CN218534555U - 基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了焊接机器人技术领域的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，包括底盘、舵机、焊枪、右相机和左相机，方案在机械结构方面提出一种可移动式焊接机器人，其底盘装有麦克纳姆轮，可实现全方位运动，底盘采用独立悬挂避震系统实现机器人即使在不平路面也可以平稳运行，并且底盘上方装有转动装置，实现上部焊接部的全向360°旋转，适应各种工作状态，焊接焊台部分的设计是基于3D打印机的运动，采用三自由度笛卡尔坐标系，使得焊枪可以在X、Y、Z三轴坐标下自由移动至任意位置，实现全方位的焊接工作，焊缝识别视觉系统采用双目摄像头，左相机采集熔滴图像，右相机采集焊缝图像，在保证焊接位置准确同时提高了焊接精度。

Description

基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人

技术领域

本实用新型涉及焊接机器人技术领域，具体为基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人。

背景技术

在上世纪80年代第二代机器人研制成功后，基于视觉传感的焊缝跟踪的识精度也越来越高，国内外逐渐出现了一些成熟的商品化焊缝跟踪视觉传感器。目前工业现场的焊接机器人主要分为两种形式，一种是示教再现型焊接机器人，一种是离线型焊接机器人，在焊缝形状相对单一、固定的条件下，这两种模式有着不错的焊接效果，但是在真实的焊接环境中，焊件形状往往是不固定的，且由于夹具的不稳定性，焊件每次固定的位置也不一致，如果每次更换焊件之前都需要重新示教会导致焊接效率低下。由于这两种模式的适应能力不强，灵活性不够，因此，为了应对复杂的焊接环境，现代焊接技术要求机器人具备自主识别焊缝，在焊接过程中能够应对复杂情况的能力，从而提升焊接质量、焊接效率。视觉传感是目前焊接机器人领域一种十分前沿的技术手段，能够在复杂环境下，对焊缝进行识别定位。近年来，随着我国劳动力成本的逐渐提升，以廉价劳动力为支撑的“中国制造”经济模式难以为继，越来越多的加工制造企业关注以焊接机器人为代表的焊接自动化技术。对于焊接熔池图像视觉传感技术的研究，近些年来研究者不仅仅提取熔池几何形状参数作为特征参数，也提取更多类型的熔池信息来分析其与焊接质量间的内在关系。北京创想智控科技研制了操作简便，手动、自动双模式控制的视觉焊缝跟踪器，尤其适合紧密拼接长直焊缝，真正实现了焊接自动化与智能化。但因其价格昂贵，不利于保养与维修，因此大多用于大型的工业生产工厂，一些小企业或者相关实验室无经济能力去购买。本设计对于复杂图像的处理提出一种熔滴——焊缝同步分离采集图像的方法，使用被动光视觉传感技术。设备简单，成本低且不需要任何外加光源辅助，有较好的发展前景，为此，我们提出基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，包括底盘、舵机、焊枪、右相机和左相机，所述底盘的表面固定连接有驱动电机，所述驱动电机的转动轴上固定连接有车轮，所述底盘的表面固定连接有独立悬挂，所述底盘的内部安装于舵机，所述舵机的顶端转动连接有焊接台，所述焊接台的表面固定连接有X向调节机构，所述X向调节机构的表面固定连接有Y向调节机构，所述Y向调节机构的表面固定连接有Z向调节机构，所述Z向调节机构的表面固定连接有安装块，所述安装块的底端表面固定连接有焊枪，所述安装块的右侧表面固定连接有右固定块，所述右固定块的表面固定连接有右相机所述安装块的左侧表面固定连接有左固定块，所述左固定块的表面固定连接有左相机。

优选的，所述底盘的表面安装有微处理器、电源模块、行程开关控制模块、OpenMV摄像头模块和SD卡储存设备。

优选的，所述微处理器的型号为STM32F103ZET6芯片，所述电源模块采用24V电源。

优选的，所述电源模块电连接X向调节机构、Y向调节机构和Z向调节机构且电压为24V，所述电源模块电连接微处理器且电压需降到5V。

优选的，所述驱动电机设置为四组成两两对称分布在底盘的表面，四组所述驱动电机的一端均固定连接有车轮，所述驱动电机为伺服电机，所述车轮为麦克纳姆轮。

优选的，所述X向调节机构包括X向安装座、X向步进电机、X向丝杠、X向滑块和X向限位杆，所述X向安装座设置为两组成前后对称分布在焊接台的表面，所述X向安装座的表面固定连接有X向步进电机，所述X向步进电机的转动轴转动连接X向丝杠，所述X向丝杠的表面套有X向滑块，所述X向滑块的表面开设有限位孔且限位孔内插设有X向限位杆，所述X向限位杆的俩端分别插设在两组X向安装座内，所述X向调节机构设置为两组成对称发布在焊接台的表面。

