CN113478483A - 一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法及系统，其方法包括：基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。解决传统焊接中薄壁容器的焊接难点，降低焊接人员的技术门槛，对不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接，提高焊接精准度与焊接效率。
Description
技术领域
本发明涉及智能焊接技术领域，特别涉及一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法及系统。
背景技术
目前，现有储罐焊接设备只能在正装法施工的厚壁储罐实现自动焊接，对于薄壁不锈钢储罐由于现场采用倒装法施工且罐壁教薄无法作为自动焊设备的承载基础，且由于不锈钢自身特性不能使用磁吸附式轨道，并且不锈钢储罐对外观要求较高，无法采用外附支架焊接；
不锈钢储罐焊接机器人可以解决传统焊接中薄壁容器的焊接难点，降低焊接人员的技术门槛，对不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接，因此，本发明提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法及系统。
发明内容
本发明提供一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法及系统，用以解决传统焊接中薄壁容器的焊接难点，降低焊接人员的技术门槛，对不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接，提高焊接精准度与焊接效率。
本发明提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，包括：
步骤1：基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
步骤2：将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
步骤3：所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤1中，基于智能小车对目标场景进行感测的具体工作过程，包括：
获取智能小车与不锈钢储罐之间的预设相对距离，并基于所述预设相对距离控制所述智能小车微围绕不锈钢储罐进行运动，得到所述智能小车的运动轨迹；
基于所述智能小车的运动轨迹，获取所述智能小车围绕不锈钢储罐进行运动时的前轮偏转角度变化值，其中，所述前轮偏转角度变化值为多组；
构建外形评估模型，并对所述前轮偏转角度变化值以及智能小车的运动轨迹进行处理，得到智能小车对不锈钢储罐外形轮廓的跟踪结果；
基于所述跟踪结果，完成所述智能小车对所述目标场景的感测。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤1中，根据感测结果建立目标地图的具体工作过程，包括：
获取所述智能小车的内部工作数据与所述智能小车的外部工作数据；
根据所述内部工作数据与所述外部工作数据对所述智能小车进行自身定位，得到小车定位；
基于所述小车定位，并根据所述外部工作数据确定环境信息增量式的环境地图；
基于所述环境地图，对所述智能小车在运动过程中进行里程计算，得到所述智能小车的里程计信息，同时，基于焊接机器人装载的激光传感器获取对场景检测得到的激光数据；
将所述智能小车的里程计信息结合激光传感器获取对场景检测得到的激光数据与所述环境地图进行匹配，实时获取所述智能小车在所述环境地图中的精确位姿，其中，精确位姿包括多组；
基于多组智能小车的精确位姿，结合所述环境地图，完成对目标地图的构建。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤2中，将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，获取所述智能小车的行径轨迹后，还包括：
基于所述目标地图，确定所述焊接机器人的当前位置，并根据所述当前位置与任务目的地进行路径规划；
基于路径规划确定所述智能小车的行径轨迹，并根据所述行径轨迹向所述智能小车发送控制指令；
基于所述控制指令，控制所述智能小车进行自动行驶；
所述智能小车在自动行驶过程中，焊接机器人装载的激光传感器将获取到的对场景检测得到的激光数据传输至智能小车；
所述智能小车基于对场景检测得到的激光数据完成行径轨迹中障碍点的规避，完成智能小车的自主导航。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤3中，通过所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接的工作过程，包括：
获取所述焊接机器人所释放的激光束，并将所述激光束进行放大，获取放大结果；
基于所述放大结果获取激光线，并将所述激光线投射到所述目标焊接物上，并根据预设方法将投射结果形成成像矩阵；
基于所述成像矩阵，确定所述焊接机器人到所述目标焊接物的距离信息，同时，得到所述焊接机器人沿所述激光线的位置信息；
基于所述距离信息、位置信息以及所述目标焊接物构建三维测量值；
基于所述三维测量值获取所述焊接机器人激光扫描区域中目标点的点位置信息；
