一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统技术方案

本实用新型专利技术属于机器人焊接技术领域，具体来说是一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，包括机器人本体、监控模块、通讯模块和执行模块，所述监控模块包括人机交互模块、监控摄像机、图像采集卡、和焊缝跟踪传感器；通讯模块包括工业以太网模块、工业现场总线模块和串口模块；监控模块和执行模块通过工业以太网模块连接；执行模块与机器人本体通过工业现场总线模块连接；执行模块与监控模块的焊缝跟踪传感器通过串口模块连接。本实用新型专利技术的优点在于本系统采用的多线程技术，可以实现同时响应多个模块，把监控模块、通讯模块等模块和装置放在不同的线程中，从而这些模块可以独立运行互不影响，从而提高了相应速度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人焊接
，具体来说是一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统。
技术介绍
对大型钢结构构件，由于工作范围大，必须进行现场焊接。此类焊接作业具有现场条件复杂、焊接施工量大、焊缝不规则以及焊接工艺复杂等特点，机器人自动化、智能化焊接是解决这一问题的主要手段。对于大型钢结构的焊接，部件本身结构、重量影响不适合旋转或转动，因此不适合专机或固定式机械手作业。在的重要部件上，保证稳定的焊接质量，是其关键问题。受焊接工人情绪、焊接劳动强度的影响，手工多层多道焊接质量很难得以稳定。机器人焊接系统一般由焊接承载机构、焊接系统、控制系统组成。承载机构又分为固定式工业机械手、轨道式小车、自主移动式机构；焊接系统由焊接电源、焊枪、保护气、送丝机构等组成；控制系统负责承载机构的运动、跟踪、焊接质量控制等。目前常用的大型钢结构焊接的是轨道式机器人焊接系统，该系统由机器人运行轨道、机器人及焊接系统组成，使用时需要预先进行轨道铺设，仅适用于能够铺设轨道的焊缝，并且轨道的柔性在一定范围内，无法适应焊缝形式的变换。大型设备属于单件小批量产品，多数焊缝是非标结构，焊缝整体结构形式复杂，因此，这种轨道式结构的应用受到限制。清华大学开发了履带式磁吸附自主移动焊接机器人，履带式吸附移动机构吸附可靠性好但转向性能差，造成机器人运动灵活性差、作业位置调整困难。北京石油化工学院开发了磁轮式自主移动焊接机器人，磁轮式吸附移动机构运动灵活性好但吸附能力差，机器人吸附可靠性低。综上，现有自主移动焊接机器人综合性能不好。并且上述的几种机器人由于其结构和功能上的缺陷，使其操作控制系统的模块和功能设置存在不足，造成了在实际控制机器人进行焊接操作时，不能按照实际情况对焊缝进行焊接。该控制系统能够保证准确方便的控制机器人的运动，监控用来实现机器人的运动反馈，保证机器人按照预定轨迹运动。如专利申请号为200810033297.6，申请日为2008年I月31日，名称为“基于视觉传感的弧焊机器人焊接监控系统”的专利技术专利，其主要技术方案为包括焊接机器人、机器人控制器、视觉传感系统、接口电路装置、主控计算机，双逆变弧焊电源，其中视觉传感系统动态采集焊接熔池的图像，并将图像传送到主控计算机，主控计算机接收视觉传感器提供图像信息，进行图像处理，并根据处理结果通过接口电路装置调整双逆变弧焊电源和控制焊接机器人，接口电路装置由模拟信号输出子模块、焊接开关及过程状态检测子模块和机器人控制器通用I/o子模块组成；焊接机器人通过机器人控制器接收主控计算机发送的行走指令信号，移动焊枪进行焊接。上述专利面向的机器人对象是普通机器人；并且上述专利的通讯方式单一，最终控制的机器人进行焊接的精度不高。
技术实现思路
为了克服现有的焊机器人制系统存在的上述缺陷，现在特别提出一种能控制焊接机器人在曲面钢结构上运动、并且实现宏观遥控、微观自主、实时反馈的一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统。为实现上述目的，本技术的技术方案如下一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，其特征在于，包括机器人本体、监控模块、通讯模块和执行模块，其特征在于所述监控模块包括人机交互模块、监控摄像机、图像采集卡、和焊缝跟踪传感器；所述通讯模块包括工业以太网模块、工业现场总线模块和串口模块；上述的监控模块和执行模块通过工业以太网模块连接；执行模块与机器人本体通 过工业现场总线模块连接；执行模块与监控模块的焊缝跟踪传感器通过串口模块连接；执行模块与第三方焊接设备通过工业现场总线模块连接，第三方焊接设备包括电焊机和电焊机适配器；所述监控摄像机与图像采集卡信号连通，图像采集卡通过PCI总线与工控机信号连通，上述信号均为双向连通。所述监控摄像机和焊缝跟踪传感器均设置在机器人本体上。所述人机交互模块为工控机。所述执行模块包括机器人电机驱动装置、焊缝跟踪装置、焊接控制装置、任务的调度和处理装置、运动控制装置；上述执行模块的各装置分别安装在机器人本体上；所述的控制系统的各个模块和装置均为多线程设置。本技术的优点在于I、本系统采用的多线程技术，可以实现同时响应多个模块，，把监控模块、通讯模块等模块和装置放在不同的线程中，从而这些模块可以独立运行互不影响，从而提高了相应速度。