优选的，所述Y向调节机构包括Y向安装座、Y向步进电机、Y向丝杠、Y向滑块和Y向限位杆，所述Y向安装座设置为两组成左右对称分布在两组X向滑块的表面，所述Y向安装座的表面固定连接有Y向步进电机，所述Y向步进电机的转动轴转动连接Y向丝杠，所述Y向丝杠的表面套有Y向滑块，所述Y向滑块的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Y向限位杆，所述Y向限位杆设置为两组且两组Y向限位杆的俩端分别插设在两组Y向安装座内。

优选的，所述Z向调节机构包括Z向安装座、Z向步进电机、Z向丝杠、Z向滑块和Z向限位杆，所述Z向安装座设置为两组成上下对称分布在Y向滑块的表面，所述Z向安装座的表面固定连接有Z向步进电机，所述Z向步进电机的转动轴转动连接Z向丝杠，所述Z向丝杠的表面套有Z向滑块，所述Z向滑块的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Z向限位杆，所述Z向限位杆设置为两组且两组Z向限位杆的俩端分别插设在两组Z向安装座内。

优选的，所述右相机、左相机与焊枪的安装夹角在45°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本方案在机械结构方面提出一种可移动式焊接机器人，其底盘装有麦克纳姆轮，可实现全方位运动，机器人也可以进行前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，在方便搬运的同时也提高了焊接作业的效率；

2、本方案底盘采用独立悬挂避震系统，可实现机器人即使在不平路面也可以平稳运行，并且底盘上方装有转动装置，实现上部焊接部的全向360°旋转，适应各种工作状态；

3、焊接焊台部分的设计是基于3D打印机的运动，采用三自由度笛卡尔坐标系，使得焊枪可以在X、Y、Z三轴坐标下自由移动至任意位置，可实现全方位的焊接工作，焊缝识别视觉系统采用双目摄像头，左相机采集熔滴图像，右相机采集焊缝图像，在保证焊接位置准确，同时也提高了焊接精度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型结构示俯视意图；

图4为本实用新型结构侧视示意图；

图5为本实用新型结构正视示意图；

图6为本实用新型结构后视示意图。

图中：1、底盘；2、驱动电机；3、车轮；4、独立悬挂；5、舵机；6、焊接台；7、X向调节机构；71、X向安装座；72、X向步进电机；73、X向丝杠；74、X向滑块；75、X向限位杆；8、Y向调节机构；81、Y向安装座；82、Y向步进电机；83、Y向丝杠；84、Y向滑块；85、Y向限位杆；9、Z向调节机构；91、Z向安装座；92、Z向步进电机；93、Z向丝杠；94、Z向滑块；95、Z向限位杆；10、安装块；11、焊枪；12、右固定块；13、右相机；14、左固定块；15、左相机。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：

基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，包括底盘1、舵机5、焊枪11、右相机13和左相机15，底盘1的表面固定连接有驱动电机2，驱动电机2的转动轴上固定连接有车轮3，底盘1的表面固定连接有独立悬挂4，通过独立悬挂4的设置可实现装置即使在不平路面也可以平稳运行，底盘1的内部安装于舵机5，通过舵机5的设置可实现焊接台6的全向360°旋转，适应各种工作状态，舵机5的顶端转动连接有焊接台6，焊接台6的表面固定连接有X向调节机构7，X向调节机构7的表面固定连接有Y向调节机构8，Y向调节机构8的表面固定连接有Z向调节机构9，Z向调节机构9的表面固定连接有安装块10，安装块10的底端表面固定连接有焊枪11，通过X向调节机构7、Y向调节机构8和Z向调节机构9基于3D打印机的运动，采用三自由度笛卡尔坐标系，使得焊枪11可以在X、Y、Z三轴坐标下自由移动至任意位置，可实现全方位的焊接工作，安装块10的右侧表面固定连接有右固定块12，右固定块12的表面固定连接有右相机13安装块10的左侧表面固定连接有左固定块14，左固定块14的表面固定连接有左相机15，通过左相机15采集熔滴图像，16采集焊缝图像，在保证焊接位置准确，同时也提高了焊接精度。

