CN113478142B - 一种基于ai视觉识别的高空攀爬式焊接机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，属于焊接机器人领域。本发明包括机器臂主体，机器臂主体的上下两端均设有连接架，且连接架分别通过旋转控制机构和安装座连接，旋转控制机构用于驱动机器臂主体和安装座的翻转，实现攀爬；安装座的侧边设有用于进行视觉识别的图像采集器，且安装座的侧边还设有用于夹持构筑物的夹持部，机器臂主体的中部外侧设有焊接机构。本发明针对目前现有技术中焊接机器人只能进行平面上的焊接作业，高空焊接危险性较大的问题，能够实现高空自动攀爬焊接，有效降低了人工劳作强度，保障安全生产。
Description
技术领域
本发明涉及焊接机器人技术领域，更具体地说，涉及一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人。
背景技术
在焊接作业中可通过对机器的编程控制实现机器自动焊接，相比人工焊接更具安全性，但现有的焊接机器人在使用时还存在一些不足之处：
现有的焊接机器人多是设置在固定支座上进行工作，只能进行平面上的焊接作业，在高空焊接时仍需要人工攀爬操作，危险性较大，如公开号为CN105127633A公开的一种七轴工业焊接机器人，包括底座、安装在底座上的第一转动机构及与第一转动机构上部联接的回转座、以及通过设在回转座上的第二转动机构与回转座相连的下臂、以及通过上臂回转轴与下臂的另一端转动联接的上臂、以及与上臂的另一端联接的腕部转动机构；其中，上臂和腕部转动机构之间通过第四转动机构相连。该案采用七轴冗余机构，臂杆工作范围大，可传递较大载荷，能够构筑出更多类型的臂杆工作姿态。
又如公开号为CN204094364U公开的一种焊接专用机器人，包括一焊接支架和一焊接机，焊接机安装在焊接支架上，焊接支架为一横梁立柱焊接支架，包括一底座平台、一立柱和一横梁，立柱安装在底座平台上，横梁嵌套安装于立柱上；焊接机为一转摆焊接机，包括一转摆焊接机枪和一转摆焊接机头，转摆焊接机枪和转摆焊接机头相互连接，转摆焊接机枪设置于横梁上；立柱用于作轴向自转，横梁能够沿立柱作上下垂直移动并绕其作轴向回转，转摆焊接机枪用于沿横梁作水平位移，转摆焊接机枪用于作轴向自转，转摆焊接机头能够沿其轴作定角摆动。以上申请案均是在平面上得到支撑后对部件进行焊接，在进行高处焊接时只能依靠机器臂自身长度进行调整，局限性较大，不能进行高空焊接作业。
针对上述问题，行业内急需在原有焊接机器人的基础上进行创新设计。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对目前现有技术中焊接机器人多是设置在固定支座上进行工作，只能进行平面上的焊接作业，在高空焊接时仍需要人工攀爬操作，危险性较大的问题，本发明拟提供一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，能够实现高空自动攀爬焊接，有效降低了人工劳作强度，保障安全生产。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，包括机器臂主体，机器臂主体的上下两端均设有连接架，且连接架分别通过旋转控制机构和安装座连接，旋转控制机构用于驱动机器臂主体和安装座的翻转，实现攀爬；安装座的侧边设有用于进行视觉识别的图像采集器，且安装座的侧边还设有用于夹持构筑物的夹持部，机器臂主体的中部外侧设有焊接机构。
更进一步地，旋转控制机构包括安装板、传动板、驱动轴以及伺服电机，其中安装板固定在安装座上，且安装板通过传动板和驱动轴相连接，传动板一端固定在驱动轴上，驱动轴设置在连接架的一端内部并与伺服电机相连，伺服电机为驱动轴转动提供动力源。
更进一步地，焊接机构通过连接组件与机器臂主体相连接，该连接组件包括支撑架，支撑架为环绕在机器臂主体外周的圆形支撑架，且通过连接板和机器臂主体相连接，焊接机构通过滑动机构滑动配合安装于支撑架的外周壁面上，能够绕支撑架的外周壁面进行转动。
更进一步地，滑动机构包括同心设置于支撑架内部的活动环，以及用于驱动活动环转动的传动机构，支撑架的周向壁面上开设有贯穿内部的移动槽，活动环外侧通过连接块穿出该移动槽并与外部的焊接机构相连；传动机构通过驱动活动环周向转动，从而驱动焊接机构在支撑架的移动槽内周向转动。
更进一步地，传动机构包括第一电机、连接轴和传动齿轮，第一电机的输出端与连接轴相连并驱动其转动，连接轴的端部设有传动齿轮，活动环的内侧壁面上沿周向设有与传动齿轮相配合的啮合齿，通过第一电机驱动活动环的周向转动。
