一种用于钢结构焊接的轨道机器人

1.本发明属于焊接机器人技术领域，具体涉及一种用于钢结构焊接的轨道机器人。


背景技术：

2.钢结构焊缝焊接具有较强的技术性，对施工精度和质量要求较高，传统的人工焊接技术人员的专业水平参差不齐，在我国整体工人队伍素质不高的情况下，难以保证焊接施工的质量。随着自动化技术设备的发展，各种自动焊接机器人的应用在一定程度上提升了钢结构焊接的整体效率和精度。由于钢结构焊接的复杂环境和高精密性要求，焊接机器人存在不同场景和工况下的应用条件限制及问题缺陷。例如，机器人的位置和角度调整需要手动进行，调整过程耗时且不精确；焊接质量难以保证，需要额外的人工检查和调整等，只能实现半自动化施工作业，无法有效减少人力资源消耗。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本发明目的在于提供一种用于钢结构焊接的轨道机器人。
4.本发明所采用的技术方案为：
5.一种用于钢结构焊接的轨道机器人，包括：
6.底座，所述底座上设有直轨，直轨上滑动设有横梁，横梁上设有焊接小车以及用于驱动横梁在直轨上移动的伺服电机，焊接小车的一侧面上设有焊枪；
7.机器视觉模块，所述机器视觉模块包括摄像头和图像识别单元，摄像头安装在焊接小车上，摄像头与焊枪位于焊接小车的同一侧面，摄像头与焊枪平行设置；摄像头用于获取焊接工件的图像，图像识别单元用于通过人工神经网络和深度学习算法对获取的焊接工件的图像进行处理，得到焊接区域的测量数据以及焊接结果和质量数据；
8.上位机，用于接收和处理机器视觉模块发送的测量数据，通过控制算法计算出焊接参数；以及用于根据实时反馈的焊接结果和质量数据，对人工神经网络和深度学习算法进行优化和更新；
9.控制模块，用于接收上位机发送的焊接参数，实时调整控制焊接小车的移动路径以及焊枪的焊接操作。
10.优选地，所述控制模块包括控制器、编码器和传感器，编码器和传感器用于对焊接过程中的工作数据进行采集和处理，控制器用于将焊接过程中的工作数据和焊接结果和质量数据反馈给上位机，使上位机对控制算法进行调整优化。
11.本发明的有益效果为：
12.1.本发明所的机器视觉模块基于人工神经网络和深度学习算法，用于测量和采集焊接钢结构表面的凸起、凹陷等形状信息，估计位置关系和姿态角度，上位机对输入数据进行处理和分析，自动调节控制模块的输出信号，通过控制模块实现对机器人焊接工作的自动控制。该机器人能够适应不同形状的钢结构焊接，具有较高的自适应性和自主性；能够快
速有效的进行钢结构焊缝焊接作业，在无人监守的情况下减少人力消耗、提高作业的效率和准确性。
13.2.本发明集成了人工神经网络和深度学习算法，具备自适应调节、高精度测量和自动化控制功能；能够根据测试和运行样本数量增加持续调整优化控制算法，自动选配适应不同工况的最优焊接参数和路径，具备高自适应性和自主性；机器人的自动化程度高，能够减少人工干预和操作误差，提高焊接效率和稳定性，降低人力资源浪费。
附图说明
14.图1是本发明轨道机器人的原理框图。
15.图2是本发明轨道机器人的机器人结构的示意图。
16.图3是本发明轨道机器人的另一角度的机器人结构的示意图。
17.图中：1-底座；2-直轨；3-横梁；4-焊接小车；5-伺服电机；6-焊枪；7-摄像头。
具体实施方式
18.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
20.如图1至图3所示，本实施例的一种用于钢结构焊接的轨道机器人，包括机器人结构、机器视觉模块、上位机和控制模块；机器人结构包括底座1、直轨2、横梁3、焊接小车4、伺服电机5和焊枪6，其中，底座1为整个机器人结构的支撑平台，直轨2固定安装在底座1上，直轨2为焊接小车4的运动轨道。横梁3滑动安装在直轨2上，能够沿着直轨2移动；焊接小车4和伺服电机5均安装在横梁3上，由伺服电机5和传动机构组成直线伺服执行单元，通过接收控制信号，驱动横梁3在直轨2上移动，实现焊接小车高速度、高精度的直线运动。焊枪6设于焊接小车4的一侧面上。在焊接过程中，机器人结构的运动和操作通过控制模块实现，控制模块用于控制焊接小车4的移动、速度、位置和焊接操作，保证焊接过程的稳定性和精度。
21.机器视觉模块包括摄像头7、光源和图像识别单元，摄像头7安装在焊接小车4上，摄像头7与焊枪6位于焊接小车4的同一侧面，摄像头7与焊枪6平行设置；摄像头7用于获取焊接工件的图像，图像识别单元用于通过人工神经网络和深度学习算法对获取的焊接工件的图像进行分析和分类的处理，以识别焊接工件的位置和状态，得到焊接区域的测量数据以及焊接结果和质量数据。
