本發(fā)明涉及焊接機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，對于水下焊接存在以下問題要解決：

1、人工焊接方式精度和效率都不高；

2、機(jī)械焊接的方式存在需要適應(yīng)水下環(huán)境的具體結(jié)構(gòu)，尤其需要克服水下各類干擾的圖像處理設(shè)備；

3、缺乏自動(dòng)焊接設(shè)備。

因而，現(xiàn)有技術(shù)中，無法采用機(jī)械焊接的方式進(jìn)行水下設(shè)備的焊接，導(dǎo)致當(dāng)前焊接方式速度慢且不夠準(zhǔn)確。

為此，需要一種能夠處理水下各種干擾的機(jī)械化自動(dòng)焊接方案首先能夠提高水下激光圖像的成像效果，然而能夠適應(yīng)水下環(huán)境，能夠識別焊縫類型，最后需要一套能夠自動(dòng)焊接的焊接設(shè)備。

但是現(xiàn)有采用水下激光圖像的成像的水下機(jī)器人，其成像精確度雖高，但是成本也高，同時(shí)在水質(zhì)不好的水下環(huán)境，其成像效果差，適用范圍小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人，提高水下成像效果，以及高提水下焊接效率和精確度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人，包括：

機(jī)器人主體，該機(jī)器人主體包括運(yùn)動(dòng)單元，該運(yùn)動(dòng)單元根據(jù)預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡或控制命令，控制機(jī)器人主體在水下移動(dòng)；

超聲波成像單元，該超聲波成像單元包括發(fā)送接收模塊和成像處理模塊，該發(fā)送接收模用于對待焊對象發(fā)送超聲波信號，并對超聲回波信號進(jìn)行采集，該成像處理模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)高頻采樣數(shù)據(jù)獲得待焊對象的圖像；

焊縫識別單元，該焊縫識別單元包括預(yù)處理模塊、特征提取模塊和焊縫類型識別模塊；

該預(yù)處理模塊與超聲波成像單元連接，該預(yù)處理模塊用于對生產(chǎn)的圖像進(jìn)行中值濾波，以及去除中值濾波后的圖像的隨機(jī)噪聲，以及增強(qiáng)去除隨機(jī)噪聲的圖像，獲得濾波增強(qiáng)圖像；

該特征提取模塊基于濾波增強(qiáng)圖像灰度閾值范圍，并提取濾波增強(qiáng)圖像的特征值，該特征值包括孔數(shù)、圓度、角點(diǎn)數(shù)、凸凹度、光滑度、長徑比、緊密度和主軸角度；

該焊縫類型識別模塊根據(jù)濾波增強(qiáng)圖像的特征值，對待焊對象實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。

其中，較佳方案是，該成像處理模塊包括數(shù)據(jù)合成模塊，該數(shù)據(jù)合成模塊用于將采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)序關(guān)系進(jìn)行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)。

其中，較佳方案是：該發(fā)送接收模塊為超聲波換能器，該超聲波換能器為單個(gè)設(shè)置，或者，由多個(gè)組成的陣列。

其中，較佳方案是：該超聲波成像單元包括LNA低噪聲信號放大模塊、 PGA可編程增益放大模塊、LPF可配置模擬濾波模塊和ADC高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

該LNA低噪聲信號放大模塊用于將接收的超聲波信號進(jìn)行第一級放大；

該P(yáng)GA可編程增益放大模塊用于第一級放大的超聲波信號進(jìn)行第二級放大，該第二級放大的放大倍數(shù)可控；

該LPF可配置模擬濾波模塊用于調(diào)整低通濾波的截止頻率，將第二級放大后的超聲波信號中高于所述截止頻率的高頻噪聲濾除；

該ADC高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將經(jīng)過高頻噪聲濾除后的超聲波信號轉(zhuǎn)換為超聲回波信號。

其中，較佳方案是：該超聲波成像單元還包括邏輯控制模塊，該邏輯控制模塊用于控制第二級放大的放大倍數(shù)。

其中，較佳方案是，該機(jī)器人主體還包括：

電焊鉗，用于固定焊條，該焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼；

安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；

接地夾，被固定在待焊接工件上；

電焊機(jī)，負(fù)極連接至電焊鉗，正極接地；

電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與電焊鉗連接，用于驅(qū)動(dòng)電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置；

電焊鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備對電焊鉗的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力。

其中，較佳方案是：該機(jī)器人主體包括機(jī)械臂，該接地夾設(shè)置在機(jī)械臂上。

其中，較佳方案是：該運(yùn)動(dòng)單元包括橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，該橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳均包括一直流電機(jī)，該直流 電機(jī)分別帶動(dòng)橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，以通過螺旋槳的正反轉(zhuǎn)，為水下機(jī)器人主體提供6個(gè)自由度的推進(jìn)動(dòng)力。

其中，較佳方案是：該機(jī)器人主體包括一真空固定機(jī)構(gòu)，該固定機(jī)構(gòu)根據(jù)待焊對象的位置，將機(jī)器人主體真空附著在待焊對象的表面。

本發(fā)明的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人，采用超聲波成像單元采集待焊對象的圖像，采用焊縫識別單元提取焊接位置的特征值，并根據(jù)特征值控制焊接機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)焊接，提高水下成像效果，提高水下焊接效率和精確度，降低生產(chǎn)成本。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明水下自動(dòng)焊接機(jī)器人的控制框圖；

圖2是本發(fā)明成像處理模塊的控制框圖；

圖3是本發(fā)明超聲波成像單元的控制框圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，對本發(fā)明的較佳實(shí)施例作詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人的優(yōu)選實(shí)施例。

