用于实时长距离远程焊接的系统和方法技术方案

公开了远距离地、实时地对机器人焊接系统进行远程控制的系统和方法的实施例。一个实施例是一种方法，所述方法包括追踪由焊工在本地现场操作的仿真焊接工具的运动和控制，并且生成与所述运动和控制相对应的控制参数。通过超低延迟通信网络将所述控制参数从所述本地现场传送至远程焊接现场处的机器人焊接系统。所述超低延迟通信网络上的往返通信延迟在0.5毫秒与10毫秒之间，并且所述本地现场与所述远程焊接现场之间的距离至少为10公里。响应于所述控制参数，经由所述机器人焊接系统的远程机器人控制而对所述机器人焊接系统的实际焊接操作进行控制以在所述远程焊接现场处形成焊缝。

System and Method for Real-time Long-distance Welding

An embodiment of a system and method for remote control of a robotic welding system remotely and in real time is disclosed. An embodiment is a method that includes tracking the motion and control of a simulated welding tool operated locally by a welder, and generating control parameters corresponding to the motion and control. The control parameters are transmitted from the local site to the robot welding system at the remote welding site through the ultra-low delay communication network. The round trip communication delay in the ultra-low delay communication network is between 0.5 milliseconds and 10 milliseconds, and the distance between the local site and the remote welding site is at least 10 kilometers. In response to the control parameters, the actual welding operation of the robot welding system is controlled via the remote robot control of the robot welding system to form a weld at the remote welding site.

【技术实现步骤摘要】
用于实时长距离远程焊接的系统和方法
本专利技术的实施例涉及与焊接相关的系统和方法。更具体地，本专利技术的实施例涉及用于执行长距离实时远程焊接的系统和方法。
技术介绍
现今，焊工通常是在特定类型的焊接方面具有多年经验的专家焊工。当关键部件或结构失效时(例如在车间、工厂或现场)，可能很快需要特定类型的专家焊工来解决问题。然而，可能不易在此地点找到这样的专家焊工，从而导致大量的停工时间和/或安全问题，直到专家焊工可以前往此地点解决问题。需要访问这样的专家焊工来更及时地修理关键部件或结构。此外，关键的部分或结构所在的某些区域可能对人类不太适宜。例如，诸如热量、湿度、化学品或辐射等环境因素可能对焊工造成问题。需要远程访问这类不适宜的区域(例如，近地轨道空间)。
技术实现思路
