基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统及方法，以替人工实施切割和焊接作业，降低运维人员在上述复杂环境下的焊接切割劳动强度，解决涉海装备等大型构件运维中几乎完全依赖于人工完成切割与焊接工作效率低、质量差、焊接/切割的运维作业过程状态信息难以在线或实时把握的问题，该系统包括爬壁磁轮小车、执行臂、焊接/切割设备接口、轨迹跟踪装置、工控电脑以及机器人远程控制器。本结合了纯视觉传感和激光视觉传感对于切割和焊接等不同作业要求的适应性，一套机器人系统配置切割电源和焊机即可先后完成切割和焊接的双重工序，改变了切割和焊接专机难以通用的现状，提高了运维中切割和焊接工作效率。提高了运维中切割和焊接工作效率。提高了运维中切割和焊接工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统及方法


[0001]本专利技术涉及海上风电领域、市政管道领域、船舶海工领域的焊接、切割的加工制造和装备运维领域，具体涉及一种基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统及方法。

技术介绍

[0002]随着我国海上风电、海底隧道、跨海大桥、油气钻井平台等涉海装备制造业的发展，越来越多的大型涉海装备(如海上风电、油气钻井平台)的研发、制造、实施并成功服役，为我经济的发展和科技的进步提供了重要的推动力。随时间推移，海上恶劣环境的侵蚀，这些重要的涉海装备面临着巨大的运维压力。当前对这些涉海装备的受损部位进行切割和焊接几乎完全依靠人工作业，其运维切割和焊接的质量严重依赖于人工作业水平，因此存在作业效率低、切割和焊接的质量难以得到保证的臂端。同时涉海作业往往还存在着与人工站立的作业平台距离几米甚至数十米的工况，人员对运维作业的状态难以在线或实时把握。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统及方法，以替人工实施切割和焊接作业，降低运维人员在上述复杂环境下的焊接切割劳动强度，解决涉海装备等大型构件运维中几乎完全依赖于人工完成切割与焊接工作效率低、质量差、焊接/切割的运维作业过程状态信息难以在线或实时把握的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，包括爬壁磁轮小车、执行臂、焊接/切割设备接口、轨迹跟踪装置、工控电脑以及机器人远程控制器；其中，
[0006]所述执行臂安装在所述爬壁磁轮小车上，能在X、Y、Z方向往复直线运动，包括夹持机构，所述夹持机构用于安装夹持焊枪/割炬，所述夹持机构由旋转力矩电机带动转动；
[0007]所述焊接/切割设备接口用于作为焊接/切割设备的通讯接口；
[0008]所述轨迹跟踪装置与所述工控电脑连接，以将轨迹的位置或偏差信息发送给工控电脑，由工控电脑对该信息进行运算和处理；所述轨迹跟踪装置包括激光视觉焊缝跟踪传感器和视觉传感器；所述激光视觉焊缝跟踪传感器用于实施焊接作业时对焊缝轨迹信息的捕捉并引导焊枪沿着焊缝轨迹焊接；所述视觉传感器用于实施切割作业时对切割轨迹信息的捕捉并引导割炬沿着切割轨迹切割；
[0009]所述工控电脑用于处理从所述轨迹跟踪装置获取的位置或偏差信息，控制爬壁磁轮小车的运动和执行臂的运动，并通过焊接/切割接口来控制焊接/切割设备的电源的启动和停止以及焊接或切割工艺参数的调节；
[0010]所述机器人远控控制器通过5G通讯与所述工控电脑实现信息交互。
[0011]进一步地，所述机器人远程控制器的操作界面能对机器人端焊接/切割的工作状态数据实时显示和监控，为爬壁焊接/切割运维状态监测提供支持。
[0012]进一步地，所述视觉传感器与360
°
摄像云台一起固定安装。
[0013]进一步地，所述5G通讯包括第一5G通讯模块和第二5G通讯模块；所述第一5G通讯模块安装在所述爬壁磁轮小车上并与所述工控电脑相连接；所述机器人远程控制器与所述第二5G通讯模块相连接并通过5G基站与所述第一5G通讯模块进行信号通信。
[0014]进一步地，所述系统还包括供电模块和驱动模块；
[0015]所述供电模块安装在所述爬壁磁轮小车上，与所述驱动模块、所述爬壁磁轮小车、所述轨迹跟踪装置连接；
[0016]所述驱动模块安装在所述爬壁磁轮小车上，与所述工控电脑、所述供电模块、所述爬壁磁轮小车、所述执行臂连接。
[0017]进一步地，所述焊接/切割设备接口包括485通讯接口、模拟量接口和开关量接口。
[0018]进一步地，所述爬壁磁轮小车包括小车结构框架，安装在所述小车结构框架中的四个小车磁轮，每一小车磁轮均由独立的力矩电机模块驱动转动。
[0019]进一步地，所述执行臂还包括X、Y、Z方向的3套直线滑台模组，每一直线滑台模组均由一伺服电机驱动往复运动。
[0020]进一步地，所述轨迹跟踪装置安装在所述执行臂上。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种焊接/切割方法，采用上述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，所述方法包括：
[0022]阶段
①
