CN114055490A - 塔筒焊缝检查机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔筒焊缝检查机器人及其控制方法，其中，一种塔筒焊缝检查机器人，用于检查塔筒的焊缝，包含：爬壁机器人、自适应调节模块、补偿模块以及检查模块；自适应调节模块与爬壁机器人相连，用于自适应调节检查模块与塔筒的贴合程度；补偿模块与自适应调节模块相连，用于补偿偏差；检查模块与补偿模块相连，用于检查塔筒的焊缝。本发明可以对扫查器进行自适应调节，根据需要检查的不同位置和不同焊缝进行自动的调整，保证扫查器和探头的检查质量，提高检测的精确度，且通过设有的补偿模块，可以对扫查器与塔筒焊缝之间偏差进行补偿，从而保证检查的精确度。

Description

塔筒焊缝检查机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及塔筒焊接检查技术领域，特别涉及一种塔筒焊缝检查机器人及其控制方法。

背景技术

风电塔筒就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动，在风电塔筒中，我们需要对塔筒焊缝进行检查，检查包含垂直爬行检查纵焊缝，环向爬行检查圆周焊缝，在检测的时候扫查器需要频繁抬起落下，从而需要适度作用力压到塔筒上才能进行精准的检测，并且随着检测不同的位置的不同的焊缝，应当具备自适应适度压紧，并且在自适应压紧的时候还会存在一些位置上的偏差，从而影响检查的精确度。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种塔筒焊缝检查机器人，用于检查塔筒的焊缝，包含：爬壁机器人、自适应调节模块、补偿模块以及检查模块；

自适应调节模块与爬壁机器人相连，用于自适应调节检查模块与塔筒的贴合程度；

补偿模块与自适应调节模块相连，用于补偿偏差；

检查模块与补偿模块相连，用于检查塔筒的焊缝。

进一步，自适应调节模块包含：俯仰支架、支座以及自适应驱动组件；

俯仰支架的底部一端与爬壁机器人主体铰接，俯仰支架的底部另一端与补偿模块的一侧铰接；

支座设置在爬壁机器人主体的顶部；

自适应驱动组件与支座和俯仰支架相连。

进一步，自适应驱动组件包含：气弹簧、电动推杆、连杆以及铰轴。

气弹簧的一端与支座铰接，气弹簧的输出端与俯仰支架的顶部铰接；

电动推杆的一端与支座铰接，电动推杆的一端位于气弹簧的一端的顶部；

连杆的一端与电动推杆的输出端相连，连杆上开设有长槽；

铰轴可移动的设置在长槽上，铰轴的两端与俯仰支架的顶部活动连接，铰轴位于气弹簧的输出端的顶部。

进一步，补偿模块包含：补偿驱动机构、滑块以导轨；

补偿驱动机构与自适应调节模块的一侧铰接，用于提供驱动力；

导轨设置在自适应调节模块的一侧；

滑块与补偿驱动机构相连，滑块与导轨滑动连接，滑块与检查模块相连。

进一步，补偿模块还包含：照相机以及一字激光器；

照相机与检查模块的一侧相连；

一字激光器与检查模块的一侧相连。

进一步，检查模块包含：扫查器、探头装置以及支撑件；

扫查器的顶部与补偿模块的一侧相连；

探头设置在扫查器的底部；

支撑件设置在扫查器的底部。

进一步，探头装置包含：探头滑轨、发射探头、接收探头以及探头驱动组件：

探头滑轨与扫查器的一侧相连；

发射探头和接收探头滑动连接在探头滑轨上；

探头驱动组件与发射探头、接收探头以及扫查器相连，用于驱动发射探头和接收探头在探头滑轨上相对移动。

进一步，支撑件包含：牛眼轮，牛眼轮设置在扫查器的底部。

进一步，检查模块还包含：弹簧，弹簧设置在发射探头和接收探头上，用于下压发射探头和接收探头。

进一步，塔筒焊缝检查机器人的控制方法，包含如下步骤；

通过一字激光器以预设的倾斜角度照射塔筒的表面，在塔筒的表面产生焊缝结构光；

通过照相机以预设的倾斜角度实时获取焊缝结构光的图像数据；

对焊缝结构光的图像数据处理并计算出塔筒的焊缝的中心位置；

对比塔筒的焊缝的中心位置与照相机的中心原点位置，得出扫查器偏离塔筒的焊缝的位置数据；

根据扫查器偏离塔筒的焊缝的位置数据，横向移动扫查器进行偏离补偿。

进一步，当横向移动扫查器至预设的位移量时，可对爬壁机器人的姿态进行纠偏。

根据本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人及其控制方法，可以对扫查器进行自适应调节，根据需要检查的不同位置和不同焊缝进行自动的调整，保证扫查器和探头的检查质量，提高检测的精确度，且通过设有的补偿模块，可以对扫查器与塔筒焊缝之间偏差进行补偿，从而保证检查的精确度。