基于所述点位置信息并根据预设程序算法对所述目标焊接物体上的焊缝进行实时检测，完成所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物的焊缝跟踪；
基于焊缝跟踪结果，控制所述智能小车按照所述行径轨迹进行自动行驶，同时，获取智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离，并将所述相对距离与预设距离进行比较；
若所述相对距离与所述预设距离不相等，基于智能小车上搭载的激光扫描装置，对所述智能小车在行径轨迹中的行进路线进行实时调整，直至智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离与预设距离相等；
否则，所述焊接机器人基于焊缝跟踪结果，确定不锈钢储罐焊缝的当前高度，并基于所述不锈钢储罐焊缝的当前高度对焊枪高度进行调整；
同时，所述焊接机器人获取焊枪与不锈钢储罐焊缝之间的相对角度，并根据预设调整策略实时对相对角度进行调整，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接，还包括：
基于预设规则对焊缝区域进行捕捉定位，并基于预设抽样方法确定焊缝检测区域；
获取所述焊缝检测区域的检测图像，并确定所述检测图像边界区域的二值图像，且提取所述二值图像中的多条线段，所述多条线段分别又多个灰度值的像素点构成；
基于所述多条线段，对所述边界区域的二值图像进行预处理，得到目标检测图像，并基于预设放大方法对所述目标检测图像进行放大；
提取放大后的目标检测图像对应的特征参数；
同时，获取对不锈钢储罐焊缝自动焊接时的源样本数据，并将所述源样本数据输入卷积审计网络进行筛选，得到所述源样本数据节点特征；
基于预设训练规则对所述源样本数据节点特征进行训练，得到焊接质量检测模型；
将所述目标检测图像对应的特征参数输入所述质量检测模型进行检测，得到所述不锈钢储罐焊缝自动焊接的质量检测结果；
基于所述质量检测结果判断所述不锈钢储罐焊缝自动焊接是否合格；
若不合格，控制智能小车带动焊接机器人再次对不锈钢储罐焊缝进行自动焊接，直至判定对所述不锈钢储罐焊缝自动焊接合格。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤3中，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护，包括：
获取同步气体保护装置，其中，所述同步气体保护装置包括正面保护装置以及背面保护装置，并将所述正面保护装置以及背面保护装置分别放置于不锈钢储罐焊缝两侧；
同时，获取对不锈钢储罐的焊缝跟踪结果；
基于所述焊缝跟踪结果，焊接机器人对所述不锈钢储罐焊缝进行焊接，并带动正面保护装置随焊接机器人一起移动，其中，背面保护装置受正面保护装置的磁力牵引，与正面保护装置同步移动；
基于移动结果，同步气体保护装置释放保护气体并形成惰性气体保护场，完成对焊道的保护。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤3中，所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，还包括：
获取不锈钢储罐的焊缝图像，将所述不锈钢储罐的焊缝图像放入预设直角坐标系中，并确定所述不锈钢储罐的焊缝对应的曲面函数；
基于所述曲面函数计算所述不锈钢储罐的焊缝面积，并基于所述不锈钢储罐的焊缝面积计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值，具体步骤包括：
根据如下公式计算所述不锈钢储罐的焊缝面积：
其中，S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；f(x,y)表示不锈钢储罐的焊缝在预设直角坐标系中的曲面函数；x表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值；y表示锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值；l1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最小取值；l2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最大取值；h1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最小取值；h2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最大取值；
根据如下公式计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值：
其中，v表示焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值；S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；D表示不锈钢储罐的焊缝的厚度值；α表示焊接机器人的灵敏度系数，且取值范围为(0.95，0.98)；U表示焊接机器人工作时的电压值；I表示焊接机器人工作时的电流值；W表示焊接机器人对不锈钢储罐的焊缝焊接时释放的热能；T表示焊接机器人完成不锈钢储罐焊缝的焊接所用的时间长度值；
