工作量；提高声屏障立柱焊缝检测及维护的效率，并实现焊缝检测中实时数据传输及存储，为“智慧铁路”的运营管理提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及声屏障检测维护技术领域，具体涉及一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统。
背景技术
声屏障立柱与立柱底板采用焊接的方式，封闭式声屏障弯弧部分以及顶部横梁往往采用焊接的方式接长，由于声屏障立柱间距小，2m一根，使得运营维护过程中焊缝检测的工作量巨大。而封闭式声屏障高度高，维护难度大，目前，仅沪杭高铁对封闭式声屏障的焊缝进行了维护。而随着时间的推移，焊缝失效的问题会显现，为行车带来安全隐患。
虽然机器人在焊接、喷涂领域都有较多的普及，但是在铁路行业，机器人的应用并不常见，尤其在声屏障维护领域，基本没有。随着时间的推移，声屏障立柱与底板之间的焊缝以及封闭式声屏障立柱本身的焊缝检测及维护的需求会越来越多，而常规的检测手段及方法难以满足日益增强的实际需求。
发明内容
本发明提供了一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，解决了以上所述常规的检测手段及方法难以满足日益增强的实际需求的技术问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，包括可沿着铁轨行走的轨道机器人，所述轨道机器人包含工作台，所述工作台上设有检测机械臂和用于对声屏障立柱进行焊接的焊接机器人，所述检测机械臂末端及焊接机器人的焊接手臂上均设有摄像头。
可选的，所述机器人系统还包括远端上位机、图像识别模块及数据传输模块，所述图像识别模块用于采集螺栓的图像信息，并通过数据传输模块将图像信息传输至远端上位机，所述远端上位机用于将图像信息与标准图形进行比对分析螺栓是否松动。
可选的，所述系统还包括定位模块，所述数据传输模块为无线收发模块，定位模块实时对轨道机器人定位，无线收发模块将定位信息传输至远端上位机。
可选的，所述检测机械臂的末端设有用于探测缝隙的超声波探头。
可选的，所述轨道机器人的前方及四周分别设有聚光灯和LED灯带。
可选的，所述轨道机器人包括滚轮，所述滚轮与所述铁轨配合滚动连接。
可选的，所述轨道机器人的工作台下方设有多个电磁铁，各所述电磁铁通电时与铁轨吸附以固定所述行走机器人。
可选的，所述焊接机器人为旋转电弧焊接机器人。
可选的，所述工作台上设有锂电池和航空电池，所述锂电池用于给轨道机器人供电，所述航空电池用于给所述检测机械臂及焊接机器人供电。
有益效果：本发明提供了一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，包括可沿着铁轨行走的轨道机器人，所述轨道机器人包含工作台，所述工作台上设有检测机械臂和用于对声屏障立柱进行焊接的焊接机器人，所述检测机械臂末端及焊接机器人的焊接手臂上均设有摄像头。控制轨道机器人沿着铁轨行走至声屏障立柱附近，然后控制检测机械臂运动带动末端摄像头对焊缝进行检测，若有缝隙，则控制焊接机器人进行焊接。将机器人系统引入声屏障立柱焊缝检测及维护中，实现焊缝检测及维护的自动化，大大减少工务段工人维护工作量；提高声屏障立柱焊缝检测及维护的效率，并实现焊缝检测中实时数据传输及存储，为“智慧铁路”的运营管理提供技术支撑。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统的侧面结构示意图；
图2为本发明用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统的俯视结构示意图；
图3为本发明用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统的旋转电弧焊接机器人的结构示意图。
