CN113954101A - 一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法，包括：底盘系统；升送臂系统，其包括升送臂下部基座，其设置在底盘上；升送臂上部基座，其通过连杆机构与升送臂上部基座连接；回转平台系统，其包括下回转平台，其在升送臂上部基座上转动；上回转平台，其在下回转平台上驱动转动；裂缝修复系统，包括坡口臂和焊合臂，其设置在上回转平台上；坡口切割锯和激光送粉熔覆头，其分别设置在坡口臂和焊合臂的头端；控制系统。本发明采用底盘系统配合两自由度的升送臂系统和回转平台系统将裂缝修复系统送至指定空间区域内，并采用坡口臂和焊合臂对待修复的裂缝进行开坡口处理和激光熔覆焊合作业，提高了修复效率和修复质量。

Description

一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁维修领域。更具体地说，本发明涉及一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法。

背景技术

随着桥梁设计和施工技术的不断进步，大跨径桥梁得到了飞速的发展，由于钢箱梁一般为全焊结构，在车辆交变荷载的作用下随着使用时间的增长容易产生疲劳裂缝，目前桥梁钢结构疲劳裂缝的修复方法主要为人工在裂缝边缘处加工坡口，完成后再由人工在坡口处焊合裂缝，以达到裂缝修复的目的。桥梁钢箱梁顶板和U肋上的裂缝在使用传统方法修复时需要多名施工人员同时携带多种作业工具进行裂缝修复工作，多数情况下需要增设支架或者爬梯以便施工人员到达指定的施工高度，且传统焊接受施工人员技术、焊条质量、焊接电流等因素影响，容易造成不同程度的焊接缺陷，在对整个钢箱梁顶板和U肋上的多条裂缝进行修复时施工人员需求多，修复工期长，而且还存在较大的安全隐患。

为解决上述问题，需要提供一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法，在提高修复效率的同时保证修复质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人及施工方法，采用底盘系统配合两自由度的升送臂系统和回转平台系统将裂缝修复系统送至指定空间区域内，裂缝修复系统采用坡口臂和焊合臂分别对待修复的裂缝进行开坡口处理和激光熔覆焊合作业，各系统中的动作机构均采用液压驱动，在保证裂缝修复的稳定性的同时提高了修复效率和修复质量。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，包括：

底盘系统，其包括底盘，其通过车轮驱动沿地面移动；

升送臂系统，其包括升送臂下部基座，其固定在所述底盘的顶面上；升送臂上部基座，其设置在所述底盘的上方；连杆机构，其连接所述升送臂下部基座和所述升送臂上部基座，所述连杆机构设置为用于调节所述升送臂上部基座与所述升送臂下部基座沿竖直方向和水平纵向的间距；

回转平台系统，其包括下回转平台，其设置在所述升送臂上部基座的顶面上并通过下驱动装置驱动沿水平方向转动；上回转平台，其设置在所述下回转平台前端的顶面上并通过上驱动装置驱动沿水平方向转动；

裂缝修复系统，包括坡口臂和焊合臂，其基座分别设置在所述上回转平台的顶部两侧；坡口切割锯，其设置在所述坡口臂的头端；激光送粉熔覆系统，其包括激光送粉熔覆头，其设置在所述焊合臂的头端；

控制系统，其包括液压泵站，其设置为用于为所述底盘系统、所述连杆机构、所述下驱动装置、所述上驱动装置、所述坡口臂、所述焊合臂和所述坡口切割锯提供动力；坡口臂控制阀组，其设置为用于控制所述坡口臂的移动；焊合臂控制阀组，其设置为用于控制所述焊合臂的移动；控制器，其与所述底盘系统、所述连杆机构、所述下驱动装置、所述上驱动装置、所述坡口切割锯、所述坡口臂控制阀组、焊合臂控制阀组均电连接。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，还包括视觉定位系统，其与所述控制器电连接，所述视觉定位系统包括定位支架，其位于所述坡口臂与所述焊合臂之间并竖直固定在所述上回转平台上；基础定位视觉模块，其固定在所述定位支架的顶端；坡口渐近视觉定位模块，其设置在所述坡口切割锯上并用于检测切割轨迹；焊合渐近视觉定位模块，其设置在所述激光送粉熔覆头上并用于检测焊接轨迹。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述升送臂下部基座和所述升送臂上部基座均位于所述底盘的纵向中线所在的竖直平面上。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述连杆机构包括：升送臂关节，其与所述升送臂下部基座相对设置在所述底盘的另一端并位于所述底盘的上方；升送大臂，其一端与所述升送臂下部基座铰接，另一端与所述升送臂关节的下部铰接；升送大臂液压缸，其固定端与所述升送臂下部基座铰接，顶推端与所述升送大臂铰接；升送小臂，其一端与所述升送臂关节铰接，另一端与所述升送臂上部基座铰接；升送小臂液压缸，其固定端与所述升送臂关节铰接，顶推端与所述升送小臂铰接。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述坡口臂和所述焊合臂均为六轴串联机械臂，其包括机械臂基座，其固定在所述上回转平台的顶面；肩关节，其设置在所述机械臂基座上并通过肩关节马达一驱动绕所述机械臂基座的轴线水平转动；机械大臂，其尾端通过肩关节马达二与所述肩关节铰接；肘关节，其通过肘关节马达一与所述机械大臂的头端铰接；机械小臂，其尾端设置在所述肘关节上并通过肘关节马达二驱动绕所述机械小臂的轴线转动；腕关节，其通过腕关节马达一与所述机械小臂的头端铰接；法兰盘，其设置在所述腕关节上并通过腕关节马达二驱动绕所述腕关节的轴线转动；