更进一步地，机器臂主体上下每一端的夹持部均有前后分布的两组夹持部组成，同一端的两组夹持部之间通过位置控制机构控制相互靠近或远离，实现对构筑物的夹持和脱离。
更进一步地，位置控制机构包括设置于安装座上的调节杆，调节杆与第二电机相连并由其驱动转动，调节杆为双向螺纹杆，且每段螺纹杆上均对应螺纹配合安装有驱动块，每个驱动块即对应与一组夹持部相连，第二电机驱动两组夹持部相互靠近或远离。
更进一步地，同一端的两组夹持部，相对分布的内侧面上均安装有两组限位轮，限位轮通过活动轴和夹持部之间转动配合，且两组限位轮沿夹持部长度方向的中心线对称设置。
更进一步地，限位轮的活动轴与第三电机相连并由其驱动转动，两组限位轮之间通过同步连接机构相连接并同步传动。
更进一步地，同步连接机构包括传动带和导向轮，活动轴通过传动带和导向轮相连接，通过导向轮和传动带的配合将相邻的限位轮进行连接，使其能进行同步的旋转。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的焊接机器人，设置有夹持部和旋转控制机构，可通过旋转控制机构的旋转带动夹持部进行移动，通过单个夹持部对构筑物的夹持对另一个夹持部进行位置的调整，从而可实现整体在构筑物上的攀爬，可进行高空焊接，且通过图像采集器配合视觉识别技术可实现攀爬的自动化控制，使操作应用更加智能化；降低了人工劳作强度，保障了生产安全。
(2)本发明的焊接机器人，设有可滑动的焊接机构，通过设置滑动机构可驱动控制焊接机构进行周向移动，使得机器人整体攀爬后，焊接机构位置能通过调整重新精确移动至构筑物的外侧，方便进行后续的焊接作业。
(3)本发明的焊接机器人，设有能够驱动夹持部进行周向移动的限位轮，通过限位轮的旋转可带动机器人在构筑物外侧进行旋转，可进行环形焊缝的处理或是对焊接位置的调整，使操作应用更具灵活性，增加其有效作业范围。
附图说明
图1为本发明的本发明主视结构示意图；
图2为本发明中机器臂的主体移动过程示意图；
图3为本发明中支撑架的主剖结构示意图；
图4为本发明中支撑架的俯剖结构示意图；
图5为本发明中夹持部的俯剖结构示意图；
图6为本发明中限位轮的主剖结构示意图；
图7为本发明中旋转控制机构的俯剖结构示意图。
示意图中的标号说明：
1、机器臂主体；2、连接架；3、旋转控制机构；301、安装板；302、传动板；303、驱动轴；304、伺服电机；4、安装座；5、图像采集器；6、夹持部；7、扩展板；8、支撑架；9、连接板；10、焊接机构；11、活动环；12、传动齿轮；13、连接轴；14、第一电机；15、驱动块；16、调节杆；17、第二电机；18、限位轮；19、活动轴；20、第三电机；21、传动带；22、导向轮。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1-图7所示，本实施例的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，包括机器臂主体1，机器臂主体1的上下两端均设有连接架2，且连接架2分别通过旋转控制机构3和安装座4连接，旋转控制机构3用于驱动机器臂主体1和安装座4的翻转，从而实现攀爬过程；安装座4的侧边设有用于进行视觉识别的图像采集器5，且安装座4的侧边还设有用于夹持构筑物的夹持部6，机器臂主体1的中部外侧设有焊接机构10。其中机器臂主体1的表面还安装有用于提供后续程序功能和程序控制的扩展板7，从而能对机器人进行智能的程序控制，此部分属于现有成熟技术，在此不再赘述。
如图7所示，本实施例中的旋转控制机构3包括安装板301、传动板302、驱动轴303以及伺服电机304，其中安装板301固定在安装座4上，且安装板301通过传动板302和驱动轴303相连接，传动板302一端固定在驱动轴303上，驱动轴303设置在连接架2的一端内部并与伺服电机304相连，伺服电机304为驱动轴303转动提供动力源。同理，旋转控制机构3亦可采用行业内各种其他常见翻转控制动力方式，在此不予尽述。
如图3和图4所示，本实施例中焊接机构10通过连接组件与机器臂主体1相连接，该连接组件具体包括支撑架8，支撑架8为环绕在机器臂主体1外周的圆形支撑架，且通过连接板9和机器臂主体1相连接，焊接机构10通过滑动机构滑动配合安装于支撑架8的外周壁面上，能够绕支撑架8的外周壁面进行转动。具体地，该滑动机构包括同心设置于支撑架8内部的活动环11，以及用于驱动活动环11转动的传动机构，支撑架8的周向壁面上开设有贯穿内部的移动槽，活动环11外侧通过连接块穿出该移动槽并与外部的焊接机构10相连；传动机构则通过驱动活动环11周向转动，从而驱动焊接机构10在支撑架8的移动槽内进行周向转动，进而调整焊接机构10的位置。