将计算得到的速度值与预设速度值进行比较；
若计算得到的速度值小于所述预设速度值，判定焊接机器人对不锈钢储罐焊缝的焊接速度不合格，并对焊接机器人的焊接速度进行调整，直至计算得到的速度值大于或等于所述预设速度值；
否则，判定对不锈钢储罐焊缝的焊接速度合格，并在焊接机器人完成自动焊接后，对不锈钢储罐焊缝的焊接进行质量检测，且在焊接质量满足目标要求后，完成对不锈钢储罐焊缝的焊接。
优选的，一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接系统，包括：
地图模块，用于基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
轨迹规划模块，用于将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
焊接模块，用于控制所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法的流程图；
图2为本发明实施例中一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接系统的结构图；
图3为本发明实施例中一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法中焊缝跟踪方法的示意图；
图4本发明实施例中一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法中同步气体保护装置的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，如图1所示，包括：
步骤1：基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
步骤2：将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
步骤3：所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。
该实施例中，智能小车用来装载焊接机器人，其中，智能小车负责移动，焊接机器人负责对不锈钢储罐的焊缝进行焊接。
该实施例中，目标场景指的是根据现场实际情况可以选择预设轨迹或自主场景建模。
该实施例中，目标地图包含不锈钢储罐所处位置以及周围环境中标志物的位置。
该实施例中，焊接路线规划是为了实现小车自动行驶，并且为小车规避障碍。
该实施例中，焊缝跟踪指的是提前查找不锈钢储罐的焊缝位置，便于焊接机器人对焊缝进行焊接。
该实施例中，同步气体保护装置指的是磁力式同步气体保护装置，分别装在不锈钢储罐的正面和背面，用于在焊接时经气体扩散网后形成均匀持续的惰性气体保护场，进而对焊道有效保护。
上述技术方案的有益效果是：通过将智能小车与焊接机器人相结合，解决传统焊接中薄壁容器的焊接难点，降低焊接人员的技术门槛，对不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接，提高焊接精准度与焊接效率。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤1中，基于智能小车对目标场景进行感测的具体工作过程，包括：
获取智能小车与不锈钢储罐之间的预设相对距离，并基于所述预设相对距离控制所述智能小车微围绕不锈钢储罐进行运动，得到所述智能小车的运动轨迹；
基于所述智能小车的运动轨迹，获取所述智能小车围绕不锈钢储罐进行运动时的前轮偏转角度变化值，其中，所述前轮偏转角度变化值为多组；
构建外形评估模型，并对所述前轮偏转角度变化值以及智能小车的运动轨迹进行处理，得到智能小车对不锈钢储罐外形轮廓的跟踪结果；
基于所述跟踪结果，完成所述智能小车对所述目标场景的感测。
该实施例中，前轮偏移角度指的是智能小车围绕不锈钢储罐转动时，智能小车的偏转角度，便于根据智能小车的偏转角度实现对不锈钢储罐现场环境的感测。
该实施例中，外形评估模型是经过多次训练得到的，例如当被测物体是一个圆柱体时，智能小车在围绕圆柱体运动时，前轮偏转角度是不变化的，即可通过前轮偏转角度确定被测物体外形为圆柱体，也可通过智能小车的前轮偏转角度以及运动轨迹，得到圆柱体的直径大小。
该实施例中，如有外形较为复杂的异形罐(非正圆截面)，可以启动SLAM功能对环境及焊接罐体进行同步定位与建图。
上述技术方案的有益效果是：通过获取智能小车的前轮偏转角度，实现对不锈钢储罐外形轮廓的跟踪，便于焊接机器人在对焊缝焊接时，引导智能小车进行准确的路径行驶。
实施例3：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤1中，根据感测结果建立目标地图的具体工作过程，包括：
获取所述智能小车的内部工作数据与所述智能小车的外部工作数据；
根据所述内部工作数据与所述外部工作数据对所述智能小车进行自身定位，得到小车定位；
基于所述小车定位，并根据所述外部工作数据确定环境信息增量式的环境地图；
基于所述环境地图，对所述智能小车在运动过程中进行里程计算，得到所述智能小车的里程计信息，同时，基于焊接机器人装载的激光传感器获取对场景检测得到的激光数据；
将所述智能小车的里程计信息结合激光传感器获取对场景检测得到的激光数据与所述环境地图进行匹配，实时获取所述智能小车在所述环境地图中的精确位姿，其中，精确位姿包括多组；
基于多组智能小车的精确位姿，结合所述环境地图，完成对目标地图的构建。