：将焊机/等离子切割机或切割火焰发生器的电气电缆接入到焊接/切割设备接口中，随后安装夹持焊枪/割炬到执行臂的夹持结构上，接着通过机器人远程控制器上的软件界面进行作业前的设备参数设置，完成设置后通过第二5G模块发送到机器人端工控电脑接收所设置的参数，同时当前待机时设备的参数状态也由机器人端工控电脑和第一5G通讯模块发送到机器人远程控制器端提供实时显示，后续机器人端设备均按设置好的参数工作和控制；
[0023]阶段
②
：根据机器人远程控制器软件界面实时显示的视频图像将机器人遥控引导爬行到起始作业位置，然后通过远程调节执行臂将焊枪/割炬对准作业起始点，并调整好焊枪/割炬距离钢结构作业面具有合适的高度；
[0024]阶段
③
：启动焊接/切割作业，开始焊接/切割，在焊接/切割过程中，由轨迹跟踪装置中的传感器获取实际轨迹信息与设定的轨迹信息进行对比，工控电脑根据计算执行臂上X或Y轴滑台的运动量和运动方向，并通过驱动模块驱动X/Y轴滑台运动，保障作业过程始终沿设定轨迹运动；如果当前轨迹范围的焊接/切割作业没有完成则继续焊接/切割，过程中持续进行轨迹跟踪的控制；如果当前轨迹范围的焊接/切割作业完成了，那么磁轮小车爬行至下一位置，并且执行臂复位至前段作业的停止位置处；在下一位置的焊接/切割作业过程中，开启轨迹跟踪，并判断是否完成了所有轨迹范围的焊接/切割作业，如果完成了所有轨迹的焊接/切割，则结束焊接/切割作业，人工引导机器人爬行回到等待区。
[0025]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0026]1.本专利技术充分考虑了运维过程中先后开展切割和焊接作业工序的必要性，以及切割和焊接对于自动化装备的共同点和差异性，结合了纯视觉传感和激光视觉传感对于切割
和焊接等不同作业要求的适应性，一套机器人系统配置切割电源和焊机即可先后完成切割和焊接的双重工序，改变了切割和焊接专机难以通用的现状，提高了运维中切割和焊接工作效率；
[0027]2.本专利技术采用爬行吸附并跨越在切割(或焊接)轨迹两侧的作业位置方式，由执行臂的运动保证切割(或焊接)的精度，大大降低了爬壁机器人在空间运动曲面吸附爬行运动尤其是转向拐弯运动的控制难度以及机器人在曲面吸附面(点)减少的风险，提高了和切割/焊接一体化机器人系统切割或焊接作业的精度、焊接/切割的作业效率和机器人的安全保障。
[0028]3.本专利技术首次结合5G通讯引入到爬壁焊接(或切割)装备的控制和信息交换中来，实现远程对焊接/切割状态的控制和反馈，为远程监控和诊断设备运维工作状态提供支撑。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，包括爬壁磁轮小车、执行臂、焊接/切割设备接口、轨迹跟踪装置、工控电脑以及机器人远程控制器；其中，所述执行臂安装在所述爬壁磁轮小车上，能在X、Y、Z方向往复直线运动，包括夹持机构，所述夹持机构用于安装夹持焊枪/割炬，所述夹持机构由旋转力矩电机带动转动；所述焊接/切割设备接口用于作为焊接/切割设备的通讯接口；所述轨迹跟踪装置与所述工控电脑连接，以将轨迹的位置或偏差信息发送给工控电脑，由工控电脑对该信息进行运算和处理；所述轨迹跟踪装置包括激光视觉焊缝跟踪传感器和视觉传感器；所述激光视觉焊缝跟踪传感器用于实施焊接作业时对焊缝轨迹信息的捕捉并引导焊枪沿着焊缝轨迹焊接；所述视觉传感器用于实施切割作业时对切割轨迹信息的捕捉并引导切割设备沿着切割轨迹切割；所述工控电脑用于处理从所述轨迹跟踪装置获取的位置或偏差信息，控制爬壁磁轮小车的运动和执行臂的运动，并通过焊接/切割接口来控制焊接/切割设备的电源的启动和停止以及焊接或切割工艺参数的调节；所述机器人远控控制器通过5G通讯与所述工控电脑实现信息交互。2.如权利要求1所述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，所述机器人远程控制器的操作界面能对机器人端焊接/切割的工作状态数据实时显示和监控，为爬壁焊接/切割运维状态监测提供支持。3.如权利要求1所述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，所述视觉传感器与360
°
摄像云台一起固定安装。4.如权利要求1所述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，所述5G通讯包括第一5G通讯模块和第二5G通讯模块；所述第一5G通讯模块安装在所述爬壁磁轮小车上并与所述工控电脑相连接；所述机器人远程控制器与所述第二5G通讯模块相连接并通过5G基站与所述第一5G通讯模块进行信号通信。5.如权利要求1所述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，所述系统还包括供电模块和驱动模块；所述供电模块安装在所述爬壁磁轮小车上，与所述驱动模块、所述爬壁磁轮小车、所述轨迹跟踪装置连接；所述驱动模块安装在所述爬壁磁轮小车上，与所述工控电脑、所述供电模块、所述爬壁磁轮小车、所述执行臂连接。6.如权利要求1所述的基于5G通讯的爬壁焊接/切割一体化机器人系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓光，周雪峰，曹立超，谷世超，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：