本专利技术的实施例包括与远程焊接相关的系统和方法。位于一个地点的焊工可以在另一个地点远程执行焊接操作。例如，可找到的位于第一个地点的专家焊工(所述专家焊工是与核反应堆相关的特定类型的焊接方面专家)可以在距数英里以外的第二个地点对核反应堆结构进行修理。在一个实施例中，位于第一位置的专家焊工可以使用焊炬/焊枪来控制在远程位置处的持有类似焊炬/焊枪的机器人。由专家焊工持有的焊炬/焊枪是不工作的，但是具有指示焊炬/焊枪在三维空间中的位置和方位的加速计或陀螺仪。在专家焊工移动焊炬/焊枪时，由远程位置处的机器人持有的焊炬/焊枪以相同的方式移动以主动形成焊缝。专家焊工在远程位置处(例如，经由头戴式显示器)来观察(视频和声音)焊接环境(工件、焊炬/焊枪、焊接熔池等)。在第一位置与远程位置之间存在较小的往返通信延迟(例如，大约1ms)，使得专家焊工不会受到网络不适的影响(即对于专家焊工来说，他在第一位置使用焊炬/焊枪正在做的事情会在远程位置处在同一时间发生)。通过这种方式，可以实时地完成更远距离的远程焊接。这两个位置之间的超低延迟通信网络是更远距离的远程有效焊接的一个关键。尽管在本文中主要讨论电弧焊接，但是某些实施例也可以适用于其他类型的焊接，例如像电子束焊接或激光束焊接。如本文中所使用的术语“电弧”是指等离子体电弧，并且本文中所使用的术语“射束”可以指电子束或激光束。一个实施例包括用于执行长距离实时远程焊接的系统。所述系统包括被配置成设置在远程焊接现场以执行实际焊接操作的机器人焊接系统。所述系统还包括被配置成在本地现场设置的模拟焊接系统。机器人焊接系统包括焊炬、摄像头以及第一控制器。所述第一控制器被配置成控制所述机器人焊接系统、并且在所述实际焊接操作过程中经由所述摄像头捕获工件与所述焊炬之间的至少电弧或射束的视频。所述模拟焊接系统包括头戴式显示设备，所述头戴式显示设备被配置成由焊工佩戴以至少观察所述本地现场处的所述视频。所述模拟焊接系统还包括仿真焊接工具，所述仿真焊接工具被配置成响应于所述焊工在至少观察所述视频的同时在所述本地现场握住和移动所述仿真焊接工具而远程控制所述焊炬。所述模拟焊接系统还包括第二控制器，所述第二控制器被配置成控制所述模拟焊接系统、并且在追踪所述仿真焊接工具的运动和控制的同时生成控制参数。在一个实施例中，所述第一控制器和所述第二控制器各自包括三维集成电路芯片、三维集成电路芯片堆叠、嵌入在电路板中的光波导、芯片堆叠内的光集成收发器、和机箱内电路板的完全无线的芯片到芯片的互连中的至少一项。所述系统还包括超低延迟通信网络，所述超低延迟通信网络被配置成提供在远程焊接现场处的第一控制器与本地现场处的第二控制器之间的至少视频和控制参数的通信。在一个实施例中，第一控制器与第二控制器之间的往返通信延迟在0.5毫秒与10毫秒之间，并且远程焊接现场与本地现场之间的直线距离至少为10公里。如本文所使用的，术语“直线距离”对应于术语“笔直”的含义。在一个实施例中，所述第一控制器或所述第二控制器中的至少一者被配置成运行延迟测试以确定所述远程焊接现场处的所述第一控制器与所述本地现场处的所述第二控制器之间的往返通信延迟。所述机器人焊接系统被配置成：在所述实际焊接操作过程中，至少响应于所述控制参数，经由所述仿真焊接工具、经由所述焊炬的远程机器人控制而在所述远程焊接现场在所述工件上形成实际焊缝(例如，横跨工件的焊道)。在一个实施例中，所述超低延迟通信网络包括射频无线网段和光纤网段中的至少一项。在一个实施例中，所述超低延迟通信网络是在所述远程焊接现场与所述本地现场之间进行操作的专用且私用的网络。在一个实施例中，所述超低延迟通信网络包括无源光学组件、暗光纤、色散补偿模块、非前向纠错应答器、软件定义网络和网络功能虚拟化技术中的至少一项。在一个实施例中，所述超低延迟通信网络包括三维集成电路芯片、三维集成电路芯片堆叠、嵌入在电路板中的光波导、芯片堆叠内的光集成收发器、和机箱内电路板的完全无线的芯片到芯片的互连中的至少一项。