上述技术方案的工作原理是：基于环境自然导航的激光导航小车，小车在运动过程中通过编码器结合IMU计算得到里程计信息，运用机器人的运动模型得到机器人的位姿初估计，然后通过机器人装载的激光传感器获取的激光数据，结合观测模型(激光的扫描匹配)对小车位姿进行精确修正，得到精确定位，较后在精确定位的基础上，将激光数据添加到栅格地图中，反复如此，机器人在环境中运动，较终完成整个场景地图的构建。
该实施例中，内部工作数据指的是智能小车通过自身所携带的内部传感器检测到的自身工作数据，其中，内部传感器可以是编码器、IMU。
该实施例中，外部工作数据指的是智能小车通过自身所携带的外部传感器检测外部环境对智能小车的影响，其中，外部传感器可以是激光传感器或者视觉传感器。
该实施例中，环境信息增量式的环境地图指的是智能小车在行进过程中采集到的环境信息，因为随着小车的不断移动，所采集到的环境信息是不同的，故称为环境信息增量式。
该实施例中，焊接机器人装载的激光传感器是提前设定好的。
该实施例中，精确位姿指的是智能小车在环境地图中所处的位置以及智能小车的当前姿态，其中姿态可以是小车的偏转角度，或者是小车处于运动状态还是静止状态。
上述技术方案的有益效果是：通过获取对智能小车的定位信息以及智能小车的初始位姿信息，通过对智能小车的初始位姿信息进行调整以及草靠环境地图实现对目标场景对应地图的构建，为智能小车携带焊接机器人焊接提供了便利，也便于提高焊接效率以及焊接的准确度。
实施例4：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤2中，将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，获取所述智能小车的行径轨迹后，还包括：
基于所述目标地图，确定所述焊接机器人的当前位置，并根据所述当前位置与任务目的地进行路径规划；
基于路径规划确定所述智能小车的行径轨迹，并根据所述行径轨迹向所述智能小车发送控制指令；
基于所述控制指令，控制所述智能小车进行自动行驶；
所述智能小车在自动行驶过程中，焊接机器人装载的激光传感器将获取到的对场景检测得到的激光数据传输至智能小车；
所述智能小车基于对场景检测得到的激光数据完成行径轨迹中障碍点的规避，完成智能小车的自主导航。
该实施例中，任务目的地指的是焊接机器人需要焊接的焊缝对应的终点位置。
该实施例中，激光数据是激光传感器在焊接机器人工作时，通过向焊缝以及行进路径发射激光后得到的反馈信息。
该实施例中，如有外形较为复杂的异形罐(非正圆截面)，系统可以启动SLAM功能对环境及焊接罐体进行同步定位与建图，进而自动获取得到行进轨迹。
该实施例中，通过自主研发的SLAM算法，可智能识别外部环境，实现精准快速建立环境地图，规划全局路径，并且通过多种融合算优化其重复运行达到精度5毫米，环境动态移动的人和物对其没有任何影响。
该实施例中，激光SLAM导航智能小车，可以依靠搭载的激光检测系统，能够自主感知环境，构建轮廓地图，根据环境不同实时动态调整，轮廓地图反应告知AGV小车当前实际位置信息,实现了AGV小车自我控制，自主判断前进方向中的区域是否可达，以及智能预判动态障碍物运动进行预判，从而为局部路径规划提供依据智能小车可以按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理。智能小车能够实时显示时间、速度、里程，具有自动寻迹、寻光、避障功能，可程控行驶速度、准确定位停车，远程传输图像等功能。
上述技术方案的有益效果是：通过获取智能小车的当前位置信息，并完成对智能小车的路径规划，便于智能小车按照规划路线行进，提高了焊接的准确度，同时通过激光传感器获取到的激光数据，实现对智能小车的路径微调，实现了全自动高品质的自动焊接。
实施例5：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，如图3所示，步骤3中，通过所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接的工作过程，包括：
获取所述焊接机器人所释放的激光束，并将所述激光束进行放大，获取放大结果；
基于所述放大结果获取激光线，并将所述激光线投射到所述目标焊接物上，并根据预设方法将投射结果形成成像矩阵；
基于所述成像矩阵，确定所述焊接机器人到所述目标焊接物的距离信息，同时，得到所述焊接机器人沿所述激光线的位置信息；
基于所述距离信息、位置信息以及所述目标焊接物构建三维测量值；
基于所述三维测量值获取所述焊接机器人激光扫描区域中目标点的点位置信息；
基于所述点位置信息并根据预设程序算法对所述目标焊接物体上的焊缝进行实时检测，完成所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物的焊缝跟踪；
基于焊缝跟踪结果，控制所述智能小车按照所述行径轨迹进行自动行驶，同时，获取智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离，并将所述相对距离与预设距离进行比较；
若所述相对距离与所述预设距离不相等，基于智能小车上搭载的激光扫描装置，对所述智能小车在行径轨迹中的行进路线进行实时调整，直至智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离与预设距离相等；
否则，所述焊接机器人基于焊缝跟踪结果，确定不锈钢储罐焊缝的当前高度，并基于所述不锈钢储罐焊缝的当前高度对焊枪高度进行调整；