要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并 且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

附图说明

图1为根据本发明实施例塔筒焊缝检查机器人的主视结构示意图。

图2为根据本发明实施例塔筒焊缝检查机器人的补偿模块以及检查模块的左视结构示意图。

图3为根据本发明实施例塔筒焊缝检查机器人的一字激光器的俯视结构示意图。

图4为根据本发明实施例塔筒焊缝检查机器人的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，详细描述本发明的优选实施例，对本发明做进一步阐述。

首先，将结合图1~3描述根据本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人，用于塔筒焊缝的检查，其应用场景很广。

如图1~3所示，本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人，具有爬壁机器人1、自适应调节模块、补偿模块以及检查模块。

具体地，如图1~3所示，在本实施例中，自适应调节模块与爬壁机器人1相连，用于自适应调节检查模块与塔筒6的贴合程度，补偿模块与自适应调节模块相连，用于补偿偏差，提高检查的精确度，检查模块与补偿模块相连，用于检查塔筒6的焊缝5。

进一步，如图1~2所示，在本实施例中，自适应调节模块包含：俯仰支架21、支座22以及自适应驱动组件。俯仰支架21的底部一端与爬壁机器人1主体铰接，俯仰支架21的底部另一端与补偿模块的补偿驱动机构31的一侧铰接，支座22设置在爬壁机器人1主体的顶部，支座22用于支撑自适应驱动组件，自适应驱动组件与支座22和俯仰支架21相连，自适应驱动组件用于对俯仰支架21进行驱动以及自适应调节，从而间接对检查模块进行驱动以及自适应调节。

进一步，如图1所示，在本实施例中，自适应驱动组件包含：气弹簧231、电动推杆232、连杆233以及铰轴234。气弹簧231的一端与支座22铰接，气弹簧231的输出端与俯仰支架21的顶部铰接，气弹簧231对扫查器41提供向下的推力，电动推杆232的一端与支座22铰接，电动推杆232的一端位于气弹簧231的一端的顶部，电动推杆232收缩可以主动抬起俯仰支架21，电动推杆232完全伸出可将俯仰支架21和扫查器41放下进行检查作业，连杆233的一端与电动推杆232的输出端相连，连杆233上开设有长槽235，铰轴234可移动的设置在长槽235上，铰轴234的两端与俯仰支架21的顶部活动连接，铰轴234位于气弹簧231的输出端的顶部，通过连杆233上的长槽235和铰轴234的设计，可以让扫查器41与塔筒6的壁面接触时，铰轴234在长槽235上滑动，实现自适应调节。

进一步，如图1~2所示，在本实施例中，补偿模块包含：补偿驱动机构31、滑块32以导轨33。补偿驱动机构31与自适应调节模块的俯仰支架21连接，用于提供驱动力，导轨33设置在自适应调节模块的俯仰支架21的一侧，导轨33起到导向的作用，滑块32与补偿驱动机构31相连，滑块32与导轨33滑动连接，滑块32与检查模块相连，通过补偿驱动机构31可以驱动滑块32在导轨33的作用下进行横向的水平移动，从而间接带动检查模块进行横向移动调节，进行位置的补偿。

进一步，如图1~2所示，在本实施例中，补偿模块还包含：照相机34以及一字激光器35。照相机34、一字激光器35均与检查模块的一侧相连，一字激光器35发射激光线大角度斜向照射焊缝5区域，在焊缝5区域形成拱起的焊缝结构光7，照相机34用于捕获焊缝结构光7的凸起部分，对捕获的图像数据的焊缝结构光7特性进行计算分析，确定焊缝5的中心位置，焊缝5的实际中心位置与照相机34安装的中心位置（也即探头装置的中心位置）的偏差值作为爬壁机器人1姿态纠偏控制的数据。上述偏差值也作为横移补偿装置进行扫查器41和探头装置的位置补偿的指导数据。机器人纠偏用于爬壁机器人1位置和姿态误差的回位。补偿驱动机构31横移滑块32直接驱动探头装置移位，实时性好，效果直接、动作快速，用于机器人纠偏不及时不充分的重要补充。