其中，同一机械臂上的所述肩关节马达一、所述肩关节马达二、所述肘关节马达一、所述肘关节马达二、所述腕关节马达一、所述腕关节马达二均与所述坡口臂控制阀组或所述焊合臂控制阀组电连接。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述坡口切割锯包括切割锯支架，其与所述坡口臂的法兰盘固定连接；锯片，其设置在所述切割锯支架上；切割锯马达，其设置在所述切割锯支架上并驱动所述锯片转动，所述切割锯马达与所述控制器电连接；

所述激光送粉熔覆头与所述焊合臂的法兰盘连接，所述激光送粉熔覆系统还包括激光熔覆送粉机、激光熔覆控制柜、激光熔覆冷水机、激光熔覆稳压器和激光器，所述激光熔覆控制柜与所述控制器电连接。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述控制系统还包括多个压力传感器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一压力传感器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的进出油口压力；多个编码器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一编码器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的转速。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述回转平台系统还包括工具箱，其设置在所述下回转平台后端的顶面上，所述激光送粉熔覆系统的激光熔覆送粉机、激光熔覆控制柜、激光熔覆冷水机、激光熔覆稳压器、激光器和所述控制器均设置在所述工具箱内部。

本发明还提供了一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，包括：

S1、驱动底盘系统沿地面移动，使液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人行走至待修复裂缝下方，并进行整车调平；

S2、通过连杆机构顶升升送臂上部基座，使上回转平台达到设定的施工高度；

S3、通过下驱动装置和上驱动装置分别调节下回转平台与上回转平台的转动角度，使坡口臂和焊合臂在水平方向上移动至待修复裂缝附近；

S4、通过基础定位视觉模块识别待修复裂缝的具体位置、裂缝轨迹和裂缝周边操作空间，并将采集到的基础定位数据通过电信号传输至控制器；

S5、控制器根据所述基础定位数据规划坡口臂的切割轨迹和焊合臂的焊接轨迹；

S6、通过控制器向坡口臂控制阀组下达指令信号，坡口臂的各关节马达动作，使坡口切割锯的锯片移动至待切割位置，然后启动切割锯马达，并根据规划的切割轨迹调节坡口臂的各关节的转动角度，操作锯片开设指定深度和角度的坡口；

S7、通过控制器向焊合臂控制阀组下达指令信号，焊合臂的各关节马达动作，使激光送粉熔覆头移动至待焊接位置，然后启动激光送粉熔覆系统，并根据规划的焊接轨迹调节焊合臂的各关节的转动角度，操作激光送粉熔覆头进行激光送粉焊合作业；

S8、通过控制器控制坡口臂、焊合臂、回转平台系统和升送臂系统复位，准备进行下一处裂缝修复工作；

S9、重复S1-S8的内容，进行下一次修复作业。

优选的是，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，S6中，通过坡口渐近定位视觉模块实时检测坡口臂的切割轨迹并将采集到的切割轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时切割轨迹与规划的切割轨迹的偏差，然后通过控制器向坡口臂控制阀组下达偏差矫正信号，对切割轨迹进行闭环控制；

S7中，通过焊合渐近定位视觉模块实时检测焊合臂的焊接轨迹并将采集到的焊接轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时焊接轨迹与规划的焊接轨迹的偏差，然后通过控制器向焊合臂控制阀组下达偏差矫正信号，对焊接轨迹进行闭环控制。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明采用两自由度的升送臂系统和两自由度的回转平台系统配合，在竖直和水平方向上将裂缝修复系统移送至合理的空间位置，保障坡口臂和焊合臂具有最优的空间站位；同时，裂缝修复系统采用坡口臂和焊合臂分别操纵坡口切割锯和激光送粉熔覆头有序、稳定、精准、高效完成桥梁钢箱梁的疲劳裂缝修复工作，大大减少了施工人员的工作量，并避免了人工主观因素(人员技术、焊条质量、焊接电流等)对施工进度的影响，有效提高了施工效率和施工质量；

2、本发明在施工中采用基础视觉和渐近视觉联合定位的方法对机器人的作业轨迹进行精准定位，保障所识别的裂缝位置和轨迹的准确性，进一步提高了裂缝修复效率和修复质量；

3、本发明采用机器人自动化施工进行桥梁钢结构的裂缝修复，极大地减少了施工人员的数量和裂缝修复工作的时间，且不需要增设支架或者爬梯以便施工人员到达指定的施工高度，有效地减少了桥梁钢结构裂缝修复施工的安全风险。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实施例的一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在初始状态下的整体结构示意图；