附图标记说明：检测机械臂1，图像传输模块2，超声波探头3，电磁铁4，旋转电弧焊接机器人5，数据传输模块6，航空电池7，锂电池8，气瓶51，送丝机52，焊接手臂53，焊枪54，空心轴电机55，焊丝筒56。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示，本发明提供了一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，包括可沿着铁轨行走的轨道机器人，所述轨道机器人包含工作台，所述工作台上设有检测机械臂1和用于对声屏障立柱进行焊接的焊接机器人，所述检测机械臂1末端及焊接机器人的焊接手臂53上均设有摄像头。控制轨道机器人沿着铁轨行走至声屏障立柱附近，然后控制检测机械臂1运动带动末端摄像头对焊缝进行检测，若有缝隙，则控制焊接机器人进行焊接，焊接的同时可以通过焊接手臂53末端的摄像头来进行实时远程监测，掌握焊接状态信息。将机器人系统引入声屏障立柱焊缝检测及维护中，实现焊缝检测及维护的自动化，大大减少工务段工人维护工作量；提高声屏障立柱焊缝检测及维护的效率，并实现焊缝检测中实时数据传输及存储，为“智慧铁路”的运营管理提供技术支撑。
可选的方案，所述机器人系统还包括远端上位机、图像识别模块及数据传输模块6，所述图像识别模块用于采集螺栓的图像信息，并通过数据传输模块6将图像信息传输至远端上位机，所述远端上位机用于将图像信息与标准图形进行比对分析螺栓是否松动。远端上位机可以是笔记本电脑，工作人员带着笔记本电脑与机器人系统随行，或者是远处的站台。图像识别模块及数据传输模块6为现有技术，远端上位机控制轨道机器人行走至立柱附近停下，然后通过图像识别模块立柱进行图像采集，并通过数据传输模块6传输至远端上位机上，通过远端上位机分析，或者通过工作人员进行查看，来判断是否存在缝隙需要焊接。若需要焊接，则调整轨道机器人的位置后固定，然后控制焊接机器人对缝隙进行焊接。
可选的方案，所述系统还包括定位模块，所述数据传输模块6为无线收发模块，定位模块实时对轨道机器人定位，无线收发模块将定位信息传输至远端上位机。定位模块如GPS可以有效定位轨道机器人，这样工作人员可以在远端上位机上实时获取轨道机器人的位置信息。
可选的方案，所述检测机械臂1的末端设有用于探测缝隙的超声波探头3。超声波探头3可以辅助摄像头或图像识别模块对缝隙进行更准确的探测。
可选的方案，所述轨道机器人的前方及四周分别设有聚光灯和LED灯带。采用聚光灯和小灯珠。聚光灯位于车体前方，用于向摄像头提供光线，小灯珠位于车体周围，便于操作者观察。
可选的方案，所述轨道机器人包括滚轮，所述滚轮与所述铁轨配合滚动连接。通过电机驱动滚轮便可移动，且不容易侧翻，行走稳固。
可选的方案，所述轨道机器人的工作台下方设有多个电磁铁4，各所述电磁铁4通电时与铁轨吸附以固定所述行走机器人。当发现有缝隙时，调整轨道机器人位置便于焊接机器人进行焊接。此时开启电磁铁4，电磁铁4便产生磁吸附力将轨道机器人与铁轨吸附固定，这样焊接作业。
如图3所示，可选的方案，所述焊接机器人为旋转电弧焊接机器人5。主要用于焊缝跟踪以及焊缝焊接，其原理是利用高速旋转的电弧，采集每一周的电流信号进行分析，进而计算出焊缝偏差。电弧安装于空心轴电机55上，焊接机器人主要由焊丝筒56、空心轴电机55、气瓶51、送丝机52、焊枪54筒及焊接手臂53组成，其为现有技术，具体的工作原理不再赘述。空心轴电机55为机构提供动力，迫使焊丝末端进行圆周运动，实现焊接过程中电弧的旋转。
可选的方案，所述工作台上设有锂电池8和航空电池7，所述锂电池8用于给轨道机器人供电，所述航空电池7用于给所述检测机械臂1及焊接机器人供电。电池都位于机器人车体中部，由锂电池8、航空电池7共同供电。锂电池8一块为单片机、电机驱动板、灯珠及横扫机供电；一块为两个电机、旋转电弧焊接模块及继电器供电；一块为剩余电机及电机驱动板供电。航空电池7为检测机械臂1、焊接机器人以及数据远传模块和图像传输模块2供电。
可选的方案，机器人系统还包括温湿度传感器、气体传感器和火焰传感器等传感器，根据需要选择传感器以实时采集现场数据，并通过数据传输模块6传递到远端上位机。
在一个具体的实施场景中，机器人系统包括驱动模块、吸附模块、控制模块、供电模块、伸缩检测模块、数据传输模块、照明模块、旋转电弧焊接模块组成。
(1)驱动模块：位于轨道机器人车体内部，由6个直流减速电机组成，主要用于提供轨道机器人行走的动力。