同时，所述焊接机器人获取焊枪与不锈钢储罐焊缝之间的相对角度，并根据预设调整策略实时对相对角度进行调整，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接。
该实施例中，焊接机器人所释放的激光束是听过装载的激光传感器释放的。
该实施例中，目标焊接物指的是不锈钢储罐。
该实施例中，预设方法指的是激光三角反射式原理。
该实施例中，成像矩阵指的是用来将激光束进行成像的，便于查看不锈钢储罐焊缝的形状信息。
该实施例中，三维测量值是现有技术，是通过三个点锁定一片区域，实现对三个点形成的区域中目标点位置信息的确定。
该实施例中，激光扫描区域指的是焊接机器人在对焊缝进行焊接时，所能扫描到的区域。
该实施例中，预设程序算法是提前设定好的。
该实施例中，预设距离是提前设定好的，例如可以是2厘米、3厘米等。
该实施例中，激光扫描装置是现有装置，用来获取智能小车在行进路线中的实时位置信息。
该实施例中，通过计算检测到的焊缝与焊枪之间的偏差，输出偏差数据，由机器人执行机构实时纠正偏差，精确引导焊枪自动焊接，从而实现与机器人控制系统实时通讯跟踪焊缝进行焊接。
该实施例中，位置传感器通常以预先设定的距离(超前)安装在焊枪前部，因此它可以观察焊缝传感器本体到工件的距离。
该实施例中，在焊接罐体纵缝时，将小车移动至焊道后方，是机器人手臂前伸，依靠激光焊缝跟踪系统自动自动获取焊缝的位置信息，并与系统搭载的焊接机器人进行联动，使焊枪始终以相同的高度及角度维持在焊道上方。
该实施例中，系统参数设置好后，启动焊接程序小车按照罐体轨迹行进激光焊缝跟踪系统对定位误差进行校正，机器人按照预设的焊接工艺同步控制焊接电源与焊枪轨迹完成整个自动焊接过程。
该实施例中，焊接开始后激光焊缝跟踪系统自动获取焊缝的位置信息，并与系统搭载的焊接机器人进行联动，使焊枪始终以相同的高度及角度维持在焊道上方。机器人通过通讯方式与焊接电源进行同步控制，已完成收弧的焊接工艺。
上述技术方案的有益效果是：通过激光束确定不锈钢储罐与焊接机器人的距离信息以及位置信息，并通过预设程序算法对不锈钢储罐上的焊缝进行实时检测，使得得到的焊缝跟踪结果准确可靠，同时确定智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离，以及焊接机器人与焊缝之间的高度信息和相对角度信息，确保焊接机器人对焊缝进行精准的焊接，实现了全自动高品质的自动焊接。
实施例6：
在上述实施例5的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接，还包括：
基于预设规则对焊缝区域进行捕捉定位，并基于预设抽样方法确定焊缝检测区域；
获取所述焊缝检测区域的检测图像，并确定所述检测图像边界区域的二值图像，且提取所述二值图像中的多条线段，所述多条线段分别又多个灰度值的像素点构成；
基于所述多条线段，对所述边界区域的二值图像进行预处理，得到目标检测图像，并基于预设放大方法对所述目标检测图像进行放大；
提取放大后的目标检测图像对应的特征参数；
同时，获取对不锈钢储罐焊缝自动焊接时的源样本数据，并将所述源样本数据输入卷积审计网络进行筛选，得到所述源样本数据节点特征；
基于预设训练规则对所述源样本数据节点特征进行训练，得到焊接质量检测模型；
将所述目标检测图像对应的特征参数输入所述质量检测模型进行检测，得到所述不锈钢储罐焊缝自动焊接的质量检测结果；
基于所述质量检测结果判断所述不锈钢储罐焊缝自动焊接是否合格；
若不合格，控制智能小车带动焊接机器人再次对不锈钢储罐焊缝进行自动焊接，直至判定对所述不锈钢储罐焊缝自动焊接合格。
该实施例中，预设规则是提前设定好的，例如可以是通过卷积神经网络对焊缝区域进行捕捉定位。
该实施例中，预设抽样方法可以是随机抽样。
该实施例中，二值图像指的是将边界区域处理为只有黑白两种颜色，便于确定焊缝的边界，从而对焊缝质量进行准确的检测。
该实施例中，目标检测图像指的是对焊缝边界进行二值化处理后得到的图像，该图像用于检测焊缝质量。
该实施例中，预设放大方法可以是采用三次样条插值进行放大，是现有技术。
该实施例中，特征参数指的是目标检测图像中，能够清洗看得焊缝焊接特征的数据，例如，焊接的平滑程度，焊接的厚度等。
该实施例中，源样本数据指的是焊接机器人在对焊缝焊接时的焊接电压，焊接电流、焊接的厚度以及对焊接质量的要求。
该实施例中，预设训练规则是提前设定好的，可以是通过卷积神经网络进行训练。
该实施例中，特征数据指的是焊接数据中能够直接体现焊接工艺的关键性数据，例如焊接厚度为5毫米等。
该实施例中，目标矩阵指的是将特征数据放入一个矩阵中，便于对焊接数据进行处理，确定焊接数据的偏离数据。
该实施例中，偏离数据指的是焊接数据中偏离正常值的一些数据，例如焊接电压为220V，如果焊接电压不足220V或高于220V则为偏离数据。
上述技术方案的有益效果是：实现对不锈钢储罐焊缝焊接质量的检测，确保焊接质量合格，提高了焊接的精准度。
实施例7：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，如图4所示，步骤3中，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护，包括：
获取同步气体保护装置，其中，所述同步气体保护装置包括正面保护装置1以及背面保护装置2，并将所述正面保护装置1以及背面保护装置2分别放置于不锈钢储罐3焊缝两侧；