2、采用的是实现宏观遥控、微观自主方案，用于环境监控图像处理模块的监控摄像机是宏观的，而用于熔池图像模块的监控摄像机实现的是微观监控，备宏观焊接环境监控及微观焊接熔池监控功能，实现了智能化焊接。3、通讯模块采用了工业以太网、工业现场总线、串口(RS232)通讯协议相互结合的形式，能够及时反馈(小于30毫秒)运动和焊接的状态，判断机器人当前的运行情况。附图说明图I是本技术框架示意图。附图中I、机器人本体2、监控模块3、通讯模块4、执行模块5、人机交互模块6、监控摄像机7、图像采集卡8、焊缝跟踪传感器9、工业以太网模块10、工业现场总线模块11、串口模块12第三方焊接设备。具体实施方式带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，包括机器人本体、监控模块、通讯模块和执行模块，所述监控模块包括人机交互模块、监控摄像机、图像采集卡、和焊缝跟踪传感器；所述通讯模块包括工业以太网模块、工业现场总线模块和串口模块；上述的监控模块和执行模块通过工业以太网模块连接；执行模块与机器人本体通过工业现场总线模块连接；执行模块与监控模块的焊缝跟踪传感器通过串口模块连接；执行模块与第三方焊接设备通过工业现场总线模块连接，第三方焊接设备包括电焊机和电焊机适配器；所述监控摄像机与图像采集卡信号连通，图像采集卡通过PCI总线与工控机信号连通，上述信号均为双向连通，所述监控摄像机和焊缝跟踪传感器均设置在机器人本体上。所述人机交互模块为工控机。所述执行模块包括机器人电机驱动装置、焊缝跟踪装置、焊接控制装置、任务的调度和处理装置、运动控制装置；上述执行模块的各装置分别安装在机器人本体上；所述的控制系统的各个模块和装置均为多线程设置。工控机，即IPC( Industrial Personal Computer),是一种稳定性好的增强型个人计算机，它可以作为一个工业控制器在工业环境中可靠运行。在本专利中，工控机是用来运行。图像处理模块和人机交互模块的计算机硬件。 监控模块包括图像处理模块和人机交互模块。图像处理模块包括焊缝图像处理模块，熔池图像处理模块、环境图像处理模块以及摄像头角度控制与变焦控制模块。其中焊缝图像处理模块处理激光传感器拍摄的焊缝图像，用于实现对焊缝的跟踪和纠偏，保证焊枪使用沿着焊缝的轨迹前进。焊缝图像处理模块处理激光传感器拍摄的焊缝图像，用于实现对焊缝的跟踪和纠偏，保证焊枪使用沿着焊缝的轨迹前进。具体方法如下激光传感器通过RS232接口传回焊缝的图像，我们算出焊枪头距离焊缝中心的像素点，把像素点的个数作为偏差值(横轴偏差和纵轴偏差两种)。当偏差值的的绝对值大于I个像素时，启动纠偏程序，从而保证焊枪头距离焊缝的高度值和水平值不变。即激光传感器传回焊缝图像(通过RS232接口)一一》算出图像中焊枪头距离焊缝中心的像素点——》得出横轴偏差和纵轴偏差——》当偏差大于I个像素时启动纠偏程序。熔池图像处理模块处理焊接时熔池的图像，用于监测焊接过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，其特征在于，包括机器人本体（1）、监控模块（2）、通讯模块（3）和执行模块（4），其特征在于：所述监控模块（2）包括人机交互模块（5）、监控摄像机（6）、图像采集卡（7）、和焊缝跟踪传感器（8）；？所述通讯模块（3）包括工业以太网模块（9）、工业现场总线模块（10）和串口模块（11）；上述的监控模块（2）和执行模块（4）通过工业以太网模块（9）连接；执行模块（4）与机器人本体（1）通过工业现场总线模块（10）连接；执行模块（4）与监控模块（2）的焊缝跟踪传感器（8）通过串口模块（11）连接。

【技术特征摘要】
1.一种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，其特征在于，包括机器人本体(I)、监控模块(2 )、通讯模块(3 )和执行模块(4)，其特征在于 所述监控模块(2)包括人机交互模块(5)、监控摄像机(6)、图像采集卡(7)、和焊缝跟踪传感器(8)； 所述通讯模块(3)包括エ业以太网模块(9)、エ业现场总线模块(10)和串ロ模块(11); 上述的监控模块(2 )和执行模块(4 )通过エ业以太网模块(9 )连接；执行模块(4 )与机器人本体(I)通过エ业现场总线模块(10)连接；执行模块(4)与监控模块(2)的焊缝跟踪传感器(8)通过串ロ模块(11)连接。2.根据权利要求I所述的ー种带图像监控的轮式自主移动焊接机器人控制系统，其特征在于所述执行模块(4)与第三方焊接设备(12)通过エ业现场总线模块(10)连接，第三方焊接设备(12 )包括电焊机和电焊机适配器。3.根据权利要求2所述的ー种带图像监...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜周，李永龙，肖唐杰，盛仲曦，徐立强，贺骥，范传康，侯晓宝，董娜，桂仲成，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：实用新型
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