如图3所示，传动机构包括第一电机14、连接轴13和传动齿轮12，第一电机14的输出端与连接轴13相连并驱动其转动，连接轴13的端部设有传动齿轮12，活动环11的内侧壁面上沿周向设有与传动齿轮12相配合的啮合齿结构，通过第一电机14驱动传动齿轮12的转动进而同步驱动活动环11的周向转动。活动环11的转转即带动焊接机构10进行移动，从而将其朝向进行调整，使后续机器臂主体1发生翻转后焊接机构10仍能保持和构筑物的表面相对应，方便后续进行焊接作业。
实施例2
本实施例的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，基本同实施例1，更进一步地，本实施例中机器臂主体1上下每一端的夹持部6均有前后分布的两组夹持部6组成，同一端的两组夹持部6之间通过位置控制机构控制相互靠近或远离，实现对构筑物的夹持和脱离。具体地，如图5所示，该位置控制机构包括设置于安装座4上的调节杆16，调节杆16与第二电机17相连并由其驱动转动，调节杆16为双向螺纹杆，即设有两段方向相反的螺纹段，且每个方向的螺纹段上均对应螺纹配合安装有驱动块15，每个驱动块15即对应与一组夹持部6相连，更进一步地，调节杆16可设置于安装座4的内部腔室中，安装座4的外壁面上设有供两组驱动块15伸出的限位槽，能够在限位槽范围内相对靠近或远离，第二电机17驱动调节杆16转动时，通过驱动块15的配合，最终实现两组夹持部6的相互靠近或远离动作，即控制对构筑物的夹持和脱离。
实施例3
本实施例的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，基本同实施例2，更进一步地，如图5和图6所示，本实施例中同一端的前后两组夹持部6，其相对分布的内侧面上均安装有两组限位轮18，限位轮18通过活动轴19和夹持部6之间转动配合，且两组限位轮18沿夹持部6长度方向的中心线对称设置。其中如图5所示，主动的限位轮18的活动轴19与第三电机20相连并由其驱动转动，两组限位轮18之间通过同步连接机构相连接并同步传动。具体地，该同步连接机构包括传动带21和导向轮22，活动轴19通过传动带21和导向轮22相连接，通过导向轮22和传动带21的配合将相邻的主动和从动的限位轮18进行连接，使其能进行同步的旋转。导向轮22可转动配合设置安装在夹持部6上。
本实施例中可通过限位轮18对机器人在构筑物上的水平位置进行调整，也可进行环形的焊缝处理，通过第三电机20带动主动的限位轮18进行旋转，相邻限位轮18之间通过传动带21和导向轮22的配合进行同步转动，从而驱动夹持部6在构筑物的表面进行旋转，同时带动机器臂主体1和焊接机构10在构筑物的外侧移动，实现对焊接位置的调整，使焊接操作的灵活性得到提高。
本实施例中机器臂主体1可通过图像采集器5进行定位和形态的变化，其原理可参考在售的“JETSON NANO机械手臂”，在此不再赘述。具体在使用该基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人时，方法如下：首先通过上下两处的夹持部6固定在构筑物上并保持稳定，在进行攀爬时先解除一端夹持部6和构筑物的连接，以图2中的向上攀爬为例，先解除下端的夹持部6和构筑物的连接，并利用此时上端位置的旋转控制机构3将机器臂主体1进行旋转，结合图7所示，旋转时可通过伺服电机304带动驱动轴303旋转，驱动轴303和传动板302固定连接，故在驱动轴303旋转时将通过传动板302带动安装板301进行旋转，由于上端夹持部6的位置保持夹持固定，从而最终使安装板301带动连接架2进行旋转移动，即最终带动整个下部的机器臂主体1向上翻转，对下端松开的夹持部6的位置进行调整，此时下端松开的夹持部6翻转180°至上端，此时再利用已经到达上端位置的旋转控制机构3，驱动此时上端的夹持部6翻转180°，重新将其夹持固定在构筑物的外侧，往复进行该步骤，即可控制机器人在构筑物上进行攀爬，实现后续的高空作业，在攀爬后若焊接机构10的朝向位置发生改变，可通过滑动机构将焊接机构10在支撑架8上的位置进行调整，使其重新朝向构筑物，也可通过限位轮18的旋转带动夹持部6在构筑物外侧进行移动，对焊接水平位置进行调整，使操作更具灵活性。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，其特征在于：包括机器臂主体（1），机器臂主体（1）的上下两端均设有连接架（2），且连接架（2）分别通过旋转控制机构（3）和安装座（4）连接，旋转控制机构（3）用于驱动机器臂主体（1）和安装座（4）的翻转，实现攀爬；安装座（4）的侧边设有用于进行视觉识别的图像采集器（5），且安装座（4）的侧边还设有用于夹持构筑物的夹持部（6），机器臂主体（1）的中部外侧设有焊接机构（10）；