图2为上述实施例中所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在初始状态下的正视图；

图3为上述实施例中所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在初始状态下的侧视图；

图4为上述实施例中所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在初始状态下的俯视图；

图5为上述实施例中所述坡口臂在初始状态下的轴测图；

图6为上述实施例中所述坡口臂在初始状态下的正视图；

图7为上述实施例中所述焊合臂在初始状态下的轴测图；

图8为上述实施例中所述焊合臂在初始状态下的正视图；

图9为上述实施例中所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在工作状态下的轴测图；

图10为上述实施例中所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人在工作状态下的正视图；

图11为上述实施例中所述坡口臂在工作状态下的轴测图；

图12为上述实施例中所述焊合臂在工作状态下的轴测图；

图13为上述实施例中所述升送臂系统在工作状态下的轴测图；

图14为上述实施例中所述回转平台系统在工作状态下的轴测图；

图15为本发明一个实施例的一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法中S1的施工结构示意图；

图16为上述实施例中所述S2的施工结构示意图；

图17为上述实施例中所述S3的施工结构示意图；

图18为上述实施例中所述S6的施工结构示意图；

图19为上述实施例中所述S7的施工结构示意图；

图20为上述实施例中所述S8的施工结构示意图。

附图标记说明：

1、底盘系统；201、升送臂下部基座；202、升送大臂下连杆；203、升送大臂上连杆；204、升送大臂液压缸；205、升送臂关节；206、升送小臂液压缸；207、升送小臂下连杆；208、升送小臂上连杆；209、升送臂上部基座；301、下回转平台；302、下驱动装置；303、上回转平台；304、上驱动装置；305、工具箱；401、定位支架；402、基础定位视觉模块；403、坡口渐近视觉定位模块；404、焊合渐近视觉定位模块；5、坡口臂；501、坡口臂基座；502、坡口臂肩关节；503、坡口臂肩关节马达一；504、坡口臂肩关节马达二；505、坡口大臂；506、坡口臂肘关节；507、坡口臂肘关节马达一；508、坡口臂肘关节马达二；509、坡口小臂；510、坡口臂腕关节；511、坡口臂腕关节马达一；512、坡口臂腕关节马达二；513、坡口臂法兰盘；6、坡口切割锯；601、切割锯支架；602、切割锯马达；603、锯片；7、焊合臂；701、焊合臂基座；702、焊合臂肩关节；703、焊合臂肩关节马达一；704、焊合臂肩关节马达二；705、焊合大臂；706、焊合臂肘关节；707、焊合臂肘关节马达一；708、焊合臂肘关节马达二；709、焊合小臂；710、焊合臂腕关节；711、焊合臂腕关节马达一；712、焊合臂腕关节马达二；713、焊合臂法兰盘；801、激光送粉熔覆头；802、激光熔覆送粉机；803、激光熔覆控制柜；804、激光熔覆冷水机；805、激光熔覆稳压器；806、激光器；901、液压泵站；902、坡口臂控制阀组；903、焊合臂控制阀组；904、电控箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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。

如图1-20所示，本发明提供一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，包括：

底盘系统1，其包括底盘，其通过车轮驱动沿地面移动；

升送臂系统，其包括升送臂下部基座201，其固定在所述底盘的顶面上；升送臂上部基座209，其设置在所述底盘的上方；连杆机构，其连接所述升送臂下部基座201和所述升送臂上部基座209，所述连杆机构设置为用于调节所述升送臂上部基座209与所述升送臂下部基座201沿竖直方向和水平纵向的间距；

回转平台系统，其包括下回转平台301，其设置在所述升送臂上部基座209的顶面上并通过下驱动装置302驱动沿水平方向转动；上回转平台303，其设置在所述下回转平台301前端的顶面上并通过上驱动装置304驱动沿水平方向转动；

裂缝修复系统，包括坡口臂5和焊合臂7，其基座分别设置在所述上回转平台303的顶部两侧；坡口切割锯6，其设置在所述坡口臂5的头端；激光送粉熔覆系统，其包括激光送粉熔覆头801，其设置在所述焊合臂7的头端；

控制系统，其包括液压泵站901，其设置为用于为所述底盘系统1、所述连杆机构、所述下驱动装置302、所述上驱动装置304、所述坡口臂5、所述焊合臂7和所述坡口切割锯6提供动力；坡口臂控制阀组902，其设置为用于控制所述坡口臂5的移动；焊合臂控制阀组903，其设置为用于控制所述焊合臂7的移动；控制器，其与所述底盘系统1、所述连杆机构、所述下驱动装置302、所述上驱动装置304、所述坡口切割锯6、所述坡口臂控制阀组902、焊合臂控制阀组903均电连接。