进一步，如图1~3所示，在本实施例中，检查模块包含：扫查器41、探头装置以及支撑件。扫查器41的顶部与补偿模块的一侧相连，探头装置设置在扫查器41的底部，支撑件设置在扫查器41的底部，扫查器41、探头装置用于进行检查作业，支撑件用于起到支撑的作用。

进一步，如图1~2所示，在本实施例中，探头装置包含：探头滑轨421、发射探头422、接收探头423以及探头驱动组件424。探头滑轨421与扫查器41的一侧相连，发射探头422和接收探头423滑动连接在探头滑轨421上，探头驱动组件424与发射探头422、接收探头423以及扫查器41相连，用于驱动发射探头422和接收探头423在探头滑轨421上相对移动，其中，探头驱动组件424由驱动器、曲柄以及一对连杆组成，由驱动器控制曲柄进行旋转，带动一对连杆分别在探头滑轨421推动或拉取发射探头422和收探头423，实现检测宽度的调节，解决因不同板厚的焊缝5的检查，发射探头422与接收探头423的间距需要进行调节的问题，探头装置实现机器人自动或远程动态调宽。

进一步，如图1~2所示，在本实施例中，支撑件包含：牛眼轮431，牛眼轮431设置在扫查器41的底部，用于承受下压的主要作用力，同时保证扫查器41相对壁面始终处于最佳位置。

进一步，在本实施例中，检查模块还包含：弹簧（图上为未出），发射探头422和接收探头423上，用于下压发射探头422和接收探头423，可使发射探头422和接收探头423轻微下压贴合塔筒6的壁面。

在使用的时候，通过气弹簧231提供向下的推力，带动俯仰支架21向下，在通过电动推杆232完全伸出，通过连杆233带动俯仰支架21和扫查器41放下进行检查作业，且在与塔筒6的壁面接触的时候，可受塔筒6的壁面位置以及反作用力将扫查器41停止在合适位置，此时铰轴234在长槽235内移动到合适位置，从而实现最简单控制下的自适应壁面作业，此时让一字激光器35运行发射激光线大角度斜向照射焊缝5的区域，在焊缝5的区域形成拱起的焊缝结构光7，照相机34捕获焊缝结构光7的凸起部分，对捕获的图像数据的焊缝结构光7特性进行计算分析，确定焊缝5中心位置，对比焊缝5中心位置与照相机34安装的中心位置（也即探头装置的中心位置）的偏差值，然后根据偏差值让补偿驱动机构31驱动滑块32横向移动，进而带动扫查器41横向移动进行补偿，移动至指定的位置，且也可以通过探头驱动组件424驱动发射探头422和接收探头423在探头滑轨421上相对移动，进行检查宽度的调节，适用不同板厚的焊缝5的检查。

以上，参照图1~2描述了根据本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人，可以对扫查器41进行自适应调节，根据需要检查的不同位置和不同焊缝5进行自动的调整，保证扫查器41和探头装置的检查质量，提高检测的精确度，且通过设有的补偿模块，可以对扫查器41与塔筒焊缝之间偏差进行补偿，从而保证检查的精确度。

结合图4描述根据本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人的控制方法，包含如下步骤；

在S1中，如图4所示，通过一字激光器35以预设的倾斜角度照射塔筒6的表面，在塔筒6的表面产生焊缝结构光7。

在S2中，如图4所示，通过照相机34以预设的倾斜角度实时获取焊缝结构光7的图像数据。

在S3中，如图4所示，对焊缝结构光7的图像数据处理并计算出塔筒6的焊缝5的中心位置。在本实施例中，通过爬壁机器人1的主控计算机上的软件将特定颜色的激光线图像从焊缝结构光7的图像数据中提取出来，并对激光线进行回归拟合；软件基于随机抽样一致等算法，对曲线进行去噪处理；软件利用归一化互相关等匹配原理，匹配特征点；软件根据模型方程的特点，计算出焊缝5的中心坐标；软件将焊缝5的中心坐标实时传送给机器人小车主控板，主控板根据焊缝5的实时位置，控制探头装置对准焊缝5，形成焊缝5跟踪流程的闭环。