焊接机构（10）通过连接组件与机器臂主体（1）相连接，该连接组件包括支撑架（8），支撑架（8）为环绕在机器臂主体（1）外周的圆形支撑架，且通过连接板（9）和机器臂主体（1）相连接，焊接机构（10）通过滑动机构滑动配合安装于支撑架（8）的外周壁面上，能够绕支撑架（8）的外周壁面进行转动；滑动机构包括同心设置于支撑架（8）内部的活动环（11），以及用于驱动活动环（11）转动的传动机构，支撑架（8）的周向壁面上开设有贯穿内部的移动槽，活动环（11）外侧通过连接块穿出该移动槽并与外部的焊接机构（10）相连；传动机构通过驱动活动环（11）周向转动，从而驱动焊接机构（10）在支撑架（8）的移动槽内周向转动；传动机构包括第一电机（14）、连接轴（13）和传动齿轮（12），第一电机（14）的输出端与连接轴（13）相连并驱动其转动，连接轴（13）的端部设有传动齿轮（12），活动环（11）的内侧壁面上沿周向设有与传动齿轮（12）相配合的啮合齿，通过第一电机（14）驱动活动环（11）的周向转动；机器臂主体（1）上下每一端的夹持部（6）均有前后分布的两组夹持部（6）组成，同一端的两组夹持部（6）之间通过位置控制机构控制相互靠近或远离，实现对构筑物的夹持和脱离；同一端的两组夹持部（6），相对分布的内侧面上均安装有两组限位轮（18），限位轮（18）通过活动轴（19）和夹持部（6）之间转动配合，且两组限位轮（18）沿夹持部（6）长度方向的中心线对称设置；限位轮（18）的活动轴（19）与第三电机（20）相连并由其驱动转动，两组限位轮（18）之间通过同步连接机构相连接并同步传动；同步连接机构包括传动带（21）和导向轮（22），活动轴（19）通过传动带（21）和导向轮（22）相连接，通过导向轮（22）和传动带（21）的配合将相邻的限位轮（18）进行连接，使其能进行同步的旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，其特征在于：旋转控制机构（3）包括安装板（301）、传动板（302）、驱动轴（303）以及伺服电机（304），其中安装板（301）固定在安装座（4）上，且安装板（301）通过传动板（302）和驱动轴（303）相连接，传动板（302）一端固定在驱动轴（303）上，驱动轴（303）设置在连接架（2）的一端内部并与伺服电机（304）相连，伺服电机（304）为驱动轴（303）转动提供动力源。
3.根据权利要求1所述的一种基于AI视觉识别的高空攀爬式焊接机器人，其特征在于：位置控制机构包括设置于安装座（4）上的调节杆（16），调节杆（16）与第二电机（17）相连并由其驱动转动，调节杆（16）为双向螺纹杆，且每段螺纹杆上均对应螺纹配合安装有驱动块（15），每个驱动块（15）即对应与一组夹持部（6）相连，第二电机（17）驱动两组夹持部（6）相互靠近或远离。
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Application publication date: 20211008 Assignee: Wuhu Jinjiang Ruijing Real Estate Co.,Ltd. Assignor: CHINA MCC17 GROUP Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980053894 Denomination of invention: A high-altitude climbing welding robot based on AI visual recognition Granted publication date: 20230516 License type: Common License Record date: 20231229 |
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