同时，获取对不锈钢储罐3的焊缝跟踪结果；
基于所述焊缝跟踪结果，焊接机器人对所述不锈钢储罐3焊缝进行焊接，并带动正面保护装置随焊接机器人4一起移动，其中，背面保护装置2受正面保护装置1的磁力牵引，与正面保护装置同步移动；
基于移动结果，同步气体保护装置释放保护气体并形成惰性气体保护场，完成对焊道的保护。
该实施例中，同步气体保护装置磁力式同步气体保护装置，在焊道正面与背面相对放置底部带有滚轮的气体保护装置，两套保护装置通过磁力吸附于罐体两面。
该实施例中，在正面保护装置随设备移动的过程中背面保护装置受磁力牵引同步运行，进而达到同步双面气体保护的目的
该实施例中，力式同步气体保护装置内部在装置左右分别配置强力磁铁，中间预留气体通道，保护气体经接管引入通道后，经气体扩散网后形成均匀持续的惰性气体保护场，进而对焊道有效保护
上述技术方案的有益效果是：通过设置同步气体保护装置，提高了对焊道的保护，为不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接提供了便利。
实施例8：
在上述实施例1的基础上，本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，步骤3中，所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，还包括：
获取不锈钢储罐的焊缝图像，将所述不锈钢储罐的焊缝图像放入预设直角坐标系中，并确定所述不锈钢储罐的焊缝对应的曲面函数；
基于所述曲面函数计算所述不锈钢储罐的焊缝面积，并基于所述不锈钢储罐的焊缝面积计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值，具体步骤包括：
根据如下公式计算所述不锈钢储罐的焊缝面积：
其中，S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；f(x,y)表示不锈钢储罐的焊缝在预设直角坐标系中的曲面函数；x表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值；y表示锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值；l1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最小取值；l2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最大取值；h1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最小取值；h2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最大取值；
根据如下公式计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值：
其中，v表示焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值；S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；D表示不锈钢储罐的焊缝的厚度值；α表示焊接机器人的灵敏度系数，且取值范围为(0.95，0.98)；U表示焊接机器人工作时的电压值；I表示焊接机器人工作时的电流值；W表示焊接机器人对不锈钢储罐的焊缝焊接时释放的热能；T表示焊接机器人完成不锈钢储罐焊缝的焊接所用的时间长度值；
将计算得到的速度值与预设速度值进行比较；
若计算得到的速度值小于所述预设速度值，判定焊接机器人对不锈钢储罐焊缝的焊接速度不合格，并对焊接机器人的焊接速度进行调整，直至计算得到的速度值大于或等于所述预设速度值；
否则，判定对不锈钢储罐焊缝的焊接速度合格，并在焊接机器人完成自动焊接后，对不锈钢储罐焊缝的焊接进行质量检测，且在焊接质量满足目标要求后，完成对不锈钢储罐焊缝的焊接。
该实施例中，预设直角坐标系是提前设计好的，用于确定焊缝的横纵坐标值，从而便于确定焊缝的面积。
该实施例中，曲面函数f(x,y)是将不锈钢储罐放在平面直角坐标系中，构建的曲面被积函数，通过对曲面被积函数进行二重积分，即可确定不锈钢储罐焊缝曲面的面积。
该实施例中，焊接机器人对不锈钢储罐的焊缝焊接时释放的热能指的是焊接机器人在对焊缝焊接时，需要融化焊条所需要的热能，是焊接过程中的一种热能。
该实施例中，预设速度值是提前设定好的，用于衡量焊接机器人的焊接速度是否合格。
该实施例中，焊接机器人的电流、电压以及释放的热能都直接影响焊接速度的大小，通过采用两种方式计算焊接速度再平方，为的是将影响焊接速度的参数都进行考虑，使得计算结果更加准确可信，减小误差。
上述技术方案的有益效果是：通过计算不锈钢储罐的焊缝的面积值，再计算焊接机器人完成焊缝焊接对应的速度值。在计算面积时，将焊缝图像放置于预设直角坐标系中，通过二重积分使得计算结果准确可信，在计算速度值时，涉及焊接机器人的工作电压、电流以及释放的热能，确保影响焊接速度的参数尽可能被考虑，同时涉及焊接量与时间的比值，使得计算结果准确可信，此方案确保了对焊接机器人焊接速度的把控，提高了自动化焊接的效率。
实施例9：
本实施例提供了一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接系统，如图2所示，包括：
