平面自主移动焊接机器人初始位置检测定位-AGV吧

0 前言

船舶制造过程中为了加强船体的强度，船舱底部设置格子型构件，该类结构体大多顶部密封、空间狭小且焊接路径上存在不规则流水孔，导致焊缝不连续对焊接跟踪和焊接工艺造成了很大难度，目前主要靠人工来完成焊接，已成为制约制造工业发展的瓶颈问题。针对该类焊接工况开发出的平面自主移动焊接机器人，可在焊接过程中自动识别流水孔从而控制旋转电弧的启停，实现焊接过程自动化。在焊接前期工人需要用手提起机器人并放置到最佳的初始焊接位置保证焊缝的成形。为保证整个焊接过程中的机器人能平稳前进和转向，在底盘安装了磁吸附装置。因此当工人提起机器人放置时，需要克服底盘对钢板产生的磁吸附力和机器人本身的重量。当焊枪接近焊缝时底座磁吸附装置距钢板较近，磁力增大，调整难度增加。且在纵向空间狭小的格子作业时，工人很难进去调整。

因此文中着重解决了平面自主焊接机器人的焊接初始位置的定位问题。在机器人定位中常使用超声波对机器人进行定位但其需要设置两个或两个以上坐标已知的超声波收发基站，对于未知的焊接环境不具有自适应性。在视觉传感上常使用双目视觉进行测距但因其苛刻的标定过程不适用于小型焊接机器人。文中分阶段使用超声波传感器和单目视觉传感器进行焊接初始位置的检测和调整。

1 系统硬件结构

船舱的格子间结构如图1所示，机器人需要对格子间的垂直直角进行焊接初始位置定位和焊接作业。

机器人整体结构和传感器安装位置如图2所示。共装有4个传感器，其中旋转电弧传感器在焊接作业时反馈偏差信息，与单目视觉传感器一同安装在十字滑块的水平滑块上；装有2个超声波传感器，传感器1安装在两轮中心面上与地面平行，用于直角转弯和初始位置调整时的防撞检测，传感器2安装在电弧传感器、驱动轮同垂直面上用于检测初始位置。底座机构如图3所示，采用两轮差速驱动和旋转，步进电机减速比为1：81超声波传感器下方安装有一个万向轮。

控制系统基于PC1O4接口开发采用研华PCM3362工控主板；运动控制卡为ART1020，可独立控制四轴电机；数据采集卡为ART2932；图像采集卡采用大恒VTl21，使用OpenCV计算机开源图像处理库进行图像处理。

2 机器人角度调整

平面自主机器人处于未知环境时，与壁面位置有正、负倾角和垂直三类情况，如图4所示，焊接初始位置调整的第一步是需要将机器人调整到与竖立钢板垂直的状态。

超声波传感器工作示意图如图5所示，有效工作角度为±5°。当检测壁面与传感器夹角大于5°时，超声波将无法反馈距离信息数据采集卡端口电压为0V利用这一特性，可通过判断信号的有无确定机器人的与竖立钢板的角度是否在±5°区间内。

当机器人初始位置为图4a所示时，右轮锁紧，左轮匀速正向前进机器人整体姿态以右轮为轴心顺时针匀速旋转并开始计时。超声波传感器1检测切线方向是否有壁面，当检测到信号时判断是否到达临界最小旋转距离，若达到最小距离时，左轮应立即停止旋转；超声波传感蓄2以200ms为采样周期采集电压。15s内采集到的电压值如图6a所示。