CN113459099A - 一种船体焊缝打磨机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船体焊缝打磨机器人及其使用方法，机器人包括升降车单元、机械臂、打磨单元、用于确定机器人的空间位置的定位导航单元，升降车单元包括移动底盘，移动底盘上设有升降模块，升降模块的末端设有固定平台；固定平台上设有机械臂和用于控制机械臂的机械臂控制柜；机械臂末端连接力传感器，力传感器连接打磨机固定夹具，打磨机固定夹具上设有打磨机；定位导航单元固定在固定平台上。本发明提供了一种船体焊缝打磨机器人，方便移动，能够有效的应用于船舶制造领域，实现快速长时间打磨任务，提高焊缝打磨的效率，提高生产的自动化，减少人工的使用，提高船体表面的打磨质量。

Description

一种船体焊缝打磨机器人及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种船体焊缝打磨机器人及其使用方法，属于船舶制造技术领域。

背景技术

现阶段在船舶制造中，轮船结构复杂，由船体、动力装置、船舶舾装及其他设备共同组合而成，其中船体是轮船的核心部件，是由板材和型材组合的板架结构，通过焊接的方式形成整体，留下的焊接缝有大量的凹凸不平的毛刺，需要进行打磨抛光处理的，才能呈现我们所看到的光环平整的船体结构。目前国内对于焊接缝的加工还是停留在工人操作阶段，不仅仅效率低，而且由于轮船大小不一，操作难点大，需要工人不断调整，费时周期长，对复杂工艺的焊接处理质量不稳定，不同的工人操作水平不一致，从而加工的整体规格不统一，加工问题一直都是所有加工厂头疼的事，由于自动化水平的局限，使得国内加工行业严重缩水。为了能够改善目前工业面临的严峻问题，国家提倡工业智能转型，用机器替代人工完成。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何提高船体上焊缝的打磨效率，减少人工的负担。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，包括升降车单元、机械臂、打磨单元、用于确定机器人的空间位置的定位导航单元，升降车单元包括移动底盘，移动底盘上设有升降模块，升降模块的末端设有固定平台；固定平台上设有机械臂和用于控制机械臂的机械臂控制柜；机械臂末端连接力传感器，力传感器连接打磨机固定夹具，打磨机固定夹具上设有打磨机；定位导航单元固定在固定平台上。

优选地，所述的打磨机固定夹具上还设有吸尘装置和罩壳，吸尘装置设于打磨机的前端，罩壳设于打磨机和吸尘装置的外侧。

优选地，所述的定位导航单元包括可以扫描出机械臂距离船体横截面信息的二维激光传感器、用于检测机械臂三轴姿态角的惯性测量单元传感器、用于检测固定平台距离地面高度的激光测距传感器，激光测距传感器、二维激光传感器、惯性测量单元传感器均固定在固定平台上。

优选地，所述的二维激光传感器的扫描范围至少为270度。

优选地，所述的固定平台上还设有用于更换打磨单元上砂轮的砂轮更换单元。

优选地，所述的机械臂的末端位置设有用于检测船体焊缝空间位置信息的船体焊缝检测单元。

优选地，所述的船体焊缝检测单元固定在打磨机固定夹具上。

优选地，所述的船体焊缝检测单元包括3D视觉扫描传感器，3D视觉扫描传感器固定在打磨机固定夹具上。

优选地，还包括控制单元，控制单元包括能够有效规划机器人运动路线的运动控制单元、能够根据需求完成相应焊缝打磨任务的打磨过程控制单元和对输入安全信息进行处理并输出相应控制指令的安全监测处理单元。

一种船体焊缝打磨机器人的使用方法，其特征在于，将所述的升降车单元通过移动底盘移动到指定位置，在每个停放位置处设置多个层高焊疤或焊缝打磨子任务；规划出每个停放位置与每个层高之间的运动路径；通过升降模块使得固定在固定平台上的机器臂上升，机器臂在到达一个预设的层高后，机械臂带动船体焊缝检测单元在机械臂工作范围内对船体扫描一遍，得到焊疤或焊缝的位置，确认焊疤或焊缝的位置区域和高度信息；通过定位导航单元将此位置和高度信息映射到机械臂的运动坐标系中，机械臂开始运动，带动机械臂末端的打磨单元沿着识别出的焊疤或焊缝位置进行打磨任务使用；在打磨任务时，通过力传感器可以确认打磨单元上打磨机与焊疤接触时的接触力度，从而控制其打磨效率与精度。

本发明提供了一种船体焊缝打磨机器人，方便移动，能够有效的应用于船舶制造领域，实现快速长时间打磨任务，提高焊缝打磨的效率，提高生产的自动化，减少人工的使用，提高船体表面的打磨质量。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