(2)控制模块：位于轨道机器人内部及上部，包括单片机、无线收发模块、继电器、电源转换模块以及电机驱动板，通过计算机编程并导入至单片机芯片以实现智能控制；无线收发模块和继电器互相配合以实现人工控制；电机驱动板用于驱动电机工作；电源转换模块用于将12V电压转换为单片机所使用的5V电。
(3)供电模块：位于轨道机器人车体中部，由锂电池、航空电池共同供电。锂电池一块为单片机、电机驱动板、灯珠及横扫机供电；一块为两个电机、旋转电弧焊接模块及继电器供电；一块为剩余电机及电机驱动板供电。航空电池为检测机械臂、电弧焊机械臂以及数据远传模块和图像传输模块供电。
(4)数据传输模块：含图像接受模块和数据传输模块，图像接受模块将车体前端和后端摄像头的影像资料传输至移动设备；数据传输模块将车体搭载的各类传感器包括温湿度传感器、气体传感器和火焰传感器以及横扫的检测数据传输至移动设备。
(5)伸缩检测模块：由横扫模块、探伤模块和上位机界面组成，横扫模块位于车体前端，其上可带超声波探头，随着横扫机构对壁面进行探测，上位机接受信号后通过无线传输至远端上位机界面，通过传输的波形判断是否有缺陷；当有缺陷后，将数据传回操作者，同时通知旋转电弧焊接模块。
(6)旋转电弧焊接模块：主要要用于焊缝跟踪以及焊缝焊接，其原理是利用高速旋转的电弧，采集每一周的电流信号进行分析，进而计算出焊缝偏差。电弧安装于空心轴电机上，装置由空心轴电机、气瓶、送丝机、焊枪组成。空心轴电机为机构提供动力，迫使焊丝末端进行圆周运动，实现焊接过程中电弧的旋转。
(7)吸附模块：采用永磁吸附为主电磁吸附为辅的吸附方式，辅助机器人在型钢立柱顶部不脱落。
(8)照明模块：采用聚光灯和小灯珠。聚光灯位于车体前方和后方，用于向摄像头提供光线，小灯珠位于车体周围，便于操作者观察。
本发明提出的声屏障立柱焊缝自动检测及焊接爬行机器人，通过上述八个模块的互相配合，可以实现声屏障立柱焊缝自动检测和焊接，适用于新建声屏障以及既有声屏障模块。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，包括可沿着铁轨行走的轨道机器人，其特征在于：所述轨道机器人包含工作台，所述工作台上设有检测机械臂和用于对声屏障立柱进行焊接的焊接机器人，所述检测机械臂末端及焊接机器人的焊接手臂上均设有摄像头。
2.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述机器人系统还包括远端上位机、图像识别模块及数据传输模块，所述图像识别模块用于采集螺栓的图像信息，并通过数据传输模块将图像信息传输至远端上位机，所述远端上位机用于将图像信息与标准图形进行比对分析螺栓是否松动。
3.根据权利要求2所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述系统还包括定位模块，所述数据传输模块为无线收发模块，定位模块实时对轨道机器人定位，无线收发模块将定位信息传输至远端上位机。
4.根据权利要求1或2所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述检测机械臂的末端设有用于探测缝隙的超声波探头。
5.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述轨道机器人的前方及四周分别设有聚光灯和LED灯带。
6.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述轨道机器人包括滚轮，所述滚轮与所述铁轨配合滚动连接。
7.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述轨道机器人的工作台下方设有多个电磁铁，各所述电磁铁通电时与铁轨吸附以固定所述行走机器人。
8.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述焊接机器人为旋转电弧焊接机器人。
9.根据权利要求1所述的用于声屏障立柱焊缝检测及焊接的机器人系统，其特征在于，所述工作台上设有锂电池和航空电池，所述锂电池用于给轨道机器人供电，所述航空电池用于给所述检测机械臂及焊接机器人供电。
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