地图模块，用于基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
轨迹规划模块，用于将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
焊接模块，用于控制所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。
上述技术方案的有益效果是：通过将智能小车与焊接机器人相结合，解决传统焊接中薄壁容器的焊接难点，降低焊接人员的技术门槛，对不锈钢储罐罐体环缝及纵缝进行全自动高品质的自动焊接，提高焊接精准度与焊接效率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，包括：
步骤1：基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
步骤2：将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
步骤3：所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。
2.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤1中，基于智能小车对目标场景进行感测的具体工作过程，包括：
获取智能小车与不锈钢储罐之间的预设相对距离，并基于所述预设相对距离控制所述智能小车微围绕不锈钢储罐进行运动，得到所述智能小车的运动轨迹；
基于所述智能小车的运动轨迹，获取所述智能小车围绕不锈钢储罐进行运动时的前轮偏转角度变化值，其中，所述前轮偏转角度变化值为多组；
构建外形评估模型，并对所述前轮偏转角度变化值以及智能小车的运动轨迹进行处理，得到智能小车对不锈钢储罐外形轮廓的跟踪结果；
基于所述跟踪结果，完成所述智能小车对所述目标场景的感测。
3.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤1中，根据感测结果建立目标地图的具体工作过程，包括：
获取所述智能小车的内部工作数据与所述智能小车的外部工作数据；
根据所述内部工作数据与所述外部工作数据对所述智能小车进行自身定位，得到小车定位；
基于所述小车定位，并根据所述外部工作数据确定环境信息增量式的环境地图；
基于所述环境地图，对所述智能小车在运动过程中进行里程计算，得到所述智能小车的里程计信息，同时，基于焊接机器人装载的激光传感器获取对场景检测得到的激光数据；
将所述智能小车的里程计信息结合激光传感器获取对场景检测得到的激光数据与所述环境地图进行匹配，实时获取所述智能小车在所述环境地图中的精确位姿，其中，精确位姿包括多组；
基于多组智能小车的精确位姿，结合所述环境地图，完成对目标地图的构建。
4.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤2中，将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，获取所述智能小车的行径轨迹后，还包括：
基于所述目标地图，确定所述焊接机器人的当前位置，并根据所述当前位置与任务目的地进行路径规划；
基于路径规划确定所述智能小车的行径轨迹，并根据所述行径轨迹向所述智能小车发送控制指令；
基于所述控制指令，控制所述智能小车进行自动行驶；
所述智能小车在自动行驶过程中，焊接机器人装载的激光传感器将获取到的对场景检测得到的激光数据传输至智能小车；
所述智能小车基于对场景检测得到的激光数据完成行径轨迹中障碍点的规避，完成智能小车的自主导航。
5.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤3中，通过所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接的工作过程，包括：
获取所述焊接机器人所释放的激光束，并将所述激光束进行放大，获取放大结果；
基于所述放大结果获取激光线，并将所述激光线投射到所述目标焊接物上，并根据预设方法将投射结果形成成像矩阵；
基于所述成像矩阵，确定所述焊接机器人到所述目标焊接物的距离信息，同时，得到所述焊接机器人沿所述激光线的位置信息；
基于所述距离信息、位置信息以及所述目标焊接物构建三维测量值；
基于所述三维测量值获取所述焊接机器人激光扫描区域中目标点的点位置信息；
基于所述点位置信息并根据预设程序算法对所述目标焊接物体上的焊缝进行实时检测，完成所述智能小车带动所述焊接机器人对目标焊接物的焊缝跟踪；
基于焊缝跟踪结果，控制所述智能小车按照所述行径轨迹进行自动行驶，同时，获取智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离，并将所述相对距离与预设距离进行比较；
若所述相对距离与所述预设距离不相等，基于智能小车上搭载的激光扫描装置，对所述智能小车在行径轨迹中的行进路线进行实时调整，直至智能小车与不锈钢储罐之间的相对距离与预设距离相等；
否则，所述焊接机器人基于焊缝跟踪结果，确定不锈钢储罐焊缝的当前高度，并基于所述不锈钢储罐焊缝的当前高度对焊枪高度进行调整；
同时，所述焊接机器人获取焊枪与不锈钢储罐焊缝之间的相对角度，并根据预设调整策略实时对相对角度进行调整，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接。