通过本发明改变了传统的船舶生产方法，使得船舶制造更加灵活、可靠，并且可以自动规划打磨路径，以及长时间工作，效率相对于人工大大的提升，避免了人工高强度的劳动，自动化程度大大提升，安全性高。

附图说明

图1为一种船体焊缝打磨机器人的整体结构示意图；

图2为升降车单元末端的示意图；

图3为机械臂末端的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明提供了一种船体焊缝打磨机器人，用于实现焊疤智能打磨的任务，帮助现场人员灵活，高效的完成打磨工作，从而降低人工的劳动强度，提高了船体生产的速度和效率。

如图1～图3所示，本发明提供的一种船体焊缝打磨机器人，其包括升降车单元1、机械臂2、打磨单元4、控制单元、定位导航单元3、船体焊缝检测单元6、砂轮更换单元5。其中，升降车单元1用于机器人的行走，机械臂2、控制单元、定位导航单元3安装在升降车单元1上；机械臂2安装在升降车单元1上方，通过传感器检测的路径，做出相应的路径规划；控制单元控制着机器人的空间位置及打磨状态；打磨单元4安装于机械臂2末端，用于船体焊缝的打磨和打磨时灰尘的回收。

升降车单元1包括移动底盘11，移动底盘11上设置有升降模块12，固定平台13设置在升降模块12的末端，升降车单元1可以控制固定平台13的上升下降和前后移动。移动底盘11可以带动固定平台13水平行走，升降模块12可以带动固定平台13上下平移，升降车单元1能够适应一定的复杂地面工况。即升降车单元1通过移动底盘11将固定平台13运送到指定打磨位置，移动底盘11可以灵活的前进、后退、转向，通过升降模块12使固定平台13能够自由的升降到所需的位置，并且能够适应一定的工作地面，并能够有效的越障。

机械臂2和机械臂控制柜21通过螺栓连接在升降车单元1的固定平台13上面，通过升降车单元1的移动和调整来控制机械臂2的空间位置。根据控制单元输入的指令，机械臂2带动打磨单元4完成相应的打磨任务，以得到所需的打磨效果。其中，机械臂2采用工业机械臂，利用其灵活的控制性能及较大的工作范围，符合船体焊缝打磨需求，由于船体的体积大、结构复杂，工业机器臂覆盖范围广，工业机器臂比较于人工打磨形式更加省力、便捷，可适应复杂的焊疤路径。

打磨单元4包括打磨机42、吸尘装置43、打磨机固定夹具41、罩壳44、力传感器45，打磨机42通过螺栓连接在打磨机固定夹具41上，吸尘装置43安装在打磨机固定夹具41上，并设置在打磨机42的前端，打磨机固定夹具41通过螺栓连接在力传感器45上，力传感器45通过螺栓安装于机械臂2末端，通过机械臂2进行打磨动作。罩壳44固定在打磨机固定夹具41上，并设于打磨机42和吸尘装置43的外侧，在打磨过程中，通过吸尘装置43和罩壳44可以及时有效的将打磨过程中产生的铁屑和灰尘吸走。

定位导航单元3包括二维激光传感器32、惯性测量单元(IMU)传感器33、激光测距传感器31，二维激光传感器32安装在固定平台13的支架上，二维激光传感器32的扫描范围有270度，因此通过二维激光传感器32能够对船体周围的位置进行扫描，可以扫描出机械臂2距离船体横截面的信息；激光测距传感器31也是安装在固定平台13的下部，用于检测固定平台13距离地面的高度；惯性测量单元(IMU)传感器33用于检测机械臂2的三轴姿态角，可以检测机械臂2的水平姿态，通过激光测距传感器31可以实时检测到机械臂2在上升过程中距离地面的高度。惯性测量单元(IMU)传感器33与二维激光传感器32、激光测距传感器31结合，能够确定机器人的空间位置。

船体焊缝检测单元6包括3D视觉扫描传感器。船体焊缝检测单元6通过螺栓连接在打磨机固定夹具41上，用于检测船体焊缝的空间位置信息，以此进一步为打磨单元4在打磨过程中运动的轨迹提供依据。

砂轮更换单元5用于打磨单元4上砂轮的自动更换，砂轮更换单元5通过螺栓连接在固定平台13上，当打磨机42打磨一定时间时，用于打磨的砂轮磨损后，机械臂2配合砂轮更换单元5，可以用于打磨单元4上砂轮的自动更换。

控制单元包括机器人的运动控制、打磨过程控制和安全监测处理，运动控制能够有效规划机器人的运动路线，打磨过程控制能够根据需求完成相应焊缝打磨任务；安全监测处理是对输入的安全信息进行处理并输出相应的控制指令，控制机器人的动作；