实施例二

在实施例一的基础上，本实用新型提供一种技术方案：

基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，包括底盘1、舵机5、焊枪11、右相机13和左相机15，底盘1的表面安装有微处理器、电源模块、行程开关控制模块、OpenMV摄像头模块和SD卡储存设备，微处理器的型号为STM32F103ZET6芯片，焊接机器人控制系统要对各传感器传输来的信号实时处理，人机交互系统实时显示焊接电流、焊接电压等焊接参数以及机器人工作状态，因此，要求微处理器处理速度快，而焊接环境复杂、各种干扰信号、要求处理器工作稳定和可靠性好，因此8位、16位单片机难以满足使用要求，DSP处理速度、稳定性、可靠性等方面均能满足要求，但其价格较高，因此STM32F103ZET6芯片作为控制芯片最为合适，电源模块采用24V电源，电源模块电连接X向调节机构7、Y向调节机构8和Z向调节机构9且电压为24V，电源模块电连接微处理器且电压需降到5V，焊接过程中焊接启动、电机的供电、驱动脉冲等信号均是24V电压信号，因此选择24V电源作为输入电源；

驱动电机2设置为四组成两两对称分布在底盘1的表面，四组驱动电机2的一端均固定连接有车轮3，驱动电机2为伺服电机，车轮3为麦克纳姆轮，通过驱动电机2和车轮3的设置使得装置可实现全方位运动，也可以进行前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式，在方便搬运的同时也提高了焊接作业的效率；

X向调节机构7包括X向安装座71、X向步进电机72、X向丝杠73、X向滑块74和X向限位杆75，X向安装座71设置为两组成前后对称分布在焊接台6的表面，X向安装座71的表面固定连接有X向步进电机72，X向步进电机72的转动轴转动连接X向丝杠73，X向丝杠73的表面套有X向滑块74，X向滑块74的表面开设有限位孔且限位孔内插设有X向限位杆75，X向限位杆75的俩端分别插设在两组X向安装座71内，X向调节机构7设置为两组成对称发布在焊接台6的表面，通过X向步进电机72运行驱动X向丝杠73转动，使得X向丝杠73表面套着的X向滑块74在X向滑动，进一步使得Y向调节机构8、Z向调节机构9和安装块10带动焊枪11在X向滑动，改变位置；

Y向调节机构8包括Y向安装座81、Y向步进电机82、Y向丝杠83、Y向滑块84和Y向限位杆85，Y向安装座81设置为两组成左右对称分布在两组X向滑块74的表面，Y向安装座81的表面固定连接有Y向步进电机82，Y向步进电机82的转动轴转动连接Y向丝杠83，Y向丝杠83的表面套有Y向滑块84，Y向滑块84的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Y向限位杆85，Y向限位杆85设置为两组且两组Y向限位杆85的俩端分别插设在两组Y向安装座81内，通过Y向步进电机82运行驱动Y向丝杠83转动，使得Y向丝杠83表面套着的Y向滑块84在Y向滑动，进一步使得Z向调节机构9和安装块10带动焊枪11在Y向滑动，改变位置；

Z向调节机构9包括Z向安装座91、Z向步进电机92、Z向丝杠93、Z向滑块94和Z向限位杆95，Z向安装座91设置为两组成上下对称分布在Y向滑块84的表面，Z向安装座91的表面固定连接有Z向步进电机92，Z向步进电机92的转动轴转动连接Z向丝杠93，Z向丝杠93的表面套有Z向滑块94，Z向滑块94的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Z向限位杆95，Z向限位杆95设置为两组且两组Z向限位杆95的俩端分别插设在两组Z向安装座91内，通过Z向步进电机92运行驱动Z向丝杠93转动，使得Z向丝杠93表面套着的Z向滑块94在Z向滑动，进一步使得安装块10带动焊枪11在Z向滑动，改变位置；