上述技术方案中，所述液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人主要针对桥梁钢箱梁顶板和U肋上的疲劳裂缝进行修复工作，由于钢结构疲劳裂缝所在位置较高且局部空间位置较为狭小，裂缝修复作业对空间条件的要求较高，所以设计有升送臂系统，能够将两自由度的回转平台系统升送至合理的空间高度，升送过程中在满足倾覆稳定性的前提下，回转平台系统可通过连杆机构相对于底盘系统1沿车体(底盘)的前后方向(即水平纵向)小范围移动调位；回转平台系统上设置有裂缝修复系统，通过下回转平台301和上回转平台303的转动，可以更灵活地在指定空间高度上对坡口臂5和焊合臂7的基础位置沿水平方向调节，从而实现裂缝修复系统的初步定位。其中，升送臂系统为两自由度的提升系统，升送臂下部基座201固定在底盘前端的顶面上，升送臂上部基座209在连杆机构的作用下可相对升送臂上臂基座沿竖直方向(向上)和沿水平方向(纵向)移动，这里的水平纵向指的是底盘的长度方向；在初始状态下，升送臂上部基座209位于底盘中部的正上方，当连杆机构进入工作状态后，可以向上顶升升送臂上部基座209，同时根据裂缝位置调节升送臂上部基座209向底盘的后端或前端的上方移动，从而，使位于升送臂上部基座209上的回转平台系统在能够顺利提升至指定的施工高度的同时，保证升送臂系统相对底盘系统的稳定性，避免在顶升过程中发生倾覆。升送臂系统能够在两个自由度的体系内根据施工需要灵活调整升送臂上部基座209的位置，从而将回转平台系统及其搭载的裂缝修复系统顺利送入待施工区。回转平台系统为两自由度的转动系统，上回转平台303的水平面积小于下回转平台301的水平面积，上回转平台303设置在下回转平台301的一端，另一端可以用于放置其他施工设备。上驱动装置304和下驱动装置302均可选用蜗轮蜗杆式回转驱动，下驱动装置302设置在下回转平台301的中部，下驱动装置302的固定面与升送臂上部基座209栓接，下驱动装置302的回转面与下回转平台301栓接，这样下回转平台301可以绕下驱动装置302的轴线相对升送臂上部基座209转动；上驱动装置304布置在下回转平台301的前端且位于上回转平台303的中部，上驱动装置304的固定面与下回转平台301栓接，上驱动装置304的回转面与上回转平台303栓接，这样上回转平台303可以绕上驱动装置304的轴线相对下回转平台301转动。升送臂系统的两自由度是指水平纵向和竖直方向上的两个移动自由度，回转平台系统的两自由度是指分别绕上驱动装置304、下驱动装置302的中心轴线回转的转动自由度，通过两自由度的升送臂系统和两自由度的回转平台系统，可根据待修复裂缝所在位置的周边环境，灵活调节位于上回转平台303上的坡口臂5和焊合臂7的基础位置，使其获得较为合理的空间基础位置，方便进行后续施工。在裂缝修复系统初步定位后，通过控制器调节坡口臂5和焊合臂7的头端的位置，并使用坡口切割锯6和激光送粉熔覆头801先后对待修复的裂缝进行开坡口处理和激光熔覆焊合作业，完成一次裂缝修复工作。