22.机器视觉模块将得到焊接区域的测量数据以及焊接结果和质量数据发送给上位机，焊接区域的测量数据包括焊缝位置、大小和形状等信息；上位机包括cpu单元、gpu单元、存储器和控制电路。上位机接收和处理机器视觉模块发送的测量数据，通过控制算法计算出焊接参数，焊接参数包括运动轨迹、焊接速度、焊接功率、焊接时间等，并自动调节控制模
块的输出信号，进而实现焊接参数的自动调整和控制。上位机根据实时反馈的焊接结果和质量数据，对人工神经网络和深度学习算法进行优化和更新，提高算法的准确性和鲁棒性，实现对机器人结构的实时监测和控制，确保焊接质量的稳定性和一致性。
23.控制模块用于接收上位机发送的焊接参数，使机器人结构可以按照这些焊接参数执行自动化的焊接任务，实时调整控制焊接小车4的移动路径以及焊枪6的焊接操作，实现自动焊接。具体的额，通过设置焊接枪的位置、角度和速度等实现焊枪6的焊接操作的调整控制。控制模块包括控制器、编码器和传感器，编码器和传感器用于对焊接过程中的角度、位移、温度、压力等工作数据进行采集和处理，同时监测机器人结构周围的环境和设备状态，控制器用于将焊接过程中的工作数据和焊接结果和质量数据反馈给上位机，使上位机对控制算法进行调整优化，能够自动选配适应不同工况的最优焊接参数和路径。
24.本发明用于钢结构焊接的轨道机器人，机器视觉模块对焊接工件表面特征信息和相对位置信息进行在线采集提取，实现对工件表面缺陷、异物等问题的实时检测；结合人工神经网络和深度学习算法，通过大量样本训练和自主学习，对焊接工艺参数进行在线优化，实现机器人焊接工作全自动运行，大幅提高生产效率和质量水平；上位机实时接收并处理数据，同时搭载gpu单元和cpu单元，精确计算焊接距离、压力、角度、温度等参数，确保工件焊接效率和精度；在实际应用中，本发明可以根据不同的焊接要求和工件形状进行灵活配置和定制，广泛应用于钢结构焊接领域。
25.本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于钢结构焊接的轨道机器人，其特征在于，包括：底座(1)，所述底座(1)上设有直轨(2)，直轨(2)上滑动设有横梁(3)，横梁(3)上设有焊接小车(4)以及用于驱动横梁(3)在直轨(2)上移动的伺服电机(5)，焊接小车(4)的一侧面上设有焊枪(6)；机器视觉模块，所述机器视觉模块包括摄像头(7)和图像识别单元，摄像头(7)安装在焊接小车(4)上，摄像头(7)与焊枪(6)位于焊接小车(4)的同一侧面，摄像头(7)与焊枪(6)平行设置；摄像头(7)用于获取焊接工件的图像，图像识别单元用于通过人工神经网络和深度学习算法对获取的焊接工件的图像进行处理，得到焊接区域的测量数据以及焊接结果和质量数据；上位机，用于接收和处理机器视觉模块发送的测量数据，通过控制算法计算出焊接参数；以及用于根据实时反馈的焊接结果和质量数据，对人工神经网络和深度学习算法进行优化和更新；控制模块，用于接收上位机发送的焊接参数，实时调整控制焊接小车(4)的移动路径以及焊枪(6)的焊接操作。2.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于：所述上位机包括cpu单元、gpu单元、存储器和控制电路。3.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于：所述控制模块包括控制器、编码器和传感器，编码器和传感器用于对焊接过程中的工作数据进行采集和处理，控制器用于将焊接过程中的工作数据和焊接结果和质量数据反馈给上位机，使上位机对控制算法进行调整优化。4.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于：所述机器视觉模块还包括光源。5.根据权利要求1所述的轨道机器人，其特征在于：所述焊接参数包括焊接速度、焊接功率、焊接时间。

技术总结
本发明属于焊接机器人技术领域，公开了一种用于钢结构焊接的轨道机器人，包括焊接小车和焊枪；摄像头获取焊接工件的图像，图像识别单元通过人工神经网络和深度学习算法对获取的焊接工件的图像进行处理，得到焊接区域的测量数据以及焊接结果和质量数据；上位机接收和处理测量数据，计算出焊接参数；控制模块接收上位机发送的焊接参数，实时调整控制焊接小车的移动路径以及焊枪的焊接操作。该机器人能够适应不同形状的钢结构焊接，具有较高的自适应性和自主性；能够快速有效的进行钢结构焊缝焊接作业，在无人监守的情况下减少人力消耗、提高作业的效率和准确性。高作业的效率和准确性。高作业的效率和准确性。


技术研发人员：孙峻 韩金妍 李炜钊 江鑫 周星宇
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2023.08.01
技术公布日：2023/10/11