本實用新型涉及焊接機器人領(lǐng)域，具體涉及一種水下自動焊接機器人。

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、缺乏自動焊接設(shè)備。

因而，現(xiàn)有技術(shù)中，無法采用機械焊接的方式進行水下設(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械化自動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器人，其成像精確度雖高，但是成本也高，同時在水質(zhì)不好的水下環(huán)境，其成像效果差，適用范圍小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種水下自動焊接機器人，包括：

機器人主體，該機器人主體包括運動單元，該運動單元根據(jù)預(yù)設(shè)運動軌跡或控制命令，控制機器人主體在水下移動；

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行采集，該成像處理模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行合成疊加，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)的圖像進行中值濾波，以及去除中值濾波后的圖像的隨機噪聲，以及增強去除隨機噪聲的圖像，獲得濾波增強圖像；

該特征提取模塊基于濾波增強圖像灰度閾值范圍，并提取濾波增強圖像的特征值，該特征值包括孔數(shù)、圓度、角點數(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)濾波增強圖像的特征值，對待焊對象實現(xiàn)自動焊接。

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)按照時序關(guān)系進行合成疊加，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設(shè)置，或者，由多個組成的陣列。

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行第一級放大；

該PGA可編程增益放大模塊用于第一級放大的超聲波信號進行第二級放大，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，負(fù)極連接至電焊鉗，正極接地；

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

電焊鉗驅(qū)動電機，為電焊鉗驅(qū)動設(shè)備對電焊鉗的驅(qū)動提供動力。

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

其中，較佳方案是：該運動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，該直流電機分別帶動橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，以通過螺旋槳的正反轉(zhuǎn)，為水下機器人主體提供6個自由度的推進動力。

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

本實用新型的有益效果在于，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型通過設(shè)計一種水下自動焊接機器人，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)特征值控制焊接機器人實現(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)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：

圖1是本實用新型水下自動焊接機器人的控制框圖；

圖2是本實用新型成像處理模塊的控制框圖；

圖3是本實用新型超聲波成像單元的控制框圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，對本實用新型的較佳實施例作詳細說明。

如圖1所示，本實用新型提供一種水下自動焊接機器人的優(yōu)選實施例。

一種水下自動焊接機器人，包括：

機器人主體，該機器人主體包括運動單元，該運動單元根據(jù)預(yù)設(shè)運動軌跡或控制命令，控制機器人主體在水下移動。

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行采集，該成像處理模塊22根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行合成疊加，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行預(yù)處理，優(yōu)化水下超聲波成像技術(shù)，同時，優(yōu)化智能自動焊接技術(shù)，使得水下自動焊接成為可能。

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)的圖像進行中值濾波，以及去除中值濾波后的圖像的隨機噪聲，以及增強去除隨機噪聲的圖像，獲得濾波增強圖像；該特征提取模塊32基于濾波增強圖像灰度閾值范圍，并提取濾波增強圖像的特征值，該特征值包括孔數(shù)、圓度、角點數(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)濾波增強圖像的特征值，對待焊對象實現(xiàn)自動焊接。

其中，根據(jù)特征值(包括孔數(shù)、圓度、角點數(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設(shè)置，或者，由多個組成的陣列。

如圖2所示，本實用新型提供數(shù)據(jù)合成模塊221的較佳實施例。

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)按照時序關(guān)系進行合成疊加，得到高頻采樣數(shù)據(jù)。

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

如圖3所示，本實用新型提供超聲波成像單元20的較佳實施例。

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行第一級放大。

該PGA可編程增益放大模塊24用于第一級放大的超聲波信號進行第二級放大，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)。

在本實用新型中，提供一種機器人主體的較佳實施例。

機器人主體還包括：

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，負(fù)極連接至電焊鉗，正極接地；

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

電焊鉗驅(qū)動電機，為電焊鉗驅(qū)動設(shè)備對電焊鉗的驅(qū)動提供動力。

進一步地，該機器人主體包括機械臂，該接地夾設(shè)置在機械臂上。

進一步地，該運動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，該直流電機分別帶動橫向螺旋槳、豎向螺旋槳和縱向螺旋槳，以通過螺旋槳的正反轉(zhuǎn)，為水下機器人主體提供6個自由度的推進動力。

進一步地，該機器人主體包括一真空固定機構(gòu)，該固定機構(gòu)根據(jù)待焊對象的位置，將機器人主體真空附著在待焊對象的表面。

以上所述者，僅為本實用新型最佳實施例而已，并非用于限制本實用新型的范圍，凡依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本實用新型所涵蓋。