在S4中，如图4所示，对比塔筒6的焊缝5的中心位置与照相机34的中心原点位置，得出扫查器41偏离塔筒6的焊缝5的位置数据。

在S5中，如图4所示，根据扫查器41偏离塔筒6的焊缝5的位置数据，横向移动扫查器41进行偏离补偿。在本实施例中，当横向移动扫查器41至预设的位移量时，可对爬壁机器人1的姿态进行纠偏。

以上，参照图4描述了根据本发明实施例的塔筒焊缝检查机器人的控制方法，可以对塔筒6的焊缝5检查并进行补偿，保证检查的精确度，提高机器人的控制，及时充分的对机器人纠偏进行调整。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包含……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (11)

1.一种塔筒焊缝检查机器人，用于检查塔筒的焊缝，其特征在于，包含：爬壁机器人、自适应调节模块、补偿模块以及检查模块；

所述自适应调节模块与所述爬壁机器人相连，用于自适应调节所述检查模块与所述塔筒的贴合程度；

所述补偿模块与所述自适应调节模块相连，用于补偿偏差；

所述检查模块与所述补偿模块相连，用于检查所述塔筒的焊缝。

2.如权利要求1所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述自适应调节模块包含：俯仰支架、支座以及自适应驱动组件；

所述俯仰支架的底部一端与所述爬壁机器人主体铰接，所述俯仰支架的底部另一端与所述补偿模块的一侧铰接；

所述支座设置在所述爬壁机器人主体的顶部；

所述自适应驱动组件与所述支座和所述俯仰支架相连。

3.如权利要求2所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述自适应驱动组件包含：气弹簧、电动推杆、连杆以及铰轴；

所述气弹簧的一端与所述支座铰接，所述气弹簧的输出端与所述俯仰支架的顶部铰接；

所述电动推杆的一端与所述支座铰接，所述电动推杆的一端位于所述气弹簧的一端的顶部；

所述连杆的一端与所述电动推杆的输出端相连，所述连杆上开设有长槽；

所述铰轴可移动的设置在所述长槽上，所述铰轴的两端与所述俯仰支架的顶部活动连接，所述铰轴位于所述气弹簧的输出端的顶部。

4.如权利要求1所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述补偿模块包含：补偿驱动机构、滑块以导轨；

所述补偿驱动机构与所述自适应调节模块的一侧铰接，用于提供驱动力；

所述导轨设置在所述自适应调节模块的一侧；

所述滑块与所述补偿驱动机构相连，所述滑块与所述导轨滑动连接，所述滑块与所述检查模块相连。

5.如权利要求4所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述补偿模块还包含：照相机以及一字激光器；

所述照相机与所述检查模块的一侧相连；

所述一字激光器与所述检查模块的一侧相连。

6.如权利要求1所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述检查模块包含：扫查器、探头装置以及支撑件；

所述扫查器的顶部与所述补偿模块的一侧相连；

所述探头装置设置在所述扫查器的底部；

所述支撑件设置在所述扫查器的底部。

7.如权利要求6所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述探头装置包含：探头滑轨、发射探头、接收探头以及探头驱动组件：

所述探头滑轨与所述扫查器的一侧相连；

所述发射探头和所述接收探头滑动连接在所述探头滑轨上；

所述探头驱动组件与所述发射探头、所述接收探头以及所述扫查器相连，用于驱动所述发射探头和所述接收探头在所述探头滑轨上相对移动。

8.如权利要求6所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述支撑件包含：牛眼轮，所述牛眼轮设置在所述扫查器的底部。

9.如权利要求7所述塔筒焊缝检查机器人，其特征在于，所述检查模块还包含：弹簧，所述弹簧设置在所述发射探头和所述接收探头上，用于下压所述发射探头和所述接收探头。

10.根据权利要求1~8中任一项所述的塔筒焊缝检查机器人的控制方法，其特征在于，包含如下步骤；

通过一字激光器以预设的倾斜角度照射塔筒的表面，在所述塔筒的表面产生焊缝结构光；

通过照相机以预设的倾斜角度实时获取所述焊缝结构光的图像数据；

对所述焊缝结构光的图像数据处理并计算出所述塔筒的焊缝的中心位置；

对比所述塔筒的焊缝的中心位置与所述照相机的中心原点位置，得出扫查器偏离所述塔筒的焊缝的位置数据；

根据所述扫查器偏离所述塔筒的焊缝的位置数据，横向移动所述扫查器进行偏离补偿。

11.如权利要求10所述塔筒焊缝检查机器人的控制方法，其特征在于，当横向移动所述扫查器至预设的位移量时，可对爬壁机器人的姿态进行纠偏。

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