机器人的运动控制通过遥控面板，使操作人可以在现场依据具体情况对机器人进行运动控制，包括机器人系统的启停、前进后退、转向、升降模块12的伸缩等；打磨过程控制由传感器将检测到的焊疤位置结构以及打磨路径信息输入机器人中，通过上位机处理，转换成机械臂2的运动指令，通过机械臂2带动打磨单元4运动，完成整个焊缝的打磨过程。

本发明的一种船体焊缝打磨机器人的打磨步骤如下：

首先，操作人员人工将升降车单元1通过移动底盘11移动到指定位置，在每个放车位置处设置多个层高焊疤或焊缝打磨子任务；在计算机中规划出每个放车位置与每个层高之间的运动路径；通过升降模块12使得固定在固定平台13上的机器臂2上升，机器臂2在到达一个预设的层高后，机械臂控制柜21控制机械臂2动作，机械臂2带动3D视觉扫描传感器(即船体焊缝检测单元6)在机械臂2工作范围内对船体扫描一遍，得到焊疤或焊缝的位置，确认焊疤或焊缝的位置区域和高度信息；通过定位导航单元3将此位置和高度信息映射到机械臂2的运动坐标系中，机械臂2开始运动，带动机械臂2末端的打磨单元4沿着识别出的焊疤或焊缝位置进行打磨任务使用。在打磨任务时，通过力传感器45可以知道打磨单元4上打磨机42与焊疤或焊缝接触时的接触力度，从而控制其打磨效率与精度，通过吸尘装置43和罩壳44的作用，减少作业时的灰尘，在打磨单元4的砂轮(即打磨片)使用一定的时间时，机器人通过砂轮更换单元5自动更换砂轮。

Claims (10)

1.一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，包括升降车单元(1)、机械臂(2)、打磨单元(4)、用于确定机器人的空间位置的定位导航单元(3)，升降车单元(1)包括移动底盘(11)，移动底盘(11)上设有升降模块(12)，升降模块(12)的末端设有固定平台(13)；固定平台(13)上设有机械臂(2)和用于控制机械臂(2)的机械臂控制柜(21)；机械臂(2)末端连接力传感器(45)，力传感器(45)连接打磨机固定夹具(41)，打磨机固定夹具(41)上设有打磨机(42)；定位导航单元(3)固定在固定平台(13)上。

2.如权利要求1所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的打磨机固定夹具(41)上还设有吸尘装置(43)和罩壳(44)，吸尘装置(43)设于打磨机(42)的前端，罩壳(44)设于打磨机(42)和吸尘装置(43)的外侧。

3.如权利要求1所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的定位导航单元(3)包括可以扫描出机械臂(2)距离船体横截面信息的二维激光传感器(32)、用于检测机械臂(2)三轴姿态角的惯性测量单元传感器(33)、用于检测固定平台(13)距离地面高度的激光测距传感器(31)，激光测距传感器(31)、二维激光传感器(32)、惯性测量单元传感器(33)均固定在固定平台(13)上。

4.如权利要求3所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的二维激光传感器(32)的扫描范围至少为270度。

5.如权利要求1所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的固定平台(13)上还设有用于更换打磨单元(4)上砂轮的砂轮更换单元(5)。

6.如权利要求1所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的机械臂(2)的末端位置设有用于检测船体焊缝空间位置信息的船体焊缝检测单元(6)。

7.如权利要求6所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的船体焊缝检测单元(6)固定在打磨机固定夹具(41)上。

8.如权利要求7所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，所述的船体焊缝检测单元(6)包括3D视觉扫描传感器，3D视觉扫描传感器固定在打磨机固定夹具(41)上。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的一种船体焊缝打磨机器人，其特征在于，还包括控制单元，控制单元包括能够有效规划机器人运动路线的运动控制单元、能够根据需求完成相应焊缝打磨任务的打磨过程控制单元和对输入安全信息进行处理并输出相应控制指令的安全监测处理单元。

10.一种如权利要求9所述船体焊缝打磨机器人的使用方法，其特征在于，将所述的升降车单元(1)通过移动底盘(11)移动到指定位置，在每个停放位置处设置多个层高焊疤或焊缝打磨子任务；规划出每个停放位置与每个层高之间的运动路径；通过升降模块(12)使得固定在固定平台(13)上的机器臂(2)上升，机器臂(2)在到达一个预设的层高后，机械臂(2)带动船体焊缝检测单元(6)在机械臂(2)工作范围内对船体扫描一遍，得到焊疤或焊缝的位置，确认焊疤或焊缝的位置区域和高度信息；通过定位导航单元(3)将此位置和高度信息映射到机械臂(2)的运动坐标系中，机械臂(2)开始运动，带动机械臂(2)末端的打磨单元(4)沿着识别出的焊疤或焊缝位置进行打磨任务使用；在打磨任务时，通过力传感器(45)可以确认打磨单元(4)上打磨机(42)与焊疤接触时的接触力度，从而控制其打磨效率与精度。

Images