底盘系统1、升送臂系统、回转平台系统、裂缝修复系统中的各动作机构均采用液压驱动，控制系统中的液压泵站901可为上述动作机构提供液压动力源，液压泵站901布置在上回转平台303中部偏后端(坡口臂、焊合臂的后端)的位置。同时，控制系统为电液比例控制系统，整体机器人中各系统的控制功能均集成在控制器中，通过控制器根据指令控制各动作机构与电子元件的工作状态，实现修复施工全过程的自动化、智能化控制。具体的，底盘系统1具有自动调平和自动巡航功能，能够将整个机器人移动至待修复裂缝下方位置，这里，底盘系统的车轮通过液压马达驱动，自动调平和自动巡航功能均集成在控制器中。连杆机构、上驱动装置304、下驱动装置302也为液压驱动。坡口臂5和焊合臂7内部的动作机构为液压驱动，通过控制器向坡口臂控制阀组902和焊合臂控制阀组903发送信号即可控制坡口臂5和焊合臂7的工作状态，坡口臂5上搭载有坡口切割锯6，用于在合适的位置进行开坡口操作，坡口切割锯6的马达也为液压驱动；焊合臂7上搭载有激光送粉熔覆系统的激光送粉熔覆头801，用于在合适的位置进行焊接作业，激光送粉熔覆系统的动力源和主控系统独立设置，但由于激光送粉熔覆头需与焊合臂等其他结构配合作业，激光送粉熔覆系统的主控系统与控制器电连接，实现联动控制。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，还包括视觉定位系统，其与所述控制器电连接，所述视觉定位系统包括定位支架401，其位于所述坡口臂5与所述焊合臂7之间并竖直固定在所述上回转平台303上；基础定位视觉模块402，其固定在所述定位支架401的顶端；坡口渐近视觉定位模块403，其设置在所述坡口切割锯6上并用于检测切割轨迹；焊合渐近视觉定位模块404，其设置在所述激光送粉熔覆头801上并用于检测焊接轨迹。其中，所述定位支架401位于上回转平台303的顶面中心，基础定位视觉模块402、坡口渐近视觉定位模块403、焊合渐近视觉定位模块404均选用摄像机，基础定位视觉模块402采集待修复裂缝的整体图像信息，用于识别待修复裂缝的具体位置、裂缝轨迹和裂缝周边操作空间；坡口渐近视觉定位模块403用于检测坡口切割锯6的切割轨迹，焊合渐近视觉定位模块404用于检测激光送粉熔覆头801的焊接轨迹。所述视觉定位系统与控制器电连接，基础定位视觉模块402可以在修复作业正式开始前(坡口臂、焊合臂动作前)对待修复裂缝进行进一步定位和作业路径规划，坡口渐近视觉定位模块403和焊合渐近视觉定位模块404可在修复作业过程中对开坡口、焊合作业的轨迹进行监测并实时反馈至控制器中，通过与规划的路径对比确认当前施工状态与设定是否存在偏差，进一步确保修复作业的准确性。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述升送臂下部基座201和所述升送臂上部基座209均位于所述底盘的纵向中线所在的竖直平面上。当连杆机构工作顶升时，升送臂上部基座209仍沿所述底盘的纵向中线所在的竖直平面移动，从而，使升送臂系统在工作状态下仍能保持较好的平衡性和稳定性，能够有效防止整体机器人的晃动、倾倒等问题。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述连杆机构包括：升送臂关节205，其与所述升送臂下部基座201相对设置在所述底盘的另一端并位于所述底盘的上方；升送大臂，其一端与所述升送臂下部基座201铰接，另一端与所述升送臂关节205的下部铰接；升送大臂液压缸204，其固定端与所述升送臂下部基座201铰接，顶推端与所述升送大臂铰接；升送小臂，其一端与所述升送臂关节205铰接，另一端与所述升送臂上部基座209铰接；升送小臂液压缸206，其固定端与所述升送臂关节205铰接，顶推端与所述升送小臂铰接。其中，升送臂关节205通过升送大臂支撑在与升送臂下部基座201相对的另一端，升送小臂的一端支撑在升送臂关节205上，升送小臂的另一端用于支撑升送臂上部基座209，升送大臂和升送小臂在底盘平面上的投影均与底盘的纵向水平中线重合，且升送小臂与升送大臂相对于升送臂关节205的转动方向相反，从而，使升送臂系统在顶升作业时，整体处于受力平衡的状态，且升送臂上部基座209始终位于底盘中部位置的上方，提高了机器人的整体工作稳定性。具体的，升送大臂和升送小臂均为平行四边形连杆机构，运动时各对边保持平行。升送大臂包括平行间隔设置的两条连杆(升送大臂上连杆203和升送大臂下连杆202)，任一连杆的两端分别与升送臂下部基座201和升送臂关节205铰接，升送大臂液压缸204的两端分别与升送臂下部基座201和升送大臂上连杆203铰接；升送小臂包括平行间隔设置的两条连杆(升送小臂上连杆208和升送小臂下连杆207)，任一连杆的两端分别与升送臂关节205和升送臂上部基座209铰接，升送小臂液压缸206的两端分别与升送臂关节205和升送小臂下连杆207铰接。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述坡口臂5和所述焊合臂7均为六轴串联机械臂，其包括机械臂基座，其固定在所述上回转平台303的顶面；肩关节，其设置在所述机械臂基座上并通过肩关节马达一驱动绕所述机械臂基座的轴线水平转动；机械大臂，其尾端通过肩关节马达二与所述肩关节铰接；肘关节，其通过肘关节马达一与所述机械大臂的头端铰接；机械小臂，其尾端设置在所述肘关节上并通过肘关节马达二驱动绕所述机械小臂的轴线转动；腕关节，其通过腕关节马达一与所述机械小臂的头端铰接；法兰盘，其设置在所述腕关节上并通过腕关节马达二驱动绕所述腕关节的轴线转动；

其中，同一机械臂上的所述肩关节马达一、所述肩关节马达二、所述肘关节马达一、所述肘关节马达二、所述腕关节马达一、所述腕关节马达二均与所述坡口臂控制阀组902或所述焊合臂控制阀组903电连接。

上述技术方案中，坡口臂5包括坡口臂基座501，其安装于上回转平台303一侧；坡口臂肩关节502，其通过坡口臂肩关节马达一503与坡口臂基座501连接并产生相对转动；坡口大臂505，其尾端通过坡口臂肩关节马达二504与坡口臂肩关节502连接并产生相对转动，坡口臂肩关节马达一503和坡口臂肩关节马达二504均设置在坡口臂肩关节502内；坡口臂肘关节506，其通过坡口臂肘关节马达一507与坡口大臂505的头端连接并产生相对转动；坡口小臂509，其尾端通过坡口臂肘关节马达二508与坡口臂肘关节506连接并产生相对转动，坡口臂肘关节马达一507和坡口臂肘关节马达二508均设置在坡口臂肘关节506内；坡口臂腕关节510，其坡口臂腕关节马达一511与坡口小臂509的头端连接并产生相对转动；坡口臂法兰盘513，其通过坡口臂腕关节马达二512与坡口臂腕关节510连接并产生相对转动，坡口臂腕关节马达一511和坡口臂腕关节马达二512均设置在坡口臂腕关节510内。坡口臂肩关节马达一503、坡口臂肩关节马达二504、坡口臂肘关节马达一507、坡口臂肘关节马达二508、坡口臂腕关节马达一511、坡口臂腕关节马达二512均为液压驱动马达且与所述坡口臂控制阀组902电连接，坡口臂控制阀组902布置在坡口臂肩关节502的上表面。

