CN113828997A - 一种管桩自动焊接机器人控制***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管桩自动焊接机器人控制***与方法，所述方法适用于有轨管桩自动焊接机器人，所述***包括轨道模块、环轨道运动焊接机器人、视频图像采集模块以及电机控制模块，环轨道运动焊接机器人通过承重轮悬挂在轨道上，通过电机运动带动机器人绕轨道齿轮做水平圆周运动，视频采集模块将采集到的视频数据进行处理后发送给电机控制模块，控制电机上下运动，实现对焊缝的追踪。本发明综合了机械结构、运动控制模块和视频处理模块，大大提高了焊接过程的效率，同时实现了对焊接过程的闭环追踪，提高焊接效果，降低焊接成本，为实现自动化焊接提供了新方法。

Description

一种管桩自动焊接机器人控制***与方法

技术领域

本发明属于管桩自动焊接技术领域，具体涉及一种管桩自动焊接机器人自动控制***及方法。

背景技术

目前管桩自动焊接技术主要通过电机驱动焊接机器沿着安装好的轨道运动，焊接机器上夹持有焊枪，从而带动焊枪沿着需要焊接的焊缝运动完成焊接，这种方法的缺点在于无法根据实际的焊接工况对焊接进行自动化的控制，在实际焊接中由于焊缝宽度可能不是均匀的，仅仅沿着设定的焊接轨迹焊接无法取得理想的效果，同时由于实际焊接工作环境恶劣，其他环境因素对焊接也对焊接效果较大影响。

此为现有自动焊接技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种管桩自动焊接机器人控制***及方法，是非常有必要的。

发明内容

针对现有技术中无法根据实时焊接工况对焊接过程进行动态调整的缺陷，本发明提供一种管桩自动焊接机器人控制***及方法，以解决上述技术问题。

本发明提供一种管桩自动焊接机器人控制***及方法，包括管桩自动焊接机器人、视频采集模块、温湿度传感器以及焊接过程控制模块。

所述的管桩自动焊接机器人包括设置在管桩四周的焊接轨道和焊接机器人，所述的焊接轨道通过承重导向轨道和齿轮运动轨道与焊接机器人连接，焊接机器人包括承重悬挂齿轮、水平驱动电机、垂直驱动电机以及焊枪夹持装置。所述的焊接轨道上有抱桩轨道、承重导向轨道和齿轮运动轨道，所述的抱桩轨道上有卡扣，所述的承重导向轨道通过四个可调连接螺丝与抱桩轨道连接，所述的齿轮运动轨道通过固定螺丝与承重导向轨道相连，所述的焊接机器人车体上部有四个承重悬挂轮，所述的焊接机器人上部有齿轮，焊接机器人上部的四个承重轮与承重导向轨道相连，齿轮运动轨道上的齿条与水平运动控制电机前端的齿轮啮合，所述的水平运动控制电机受焊枪过程驱动模块驱动。所述的焊枪通过焊枪夹持装置固定在焊接机器人上。所述的焊枪夹持装置与垂直驱动电机相连，所述的垂直驱动电机受焊接过程控制模块驱动。

按上述方案，所述焊接机器人有齿轮，该齿轮与齿轮运动轨道上的齿条啮合。

按上述方案，所述焊接机器人上有四个承重轮，四个承重轮与承重导向轨道连接。

按上述方案，所述焊接机器人内有高精密直流调速电机，带有测速反馈机构。

按上述方案，所述夹持装置包括水平控制旋钮和垂直控制旋钮，分别控制夹具的水平位置和垂直位置。

按上述方案，所述摆动器设于焊枪夹持装置上，摆动器与交流调速电机相连。

按上述方案，所述抱桩轨道主要用于抱紧管桩，支撑整个焊接装置的重量。

按上述方案，所述承重导向轨道主要用于支撑焊接机器人和保证焊接机器人沿轨道运动，确保焊接机器人运动轨迹的正确性和稳定性。

所述焊接机器人是完成管桩自动焊接的主要装置，焊接机器人运动动力由高精密直流驱动电机提供，电机运动带动焊接机器人在齿轮运动轨道上运动。焊枪通过夹持装置固定在焊接机器人上，夹持装置通过水平、垂直调节旋钮调节夹具的水平、垂直位置，将焊枪安置在夹具槽中，通过螺栓将夹具拧紧即可实现焊枪的固定。

所述的视频采集模块包括720P高清摄像头模块、保护片以及滤光片，所述的保护片用于保护滤光片，防止飞溅的弧光灼伤滤光片，所述的滤光片用于减弱焊接产生的强光刺激，所述的摄像头模块采集焊接过程中的视频数据，通过USB接口将数据传递给所述的焊接过程控制模块。

所述的焊接过程控制模块包括嵌入式开发板以及一套运行在开发板上的焊接过程控制***，所述的焊接过程控制***包括数据采集模块、运算模块和输出指令模块，数据采集模块收集来自摄像头模块的数据，运算模块对采集到的数据进行处理，将处理的结果发送输出指令模块，输出指令模块根据结果控制水平运动控制电机和垂直运动控制电机，从而控制整个焊接过程，形成闭环。

本发明的有益效果是：1.使用水平运动控制电机和垂直运动控制电机，提供两个方向的自由度，提高焊接的灵活性，调节效果好，可调节范围广，有效适应各种焊接工况。2.采用摄像头模块实时采集焊接过程视频数据，根据采集到的焊接过程数据实时控制水平运动控制电机和垂直运动控制电机，形成焊接闭环，获得更好的焊接效果，同时焊接质量好，焊缝成型率高，大大提高了焊接工作效率，降低了焊工工作强度。3.整个***结构简单，分为三个模块，结构清晰，各个模块之间解耦，便于升级优化。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明的侧视图。