在一个实施例中，所述机器人焊接系统包括自动变光滤光镜。所述第一控制器被配置成在所述实际焊接操作过程中经由通过所述自动变光滤光镜进行观察的所述摄像头捕获所述工件与所述焊炬之间的至少所述电弧或所述射束的视频。在一个实施例中，所述机器人焊接系统包括麦克风。所述第一控制器被配置成在所述实际焊接操作过程中经由所述麦克风捕获所述工件与所述焊炬之间的至少所述电弧或所述射束的音频。所述超低延迟通信网络被配置成提供从所述远程焊接现场处的所述第一控制器的所述音频到所述本地现场处的所述第二控制器的通信，以便由所述焊工经由所述头戴式显示设备在所述本地现场进行观察。在一个实施例中，所述仿真焊接工具包括一个或多个传感器，所述传感器被配置成监测所述仿真焊接工具的位置和方位中的至少一项、并且向所述第二控制器提供相应的位置和方位信号以用于在三维空间中追踪所述仿真焊接工具。在另一个实施例中，所述一个或多个传感器在所述仿真焊接工具的外部。一个实施例包括一种远距离地、实时地对机器人焊接系统进行远程控制的方法。所述方法包括追踪由焊工在本地现场操作的仿真焊接工具的运动和控制、并且生成与所述仿真焊接工具的运动和控制相对应的控制参数。所述方法还包括通过超低延迟的通信网络将所述控制参数从所述本地现场传送至远程焊接现场处的机器人焊接系统。在一个实施例中，在所述本地现场与所述远程焊接现场之间的所述超低延迟通信网络的往返通信延迟在0.5毫秒与10毫秒之间，并且所述本地现场与所述远程焊接现场之间的直线距离至少为10公里。所述方法进一步包括：响应于所述控制参数，经由所述机器人焊接系统的远程机器人控制来控制所述远程焊接现场处的所述机器人焊接系统的实际焊接操作以在所述远程焊接现场处在工件上形成实际焊缝(例如，横跨工件的焊道)。在一个实施例中，所述机器人焊接系统的焊炬追随由所述焊工在所述本地现场实时操作的所述仿真焊接工具的运动和控制。在一个实施例中，由所述焊工操作的所述仿真焊接工具的运动是沿着所述本地现场处的模拟工件，所述模拟工件模拟所述远程焊接现场处的所述工件。在一个实施例中，所述方法包括：在所述远程焊接现场处的所述实际焊接操作的过程中，确定何时所述机器人焊接系统的所述焊炬的尖端距所述工件的距离不适当。当所述焊炬的所述尖端未处于适当的距离时，通过所述超低延迟通信网络将反馈信号从所述远程焊接现场传送至所述本地现场。响应于反馈信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于执行长距离实时远程焊接的系统，所述系统包括：机器人焊接系统，所述机器人焊接系统被配置成设置在远程焊接现场以执行实际焊接操作，所述机器人焊接系统包括：焊炬，摄像头，以及第一控制器，所述第一控制器被配置成控制所述机器人焊接系统、并且在所述实际焊接操作过程中经由所述摄像头捕获工件与所述焊炬之间的至少电弧或射束的视频；模拟焊接系统，所述模拟焊接系统被配置成设置在本地现场处，包括：头戴式显示设备，所述头戴式显示设备被配置成由焊工佩戴以至少观察所述本地现场处的所述视频，仿真焊接工具，所述仿真焊接工具被配置成响应于所述焊工在至少观察所述视频的同时在所述本地现场握住和移动所述仿真焊接工具而远程控制所述焊炬，以及第二控制器，所述第二控制器被配置成控制所述模拟焊接系统、并且在追踪所述仿真焊接工具的运动的同时生成控制参数；以及超低延迟通信网络，所述超低延迟通信网络被配置成至少提供所述远程焊接现场处的所述第一控制器与所述本地现场处的所述第二控制器之间的所述视频和所述控制参数的通信，其中所述第一控制器与所述第二控制器之间的往返通信延迟在0.5毫秒与10毫秒之间，并且其中所述远程焊接现场与所述本地现场之间的直线距离至少是10公里，并且其中所述机器人焊接系统被配置成：在所述实际焊接操作过程中，至少响应于所述控制参数，经由所述仿真焊接工具、经由所述焊炬的远程机器人控制而在所述远程焊接现场在所述工件上形成焊缝。...