6.根据权利要求5所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，完成对不锈钢储罐焊缝的自动焊接，还包括：
基于预设规则对焊缝区域进行捕捉定位，并基于预设抽样方法确定焊缝检测区域；
获取所述焊缝检测区域的检测图像，并确定所述检测图像边界区域的二值图像，且提取所述二值图像中的多条线段，所述多条线段分别又多个灰度值的像素点构成；
基于所述多条线段，对所述边界区域的二值图像进行预处理，得到目标检测图像，并基于预设放大方法对所述目标检测图像进行放大；
提取放大后的目标检测图像对应的特征参数；
同时，获取对不锈钢储罐焊缝自动焊接时的源样本数据，并将所述源样本数据输入卷积审计网络进行筛选，得到所述源样本数据节点特征；
基于预设训练规则对所述源样本数据节点特征进行训练，得到焊接质量检测模型；
将所述目标检测图像对应的特征参数输入所述质量检测模型进行检测，得到所述不锈钢储罐焊缝自动焊接的质量检测结果；
基于所述质量检测结果判断所述不锈钢储罐焊缝自动焊接是否合格；
若不合格，控制智能小车带动焊接机器人再次对不锈钢储罐焊缝进行自动焊接，直至判定对所述不锈钢储罐焊缝自动焊接合格。
7.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤3中，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护，包括：
获取同步气体保护装置，其中，所述同步气体保护装置包括正面保护装置以及背面保护装置，并将所述正面保护装置以及背面保护装置分别放置于不锈钢储罐焊缝两侧；
同时，获取对不锈钢储罐的焊缝跟踪结果；
基于所述焊缝跟踪结果，焊接机器人对所述不锈钢储罐焊缝进行焊接，并带动正面保护装置随焊接机器人一起移动，其中，背面保护装置受正面保护装置的磁力牵引，与正面保护装置同步移动；
基于移动结果，同步气体保护装置释放保护气体并形成惰性气体保护场，完成对焊道的保护。
8.根据权利要求1所述的一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接方法，其特征在于，步骤3中，所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，还包括：
获取不锈钢储罐的焊缝图像，将所述不锈钢储罐的焊缝图像放入预设直角坐标系中，并确定所述不锈钢储罐的焊缝对应的曲面函数；
基于所述曲面函数计算所述不锈钢储罐的焊缝面积，并基于所述不锈钢储罐的焊缝面积计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值，具体步骤包括：
根据如下公式计算所述不锈钢储罐的焊缝面积：
其中，S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；f(x,y)表示不锈钢储罐的焊缝在预设直角坐标系中的曲面函数；x表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值；y表示锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值；l1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最小取值；l2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的横坐标值的最大取值；h1表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最小取值；h2表示不锈钢储罐的焊缝图像在预设直角坐标系中的纵坐标值的最大取值；
根据如下公式计算焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值：
其中，v表示焊接机器人完成不锈钢储罐的焊缝的焊接所对应的速度值；S表示所述不锈钢储罐的焊缝面积；D表示不锈钢储罐的焊缝的厚度值；α表示焊接机器人的灵敏度系数，且取值范围为(0.95，0.98)；U表示焊接机器人工作时的电压值；I表示焊接机器人工作时的电流值；W表示焊接机器人对不锈钢储罐的焊缝焊接时释放的热能；T表示焊接机器人完成不锈钢储罐焊缝的焊接所用的时间长度值；
将计算得到的速度值与预设速度值进行比较；
若计算得到的速度值小于所述预设速度值，判定焊接机器人对不锈钢储罐焊缝的焊接速度不合格，并对焊接机器人的焊接速度进行调整，直至计算得到的速度值大于或等于所述预设速度值；
否则，判定对不锈钢储罐焊缝的焊接速度合格，并在焊接机器人完成自动焊接后，对不锈钢储罐焊缝的焊接进行质量检测，且在焊接质量满足目标要求后，完成对不锈钢储罐焊缝的焊接。
9.一种基于不锈钢储罐移动机器人焊接系统，其特征在于，包括：
地图模块，用于基于智能小车对目标场景进行感测，同时，根据感测结果建立目标地图并实时更新所述目标地图；
轨迹规划模块，用于将所述目标地图传输至焊接机器人中进行焊接路线规划，得到所述智能小车的行径轨迹；
焊接模块，用于控制所述智能小车基于所述行径轨迹，带动所述焊接机器人对目标焊接物进行焊缝跟踪并焊接，同时，基于同步气体保护装置对所述目标焊接物进行焊接保护。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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