焊合臂7包括焊合臂基座701，其安装于上回转平台303的另一侧，焊合臂基座701与坡口臂基座501在上回转平台303上对称布置；焊合臂肩关节702，其通过焊合臂肩关节马达一703与焊合臂基座701连接并产生相对转动；焊合大臂705，其尾端通过焊合臂肩关节马达二704与焊合臂肩关节702连接并产生相对转动，焊合臂肩关节马达一703和焊合臂肩关节马达二704均设置在焊合臂肩关节702内；焊合臂肘关节706，其通过焊合臂肘关节马达一707与焊合大臂705的头端连接并产生相对转动；焊合小臂709，其尾端通过焊合臂肘关节马达二708与焊合臂肘关节706连接并产生相对转动，焊合臂肘关节马达一707和焊合臂肘关节马达二708均设置在焊合臂肘关节706内；焊合臂腕关节710，其焊合臂腕关节马达一711与焊合小臂709的头端连接并产生相对转动；焊合臂法兰盘713，其通过焊合臂腕关节马达二712与焊合臂腕关节710连接并产生相对转动，焊合臂腕关节马达一711和焊合臂腕关节马达二712均设置在焊合臂腕关节710内。焊合臂肩关节马达一703、焊合臂肩关节马达二704、焊合臂肘关节马达一707、焊合臂肘关节马达二708、焊合臂腕关节马达一711、焊合臂腕关节马达二712均为液压驱动马达且与所述焊合臂控制阀组903电连接，焊合臂控制阀组903布置在焊合臂肩关节702的上表面。

从而，坡口臂控制阀组902和焊合臂控制阀组903能够接收来自控制器的指令信号，并控制对应机械臂中各关节马达的工作状态，即根据施工需求调节对应机械臂中各关节的转动角度，使坡口切割锯6和激光送粉熔覆头801能够按照一定的轨迹对待修复裂缝进行修复作业。坡口臂5和焊合臂7均采用六轴串联机械臂，其各关节马达采用液压驱动，配合坡口臂控制阀组和焊合臂控制阀组能够提供较强的负载控制能力，满足了裂缝修复作业的稳定性需求。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述坡口切割锯6包括切割锯支架601，其与所述坡口臂5的法兰盘固定连接；锯片603，其设置在所述切割锯支架601上；切割锯马达602，其设置在所述切割锯支架601上并驱动所述锯片603转动，所述切割锯马达602与所述控制器电连接；

所述激光送粉熔覆头801与所述焊合臂7的法兰盘连接，所述激光送粉熔覆系统还包括激光熔覆送粉机802、激光熔覆控制柜803、激光熔覆冷水机804、激光熔覆稳压器805和激光器806，所述激光熔覆控制柜803与所述控制器电连接。

上述技术方案中，坡口渐近视觉定位模块403安装于切割锯支架601上，焊合渐近视觉定位模块404安装于激光送粉熔覆头801的中部。切割锯马达602为液压驱动马达，通过控制器可实现对切割锯马达602工作状态的控制，即实现对锯片603工作状态的控制。激光送粉熔覆系统包括独立的控制系统，通过激光熔覆送粉机802、激光器806等为激光送粉熔覆头801提供焊接原料，激光熔覆控制柜803用于控制送粉和熔覆过程，另外，激光熔覆控制柜803与控制器间存在电连接，便于根据当前施工进度调整激光送粉熔覆系统的工作状态。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述控制系统还包括多个压力传感器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一压力传感器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的进出油口压力；多个编码器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一编码器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的转速。具体的，压力传感器安装在坡口臂5和焊合臂7上的各关节马达的进出油口处，以实时监测各关节马达的工作压力；编码器安装在坡口臂5和焊合臂7上的各关节马达的转轴上，以实时监测各关节马达的转动变量信息。从而，对机械臂各关节马达的工作状态进行实时监测，保证机械臂工作的稳定性和安全性。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，所述回转平台系统还包括工具箱305，其设置在所述下回转平台301后端的顶面上，所述激光送粉熔覆系统的激光熔覆送粉机802、激光熔覆控制柜803、激光熔覆冷水机804、激光熔覆稳压器805、激光器806和所述控制器均设置在所述工具箱305内部。上述技术方案中，工具箱305为一内部中空的外壳，激光熔覆送粉机802、激光熔覆控制柜803、激光熔覆冷水机804、激光熔覆稳压器805、激光器806均设置在工具箱305内部，控制器集成在电控箱904内，电控箱904设置在工具箱305内，使机器人各系统中相对固定的电子器件结构能够集中布置在下回转平台301上，一方面保证了下回转平台301两端的平衡性，另一方面能够对工具箱内的部件进行防护，避免修复施工中碎石等残渣掉落损坏电子器件，影响机器人的正常工作。

本发明还提供了一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，包括：

S1、驱动底盘系统1沿地面移动，使液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人行走至待修复裂缝下方，并进行整车调平；

S2、通过连杆机构顶升升送臂上部基座209，使上回转平台303达到设定的施工高度；

S3、通过下驱动装置302和上驱动装置304分别调节下回转平台301与上回转平台303的转动角度，使坡口臂5和焊合臂7在水平方向上移动至待修复裂缝附近；

S4、通过基础定位视觉模块402识别待修复裂缝的具体位置、裂缝轨迹和裂缝周边操作空间，并将采集到的基础定位数据通过电信号传输至控制器；

S5、控制器根据所述基础定位数据规划坡口臂5的切割轨迹和焊合臂7的焊接轨迹；

S6、通过控制器向坡口臂控制阀组902下达指令信号，坡口臂5的各关节马达动作，使坡口切割锯的锯片603移动至待切割位置，然后启动切割锯马达602，并根据规划的切割轨迹调节坡口臂5的各关节的转动角度，操作锯片603开设指定深度和角度的坡口；