【技术特征摘要】
2017.06.19 US 15/626,6551.一种用于执行长距离实时远程焊接的系统，所述系统包括：机器人焊接系统，所述机器人焊接系统被配置成设置在远程焊接现场以执行实际焊接操作，所述机器人焊接系统包括：焊炬，摄像头，以及第一控制器，所述第一控制器被配置成控制所述机器人焊接系统、并且在所述实际焊接操作过程中经由所述摄像头捕获工件与所述焊炬之间的至少电弧或射束的视频；模拟焊接系统，所述模拟焊接系统被配置成设置在本地现场处，包括：头戴式显示设备，所述头戴式显示设备被配置成由焊工佩戴以至少观察所述本地现场处的所述视频，仿真焊接工具，所述仿真焊接工具被配置成响应于所述焊工在至少观察所述视频的同时在所述本地现场握住和移动所述仿真焊接工具而远程控制所述焊炬，以及第二控制器，所述第二控制器被配置成控制所述模拟焊接系统、并且在追踪所述仿真焊接工具的运动的同时生成控制参数；以及超低延迟通信网络，所述超低延迟通信网络被配置成至少提供所述远程焊接现场处的所述第一控制器与所述本地现场处的所述第二控制器之间的所述视频和所述控制参数的通信，其中所述第一控制器与所述第二控制器之间的往返通信延迟在0.5毫秒与10毫秒之间，并且其中所述远程焊接现场与所述本地现场之间的直线距离至少是10公里，并且其中所述机器人焊接系统被配置成：在所述实际焊接操作过程中，至少响应于所述控制参数，经由所述仿真焊接工具、经由所述焊炬的远程机器人控制而在所述远程焊接现场在所述工件上形成焊缝。2.如权利要求1所述的系统，其中所述机器人焊接系统包括自动变光滤光镜，并且其中所述第一控制器被配置成在所述实际焊接操作过程中经由通过所述自动变光滤光镜进行观察的所述摄像头捕获所述工件与所述焊炬之间的至少所述电弧或所述射束的视频。3.如权利要求1所述的系统，其中所述机器人焊接系统包括麦克风，并且其中所述第一控制器被配置成在所述实际焊接操作过程中经由所述麦克风捕获所述工件与所述焊炬之间的至少所述电弧或所述射束的音频，并且其中所述超低延迟通信网络被配置成提供从所述远程焊接现场处的所述第一控制器的所述音频到所述本地现场处的所述第二控制器的通信，以便由所述焊工经由所述头戴式显示设备在所述本地现场进行观察。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述仿真焊接工具包括一个或多个传感器，所述传感器被配置成监测所述仿真焊接工具的位置和方位中的至少一项、并且向所述第二控制器提供相应的位置和方位信号以用于在三维空间中追踪所述仿真焊接工具。5.如权利要求1所述的系统，进一步包括位于所述仿真焊接工具外部的一个或多个传感器，所述传感器被配置成监测所述仿真焊接工具的位置和方位中的至少一项、并且向所述第二控制器提供相应的位置和方位信号以用于在三维空间中追踪所述仿真焊接工具。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一控制器被配置成运行延迟测试以确定所述远程焊接现场处的所述第一控制器与所述本地现场处的所述第二控制器之间的往返通信延迟。7.如权利要求1所述的系统，其中，所述第二控制器被配置成运行延迟测试以确定所述远程焊接现场处的所述第一控制器与所述本地现场处的所述第二控制器之间的往返通信延迟。8.如权利要求1所述的系统，其中，所述超低延迟通信网络包括射频无线网段和光纤网段中的至少一项。9.如权利要求1所述的系统，其中，所述超低延迟通信网络是在所述远程焊接现场与所述本地现场之间进行操作的专用且私用的网络。10.如权利要求1所述的系统，其中，所述超低延迟通信网络包括无源光学组件、暗光纤、色散补偿模块、非前向纠错应答器、软件定义网络和网络功能虚拟化技术中的至少一项。11.如权利要求1所述的系统，其中，所述超低延迟通信网络包括三维集成电路芯片、三维集成电路芯片堆叠、嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·约翰·慕兹拉，B·J·钱特里，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US