所述右相机13、左相机15与焊枪11的安装夹角在45°。

工作原理：根据附图1-6所示，本实用新型的工作流程如下：

第一步：通过驱动电机2驱动车轮3转动，可以使装置进行移动；

第二步：通过X向步进电机72运行驱动X向丝杠73转动，使得X向丝杠73表面套着的X向滑块74在X向滑动，进一步使得Y向调节机构8、Z向调节机构9和安装块10带动焊枪11在X向滑动，通过Y向步进电机82运行驱动Y向丝杠83转动，使得Y向丝杠83表面套着的Y向滑块84在Y向滑动，进一步使得Z向调节机构9和安装块10带动焊枪11在Y向滑动，通过Z向步进电机92运行驱动Z向丝杠93转动，使得Z向丝杠93表面套着的Z向滑块94在Z向滑动，进一步使得安装块10带动焊枪11在Z向滑动，进一步使得安装块10上安装的焊枪11可以在X、Y、Z三个方向进行任意位置移动，实现全方位的焊接工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，包括底盘（1）、舵机（5）、焊枪（11）、右相机（13）和左相机（15），其特征在于：所述底盘（1）的表面固定连接有驱动电机（2），所述驱动电机（2）的转动轴上固定连接有车轮（3），所述底盘（1）的表面固定连接有独立悬挂（4），所述底盘（1）的内部安装于舵机（5），所述舵机（5）的顶端转动连接有焊接台（6），所述焊接台（6）的表面固定连接有X向调节机构（7），所述X向调节机构（7）的表面固定连接有Y向调节机构（8），所述Y向调节机构（8）的表面固定连接有Z向调节机构（9），所述Z向调节机构（9）的表面固定连接有安装块（10），所述安装块（10）的底端表面固定连接有焊枪（11），所述安装块（10）的右侧表面固定连接有右固定块（12），所述右固定块（12）的表面固定连接有右相机（13）所述安装块（10）的左侧表面固定连接有左固定块（14），所述左固定块（14）的表面固定连接有左相机（15）。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述底盘（1）的表面安装有微处理器、电源模块、行程开关控制模块、OpenMV摄像头模块和SD卡储存设备。

3.根据权利要求2所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述微处理器的型号为STM32F103ZET6芯片，所述电源模块采用24V电源。

4.根据权利要求3所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述电源模块电连接X向调节机构（7）、Y向调节机构（8）和Z向调节机构（9）且电压为24V，所述电源模块电连接微处理器且电压需降到5V。

5.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述驱动电机（2）设置为四组成两两对称分布在底盘（1）的表面，四组所述驱动电机（2）的一端均固定连接有车轮（3），所述驱动电机（2）为伺服电机，所述车轮（3）为麦克纳姆轮。

6.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述X向调节机构（7）包括X向安装座（71）、X向步进电机（72）、X向丝杠（73）、X向滑块（74）和X向限位杆（75），所述X向安装座（71）设置为两组成前后对称分布在焊接台（6）的表面，所述X向安装座（71）的表面固定连接有X向步进电机（72），所述X向步进电机（72）的转动轴转动连接X向丝杠（73），所述X向丝杠（73）的表面套有X向滑块（74），所述X向滑块（74）的表面开设有限位孔且限位孔内插设有X向限位杆（75），所述X向限位杆（75）的俩端分别插设在两组X向安装座（71）内，所述X向调节机构（7）设置为两组成对称发布在焊接台（6）的表面。

7.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述Y向调节机构（8）包括Y向安装座（81）、Y向步进电机（82）、Y向丝杠（83）、Y向滑块（84）和Y向限位杆（85），所述Y向安装座（81）设置为两组成左右对称分布在两组X向滑块（74）的表面，所述Y向安装座（81）的表面固定连接有Y向步进电机（82），所述Y向步进电机（82）的转动轴转动连接Y向丝杠（83），所述Y向丝杠（83）的表面套有Y向滑块（84），所述Y向滑块（84）的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Y向限位杆（85），所述Y向限位杆（85）设置为两组且两组Y向限位杆（85）的俩端分别插设在两组Y向安装座（81）内。

8.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述Z向调节机构（9）包括Z向安装座（91）、Z向步进电机（92）、Z向丝杠（93）、Z向滑块（94）和Z向限位杆（95），所述Z向安装座（91）设置为两组成上下对称分布在Y向滑块（84）的表面，所述Z向安装座（91）的表面固定连接有Z向步进电机（92），所述Z向步进电机（92）的转动轴转动连接Z向丝杠（93），所述Z向丝杠（93）的表面套有Z向滑块（94），所述Z向滑块（94）的表面开设有限位孔且限位孔内插设有Z向限位杆（95），所述Z向限位杆（95）设置为两组且两组Z向限位杆（95）的俩端分别插设在两组Z向安装座（91）内。

9.根据权利要求1所述的基于双目视觉的可移动式无轨焊缝自动跟踪机器人，其特征在于：所述右相机（13）、左相机（15）与焊枪（11）的安装夹角在45°。

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