S7、通过控制器向焊合臂控制阀组903下达指令信号，焊合臂7的各关节马达动作，使激光送粉熔覆头801移动至待焊接位置，然后启动激光送粉熔覆系统，并根据规划的焊接轨迹调节焊合臂7的各关节的转动角度，操作激光送粉熔覆头801进行激光送粉焊合作业；

S8、通过控制器控制坡口臂5、焊合臂7、回转平台系统和升送臂系统复位，准备进行下一处裂缝修复工作；

S9、重复S1-S8的内容，进行下一次修复作业。

上述技术方案中，对裂缝进行修复作业的方法为：六轴串联机械臂(坡口臂5)操纵坡口切割锯6开设指定深度和角度的坡口，六轴串联机械臂(焊合臂7)操纵激光送粉熔覆头801焊合裂缝。作业过程中采用电液比例控制技术来保障六轴机械臂的执行精度，控制器用于处理控制系统的检测模块(压力传感器、编码器等)和视觉定位系统的反馈信号并向各控制阀组下达指令信号，以控制坡口臂5和焊合臂7的运动轨迹，进而控制坡口切割锯6和激光送粉熔覆头801的工作轨迹。

另外，在遇到较薄板厚的钢板时，不需要开设坡口，所以只需要焊合臂7动作，操作激光送粉熔覆头801进行熔覆焊合疲劳裂缝，即可完成较薄板厚钢板的疲劳裂缝修复(省去步骤S6的内容)；在遇到较厚板厚的钢板时，需要先在裂缝处开焊合坡口以保障焊缝深度和质量，这就需要坡口臂5先动作，操作坡口切割锯6在疲劳裂缝处开设一定深度和角度的坡口，坡口完成后焊合臂7动作，操作激光送粉熔覆头801进行送粉熔覆焊合疲劳裂缝，完成较厚板厚钢板的疲劳裂缝修复。

在另一技术方案中，所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，S6中，通过坡口渐近定位视觉模块实时检测坡口臂5的切割轨迹并将采集到的切割轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时切割轨迹与规划的切割轨迹的偏差，然后通过控制器向坡口臂控制阀组902下达偏差矫正信号，对切割轨迹进行闭环控制；

S7中，通过焊合渐近定位视觉模块实时检测焊合臂7的焊接轨迹并将采集到的焊接轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时焊接轨迹与规划的焊接轨迹的偏差，然后通过控制器向焊合臂控制阀组903下达偏差矫正信号，对焊接轨迹进行闭环控制。

上述技术方案中，在坡口切割锯6工作过程中采用坡口渐近定位视觉模块检测切割轨迹并实时反馈给控制器，在激光送粉熔覆头801工作过程中采用焊合渐近定位视觉模块检测焊接轨迹并实时反馈给控制器，实现了对作业过程的监测，并将检测数据用于进一步反馈控制切割和焊接的工作状态。从而，通过基础视觉模块和渐近视觉模块融合定位的方法更精准的获取待修复裂缝的位置和轨迹，提高了作业精度和准确度，进一步提高了修复质量。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，包括：

底盘系统，其包括底盘，其通过车轮驱动沿地面移动；

升送臂系统，其包括升送臂下部基座，其固定在所述底盘的顶面上；升送臂上部基座，其设置在所述底盘的上方；连杆机构，其连接所述升送臂下部基座和所述升送臂上部基座，所述连杆机构设置为用于调节所述升送臂上部基座与所述升送臂下部基座沿竖直方向和水平纵向的间距；

回转平台系统，其包括下回转平台，其设置在所述升送臂上部基座的顶面上并通过下驱动装置驱动沿水平方向转动；上回转平台，其设置在所述下回转平台前端的顶面上并通过上驱动装置驱动沿水平方向转动；

裂缝修复系统，包括坡口臂和焊合臂，其基座分别设置在所述上回转平台的顶部两侧；坡口切割锯，其设置在所述坡口臂的头端；激光送粉熔覆系统，其包括激光送粉熔覆头，其设置在所述焊合臂的头端；

控制系统，其包括液压泵站，其设置为用于为所述底盘系统、所述连杆机构、所述下驱动装置、所述上驱动装置、所述坡口臂、所述焊合臂和所述坡口切割锯提供动力；坡口臂控制阀组，其设置为用于控制所述坡口臂的移动；焊合臂控制阀组，其设置为用于控制所述焊合臂的移动；控制器，其与所述底盘系统、所述连杆机构、所述下驱动装置、所述上驱动装置、所述坡口切割锯、所述坡口臂控制阀组、焊合臂控制阀组均电连接。

2.如权利要求1所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，还包括视觉定位系统，其与所述控制器电连接，所述视觉定位系统包括定位支架，其位于所述坡口臂与所述焊合臂之间并竖直固定在所述上回转平台上；基础定位视觉模块，其固定在所述定位支架的顶端；坡口渐近视觉定位模块，其设置在所述坡口切割锯上并用于检测切割轨迹；焊合渐近视觉定位模块，其设置在所述激光送粉熔覆头上并用于检测焊接轨迹。