图3是本发明的侧视放大图。

图1中1是抱桩轨道的卡扣、2是可调旋钮、3是抱桩轨道、5是承重导向轨道、6是承重轮、7是焊接机器人运动齿轮，图2中4是可调连接螺丝、8是焊接过程控制模块、9是水平运动控制电机、10是垂直运动控制电机、11是视频采集模块、12是夹持装置、13是焊枪。

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都应该属于本发明保护的范围。

实施例1：参见图1-图3，一种管桩自动焊接机器人，它包括设置在管桩四周的焊接轨道和焊接机器人主体；所述的焊接轨道包括抱桩轨道3、可调连接螺丝4、承重导向轨道5和齿轮运动轨道，焊接机器人的四个承重轮6嵌入到承重导向轨道5中，运动齿轮6啮合到齿轮运动轨道中；所述的运动齿轮7与水平运动控制电机9相连；所述的焊枪13通过夹持机构12设置在焊接机器人上；所述的夹持机构包括；

所述的焊接轨道主要包括抱桩轨道3、可调连接螺丝4、承重导向轨道5和齿轮运动轨道，抱桩轨道3用于紧紧抱住管桩，支撑整个装置的重量，可调连接螺丝4用于连接抱桩轨道和承重导向轨道，同时提供可调旋钮调节抱桩轨道和承重导向轨道间的距离，承重导向轨道5 用于支持焊接机器人主体重量并保证整个焊接机器人的运动围绕管桩，齿轮运动轨道与焊接机器人的运动齿轮6啮合，为焊接机器人提供了一种绕管桩运动的方式，基于齿轮的运动方式稳定性更好、抗干扰能力更强。

所述焊接机器人是实现焊接自动化的核心机构，运动齿轮7驱动力由运动电机9提供，焊接机器人的承重轮6内嵌到承重导向轨道5中，运动齿轮7啮合到齿轮运动轨道13上，运动齿轮7转动从而带动整个焊接机器人绕管桩运动，以完成管桩的焊缝焊接。

所述的夹持机构12安装在焊接机器人上，从而实现焊枪10相对焊缝可以上下前后运动、焊枪角度可调的功能。

所述的送丝机构位于地面上，焊枪上有开关控制送丝机构的启停，打开开关后，送丝机构可以确保送丝速度准确稳定，进而保证焊接质量稳定可靠。

所述的视频数据采集模块11位于焊接夹持机构12前端，视频数据采集模块11将采集到的数据传输给焊接过程控制模块8，焊接过程控制模块8采用图像处理算法和焊缝质量评估算法计算得到下一步的控制指令，将下一步的控制指令传递给水平运动控制电机9和垂直运动控制电机10，从而控制整个焊接过程，保证焊接质量。

所述的水平运动控制电机9和垂直运动控制电机10具有速度反馈机构，测速反馈机构将两个电机的转速数据传递给焊接过程控制模块8，焊接过程控制模块8通过采用控制算法计算获得两个运动电机的各自的控制输入电压，将电压输出到两个运动电机上，保证电机按照期望的转速运动。

所述的焊接过程控制模块8，可以通过蓝牙的方式进行遥控，客户端向焊接过程控制模块8发送控制指令，可以控制焊接过程的启动、停止、加速、减速等。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或者替换，而这些修改或替换都应该在本发明的涵盖范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种管桩自动焊接机器人控制与方法，其特征在于，包括管桩自动焊接机器人、温湿度采集模块、视频采集模块以及焊接过程控制模块；管桩自动焊接机器人包括设置在管桩四周的焊接轨道和焊接机器人主体，焊接机器人通过承重悬挂轮与焊接轨道相连，焊接机器人下部有齿轮，与焊接轨道下部齿条相啮合；温湿度采集模块包括温度传感器、湿度传感器；温湿度传感器均设置在焊接机器人下部，与焊接过程控制***相连；视频采集模块包括保护片、滤光片和摄像头，保护片设置在滤光片前面，用于保护滤光片，滤光片设置在摄像头前面，用于滤除焊接过程中产生的强光，摄像头与焊接过程控制***相连，将采集到的视频数据传输给焊接过程控制***；焊接过程控制***接收来自温湿度采集模块和视频采集模块传输的数据，进行处理后输出控制指令控制焊接机器人的焊接过程。

2.如权利要求1所述的管桩自动焊接机器人控制与方法，其特征在于，管桩自动焊接机器人主体包括水平运动控制电机和垂直运动控制电机；

水平运动控制电机和垂直运动控制电机都与焊接过程控制***模块，由焊接过程控制模块控制水平运动控制电机和垂直运动控制电机的运动。

3.如权利要求1所述的管桩自动焊接机器人，其特征在于所述的焊接轨道上有抱桩轨道、承重导向轮和运动齿轮，焊接机器人通过承重轮嵌入到焊接轨道的承重导向轨道中，通过运动齿轮与齿轮运动轨道上的齿轮啮合。

4.如权利要求1所述的管桩自动焊接机器人，其特征在于：为焊枪提供焊丝的送丝机构位于地面上，焊枪上有控制送丝机构启停的开关。

5.如权利要求1所属的焊接过程控制模块，其特征在于包括图像预处理和焊接效果评估模块，对接收到的焊接图像进行处理和分析，得到下一步的控制方向，进而发送控制指令给水平运动控制电机和垂直运动控制电机，控制焊接过程。

6.如权利要求1所述的焊接过程控制模块，其特征在于包括蓝牙模块，可通过手机或者电脑发出蓝牙指令，向焊接过程控制模块发送指令，从而控制整个焊接过程。

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