爬行式弧焊机器人

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爬行式弧焊机器人

摘要：本文介绍爬行式弧焊机器人结构光三维视觉传感器的传感原理、系统组成和设计依据。用会聚透镜和柱透镜组合产生线长35～40 mm、线宽1 mm 的光纹投向焊缝, 热敏电阻组成桥式自功控温电路,用5 L /s 流量的空气(或氩气) 吹开烟尘、蒸汽和飞溅物等, 微型CCD 摄像机加装窄带滤光片摄像, 经二值化、图像分割和中心取样等图像处理并计算出偏移量送控制系统引导爬行机器人正确施焊。

关键词:弧焊机器人; 爬行机构; 焊缝跟踪; 图像处理

Abstract:M ake use of combinat ion of assemble lens and co lumns lens to produce ligh t veins of 35～40mm length and 1 mm w idth w hich is thrown to weld seam. Therm isto r compo ses of bridge2type electric circuit w h ich conto ls temperature automat ically.The rate of flow ing of 5 L /s blow s fumes, steam and splash th ing etc. M inni CCD is added narrow 2tape filter ligh t p late to take p icture, through image processing such as 2 valuemelt ing, image cut t ing, cent ral samp ling and calculate deviation to send to control system,w h ich guides craw ling robo t to w eld correctly.

Key words:Arcw lding robo t; Craw lmachine; Weld seam tracking; Image processing

1.引言

焊接是一种劳动强度比较大、工作环境比较恶劣的工艺方法。在焊接过程

中伴随着弧光、辐射、高温及大量的飞溅和烟尘出现。在这样的恶劣环境，对工人

的身体健康影响极大。但是随着人类社会不断进步，人们对生活质量和工作环境的要求愈来愈高；同时科学技术和工艺水平的发展，大型重要构件的焊接越来越多，仅仅依靠手工焊接是难于满足焊接质量和焊接效率的要求。用机器人代替人的操作是人类梦寐以求的理想。因此开发具有智能化的机器人以取代人在危险恶劣环境下难以完成的工作，一直是科研工作者致力解决的课题之一。

弧焊机器人主要应用于各类汽车零部件的焊接生产。在该领域，国际大型工业机器人生产企业主要以向成套装备供应商提供单元产品为主。本公司主要从事弧焊机器人成套装备的生产，根据各类项目的不同需求，自行生产成套装备中的机器人单元产品，也可向大型工业机器人企业采购并组成各类弧焊机器人成套装备。在该领域，本公司与国际大型工业机器人生产企业既是竞争亦是合作关系。

弧焊机器人图1

弧焊机器人是焊接自动化发展的主要方向, 在汽车制造、工程机械等产业已有广

泛的应用。目前应用的大都是示教再现型弧焊机器人, 无法适应焊接过程中焊缝的变形、工件本身及其装备的不一致, 因而限制了其在大型油罐、船舶和压力管道等结构件中的应用。为了对复杂结构产品具有良好的适应性和高质量的焊接加工, 迫切需要提高它的智能水平[ 1 ]。

传感技术是提高弧焊机器人智能水平的关键技术之一。结构光三维视觉传感[ 2 ]以其大量程、大视场和光纹图像信息提取简单等特点, 近年来得到广泛的应用。本文研究了适用于爬行式弧焊机器人的结构光三维视觉传感器。

适合全位置焊接的、能够在直壁、曲面等焊件上行走施焊的爬行式弧焊机器人, 其任务是解决生产实际中包括曲面焊在内的全位置焊接自动化, 完成生产现场竖焊、横焊和曲面焊等焊接[ 3 ]。它的工作环境对视觉传感器而言是非常恶劣的, 强烈的弧光干扰几乎淹没光纹图样, 燃烧的气体、飞溅的铁屑尘埃影响焊缝图像信息的提取, 高温辐射要求对激光器和CCD进行冷却降温, 爬行的运动方式又要求整个传感器的结构紧凑、体积小重量轻。为此, 我们在光源功率、波长选择、光纹生成方法、图像处理技术及CCD 选型和冷却防尘等方面进行了大量的研究。

2.爬行机器人系统构成

爬行式弧焊机器人的系统构成主要由移动机构、图象传感系统、控制电路以及计算机信息处理控制系统组成，如图! 所示。移动机构是机器人的运动动力系统；图象传感系统与计算机信息处理系统组成焊缝识别系统，以识别焊缝；控制电路与计算机控制系统组成焊缝跟踪系统，以实现焊缝跟踪。

2.1移动机器人的结构

全位置爬壁机器人须具备两个基本功能：吸附功能和移动功能。爬壁机器人按照吸附方式可分为空气吸附式和磁吸附式两种；按照移动方式可分为轮式、履带式、步行式三种。表! 和表’分别比较了不同的吸附方式和移动方式的爬壁机器人的性能优缺点。本文所研究的机器人是用来在壁面、球面、管道等曲面上爬行焊接。必须具有较强的壁面适应能力和

承载能力。履带式移动结构由多个链节连成，接触面积大，壁面适应能力强。爬壁焊接机器人的作业表面多为铁磁性材料，选择磁吸附方式可以达到机器人结构紧凑，吸附力大的效果。为了便于机器人在完成作业时能够容易脱离工作表面，采用电磁铁吸附可以达到对磁吸力的控制。在链节上设置内力补偿式可变吸附体，与运动相对独立，使得履带块运动时能自由脱

离壁面，静止时又能够提供足够大的吸附力。因而本文爬壁机器人是采用双履带电磁铁结构，每条履带上均匀分布二十个电磁铁，工作中始终保证有八块磁块与壁面处于良好的吸附状态。该结构具有承载能力大，驱动功耗小，路面适应能力