3.如权利要求1所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述升送臂下部基座和所述升送臂上部基座均位于所述底盘的纵向中线所在的竖直平面上。

4.如权利要求1所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述连杆机构包括：升送臂关节，其与所述升送臂下部基座相对设置在所述底盘的另一端并位于所述底盘的上方；升送大臂，其一端与所述升送臂下部基座铰接，另一端与所述升送臂关节的下部铰接；升送大臂液压缸，其固定端与所述升送臂下部基座铰接，顶推端与所述升送大臂铰接；升送小臂，其一端与所述升送臂关节铰接，另一端与所述升送臂上部基座铰接；升送小臂液压缸，其固定端与所述升送臂关节铰接，顶推端与所述升送小臂铰接。

5.如权利要求1所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述坡口臂和所述焊合臂均为六轴串联机械臂，其包括机械臂基座，其固定在所述上回转平台的顶面；肩关节，其设置在所述机械臂基座上并通过肩关节马达一驱动绕所述机械臂基座的轴线水平转动；机械大臂，其尾端通过肩关节马达二与所述肩关节铰接；肘关节，其通过肘关节马达一与所述机械大臂的头端铰接；机械小臂，其尾端设置在所述肘关节上并通过肘关节马达二驱动绕所述机械小臂的轴线转动；腕关节，其通过腕关节马达一与所述机械小臂的头端铰接；法兰盘，其设置在所述腕关节上并通过腕关节马达二驱动绕所述腕关节的轴线转动；

其中，同一机械臂上的所述肩关节马达一、所述肩关节马达二、所述肘关节马达一、所述肘关节马达二、所述腕关节马达一、所述腕关节马达二均与所述坡口臂控制阀组或所述焊合臂控制阀组电连接。

6.如权利要求5所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述坡口切割锯包括切割锯支架，其与所述坡口臂的法兰盘固定连接；锯片，其设置在所述切割锯支架上；切割锯马达，其设置在所述切割锯支架上并驱动所述锯片转动，所述切割锯马达与所述控制器电连接；

所述激光送粉熔覆头与所述焊合臂的法兰盘连接，所述激光送粉熔覆系统还包括激光熔覆送粉机、激光熔覆控制柜、激光熔覆冷水机、激光熔覆稳压器和激光器，所述激光熔覆控制柜与所述控制器电连接。

7.如权利要求5所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述控制系统还包括多个压力传感器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一压力传感器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的进出油口压力；多个编码器，其分别设置在所述肩关节、所述肘关节和所述腕关节内的马达上，任一编码器与所述控制器电连接并设置为用于检测对应马达的转速。

8.如权利要求6所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人，其特征在于，所述回转平台系统还包括工具箱，其设置在所述下回转平台后端的顶面上，所述激光送粉熔覆系统的激光熔覆送粉机、激光熔覆控制柜、激光熔覆冷水机、激光熔覆稳压器、激光器和所述控制器均设置在所述工具箱内部。

9.一种液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，其特征在于，包括：

S1、驱动底盘系统沿地面移动，使液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复机器人行走至待修复裂缝下方，并进行整车调平；

S2、通过连杆机构顶升升送臂上部基座，使上回转平台达到设定的施工高度；

S3、通过下驱动装置和上驱动装置分别调节下回转平台与上回转平台的转动角度，使坡口臂和焊合臂在水平方向上移动至待修复裂缝附近；

S4、通过基础定位视觉模块识别待修复裂缝的具体位置、裂缝轨迹和裂缝周边操作空间，并将采集到的基础定位数据通过电信号传输至控制器；

S5、控制器根据所述基础定位数据规划坡口臂的切割轨迹和焊合臂的焊接轨迹；

S6、通过控制器向坡口臂控制阀组下达指令信号，坡口臂的各关节马达动作，使坡口切割锯的锯片移动至待切割位置，然后启动切割锯马达，并根据规划的切割轨迹调节坡口臂的各关节的转动角度，操作锯片开设指定深度和角度的坡口；

S7、通过控制器向焊合臂控制阀组下达指令信号，焊合臂的各关节马达动作，使激光送粉熔覆头移动至待焊接位置，然后启动激光送粉熔覆系统，并根据规划的焊接轨迹调节焊合臂的各关节的转动角度，操作激光送粉熔覆头进行激光送粉焊合作业；

S8、通过控制器控制坡口臂、焊合臂、回转平台系统和升送臂系统复位，准备进行下一处裂缝修复工作；

S9、重复S1-S8的内容，进行下一次修复作业。

10.如权利要求9所述的液压驱动型双臂激光熔覆裂缝修复施工方法，其特征在于，S6中，通过坡口渐近定位视觉模块实时检测坡口臂的切割轨迹并将采集到的切割轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时切割轨迹与规划的切割轨迹的偏差，然后通过控制器向坡口臂控制阀组下达偏差矫正信号，对切割轨迹进行闭环控制；

S7中，通过焊合渐近定位视觉模块实时检测焊合臂的焊接轨迹并将采集到的焊接轨迹数据反馈到控制器中，通过控制器分析对比实时焊接轨迹与规划的焊接轨迹的偏差，然后通过控制器向焊合臂控制阀组下达偏差矫正信号，对焊接轨迹进行闭环控制。

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