一種水下自動(dòng)焊接機(jī)器人，包括：

機(jī)器人主體，該機(jī)器人主體包括運(yùn)動(dòng)單元，該運(yùn)動(dòng)單元根據(jù)預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡或控制命令，控制機(jī)器人主體在水下移動(dòng)。

超聲波成像單元20，該超聲波成像單元20包括發(fā)送接收模塊21和成像處理模塊22，該發(fā)送接收模用于對待焊對象發(fā)送超聲波信號，并對超聲回波 信號進(jìn)行采集，該成像處理模塊22根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)高頻采樣數(shù)據(jù)獲得待焊對象的圖像。

焊縫識別單元30，該焊縫識別單元30包括預(yù)處理模塊31、特征提取模塊32和焊縫類型識別模塊33。采用多重濾波方式對圖像進(jìn)行預(yù)處理，優(yōu)化水下超聲波成像技術(shù)，同時(shí)，優(yōu)化智能自動(dòng)焊接技術(shù)，使得水下自動(dòng)焊接成為可能。

具體地，該預(yù)處理模塊31與超聲波成像單元20連接，該預(yù)處理模塊31用于對生產(chǎn)的圖像進(jìn)行中值濾波，以及去除中值濾波后的圖像的隨機(jī)噪聲，以及增強(qiáng)去除隨機(jī)噪聲的圖像，獲得濾波增強(qiáng)圖像；該特征提取模塊32基于濾波增強(qiáng)圖像灰度閾值范圍，并提取濾波增強(qiáng)圖像的特征值，該特征值包括孔數(shù)、圓度、角點(diǎn)數(shù)、凸凹度、光滑度、長徑比、緊密度和主軸角度；該焊縫類型識別模塊33根據(jù)濾波增強(qiáng)圖像的特征值，對待焊對象實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接。

其中，根據(jù)特征值(包括孔數(shù)、圓度、角點(diǎn)數(shù)、凸凹度、光滑度、長徑比、緊密度和主軸角度)，獲取待焊對象的最佳焊接位置，提高焊接精度。

進(jìn)一步地，該發(fā)送接收模塊21為超聲波換能器，該超聲波換能器為單個(gè)設(shè)置，或者，由多個(gè)組成的陣列。

如圖2所示，本發(fā)明提供數(shù)據(jù)合成模塊221的較佳實(shí)施例。

成像處理模塊22包括數(shù)據(jù)合成模塊221，該數(shù)據(jù)合成模塊221用于將采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)序關(guān)系進(jìn)行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)。

在采樣信號上升沿時(shí)，對每次信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)按照時(shí)序關(guān)系進(jìn)行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)。時(shí)序疊加次數(shù)越多，得到高頻采樣數(shù)據(jù)的精度就會(huì)越高。

如圖3所示，本發(fā)明提供超聲波成像單元20的較佳實(shí)施例。

超聲波成像單元20包括LNA低噪聲信號放大模塊23、PGA可編程增益放大模塊24、LPF可配置模擬濾波模塊25和ADC高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26。

該LNA低噪聲信號放大模塊23用于將接收的超聲波信號進(jìn)行第一級放大。

該P(yáng)GA可編程增益放大模塊24用于第一級放大的超聲波信號進(jìn)行第二級放大，該第二級放大的放大倍數(shù)可控。其中，是PGA可編程增益放大模塊24是可以通過SPI串行通信總線受控于核心邏輯器件FPGA(Field Programmable Gate Array)現(xiàn)場可編程門陣列，實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)，也就是放大的倍數(shù)可以通過編程的方式調(diào)整。

該LPF可配置模擬濾波模塊25用于調(diào)整低通濾波的截止頻率，將第二級放大后的超聲波信號中高于所述截止頻率的高頻噪聲濾除。其中，LPF可配置模擬濾波單元可以是一個(gè)可配置的模擬低通濾波器，是可以通過SPI串行通信總線受控于核心邏輯器件FPGA，可以根據(jù)信號的變化，調(diào)整低通濾波的截止頻率，濾除大于截止頻率的高頻噪聲。

該ADC高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊26用于將經(jīng)過高頻噪聲濾除后的超聲波信號轉(zhuǎn)換為超聲回波信號。其中，ADC高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的工作參數(shù)設(shè)置，也可以通過SPI串行通信總線受控于核心邏輯器件FPGA，可以根據(jù)信號的變化，調(diào)整采樣頻率及采樣精度。

進(jìn)一步地，該超聲波成像單元20還包括邏輯控制模塊27，該邏輯控制模塊27用于控制第二級放大的放大倍數(shù)。

在本發(fā)明中，提供一種機(jī)器人主體的較佳實(shí)施例。

機(jī)器人主體還包括：

電焊鉗，用于固定焊條，該焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼；

安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；

接地夾，被固定在待焊接工件上；

電焊機(jī)，負(fù)極連接至電焊鉗，正極接地；

電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與電焊鉗連接，用于驅(qū)動(dòng)電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置；

電焊鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備對電焊鉗的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力。

進(jìn)一步地，該機(jī)器人主體包括機(jī)械臂，該接地夾設(shè)置在機(jī)械臂上。

進(jìn)一步地，該運(yùn)動(dòng)單元包括橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，該橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳均包括一直流電機(jī)，該直流電機(jī)分別帶動(dòng)橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，以通過螺旋槳的正反轉(zhuǎn)，為水下機(jī)器人主體提供6個(gè)自由度的推進(jìn)動(dòng)力。

進(jìn)一步地，該機(jī)器人主體包括一真空固定機(jī)構(gòu)，該固定機(jī)構(gòu)根據(jù)待焊對象的位置，將機(jī)器人主體真空附著在待焊對象的表面。

以上所述者，僅為本發(fā)明最佳實(shí)施例而已，并非用于限制本發(fā)明的范圍，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本發(fā)明所涵蓋。