一种基于多感知融合的全位姿波纹板寻位系统及寻位方法

摘要

本发明公开了一种基于多感知融合的全位姿波纹板寻位系统及寻位方法，属于自动焊接技术领域，包括：十字滑架，水平滑壁为空腔结构；气缸，设置于水平滑壁的空腔内；气缸与水平滑壁内腔固定连接；感知装置，包括触觉与涡流视觉多感知传感器、触觉视觉融合控制器；触觉视觉融合控制器与气缸的活塞连接；触觉与涡流视觉多感知传感器包括触觉感知器和涡流视觉感知器；触觉感知器外侧套设有保护罩；滑套，可滑动地套设于水平滑壁外；大悬臂，固定连接于滑套的下端；大悬臂另一端设置有圆形导轨盘；焊枪，与圆形导轨盘可调距连接。本发明实现了对波纹板集装箱的自动焊接；在焊接过程中能够进行自主寻位，实现了集装箱的全位姿波纹板自动寻位焊接。

说明书

技术领域

本发明属于及自动焊接技术领域，具体涉及一种基于多感知融合的全位姿波纹板寻位系统及寻位方法。

背景技术

由于波纹板有较好的力学性能，目前集装箱生产领域需要大量的波纹板，而集装箱的生产几乎所有环节都需要焊接，而波纹板的焊接自动化水平低，故集装箱的生产变成了劳动密集型产业需要大量的焊接工人，且工作环境恶劣人力成本高，所以实现波纹板焊接自动化是亟需解决的问题。

此外，集装箱的体积一般都比较大，若对集装箱的焊接用工装夹具进行完全定位难度较大且成本较高，若对集装箱自由放置则波纹板焊缝就变成了全位姿波纹板焊接，就需要对波纹板的自动焊接进行自主寻位。

因此，急需一种能够实现对波纹板的自动焊接，且在焊接过程中可以进行自主寻位的全位姿波纹板寻位系统及寻位方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对波纹板的自动焊接，且在焊接过程中可以进行自主寻位的全位姿波纹板寻位系统及寻位方法。本发明采取了如下技术方案：

一种基于多感知融合的全位姿波纹板寻位系统，包括：

十字滑架，所述十字滑架的水平滑壁为空腔结构；

气缸，所述气缸设置于所述水平滑壁的空腔内；所述气缸的缸筒与所述水平滑壁内腔固定连接；

感知装置，所述感知装置包括触觉与涡流视觉多感知传感器、触觉视觉融合控制器；所述触觉视觉融合控制器与所述气缸的活塞固定连接；所述触觉与涡流视觉多感知传感器包括触觉感知器和涡流视觉感知器，所述触觉感知器通过自适应转动铰链与所述触觉视觉融合控制器连接；所述触觉感知器外侧套设有保护罩，所述保护罩一端与所述自适应转动铰链固定连接，另一端与所述涡流视觉感知器连接；

所述触觉感知器、所述涡流视觉感知器与所述触觉视觉融合控制器电连接；

滑套，所述滑套可滑动地套设于所述水平滑壁外；

大悬臂，所述大悬臂固定连接于所述滑套的下端；所述大悬臂另一端设置有圆形导轨盘；

焊枪，所述焊枪与所述圆形导轨盘可调距连接。

进一步地，所述触觉感知器包括2个接触感知探头，所述接触感知探头通过自适应转动铰链与所述触觉视觉融合控制器连接。

进一步地，所述自适应转动铰链通过微型伺服电机驱动所述接触感知探头调节感知角度；所述接触感知探头为球形，且可收缩至所述保护罩内；所述触觉视觉融合控制器根据定位需求控制所述接触感知探头的收缩；所述接触感知探头包括若干压电传感器，所述压电传感器以球面阵列形式均匀分布于所述接触感知探头的球形表面。

进一步地，所述涡流视觉感知器包括360个均匀分度圆形阵列设置的涡流测距仪；每个所述涡流测距仪均标定了位置信息。

进一步地，所述焊枪与所述圆形导轨盘之间设置有直线导轨，所述直线导轨一端与所述圆形导轨盘固定连接，另一端设置有小悬臂；所述小悬臂一端通过微型铰链与所述直线导轨连接，另一端与所述焊枪可伸缩连接。

一种使用上述任一项所述的全位姿波纹板寻位系统的寻位方法，包括以下步骤：

S10、焊接开始前，当触觉与涡流视觉多感知融合控制器收到需要自主寻位的指令时，控制微型伺服电机转动两个接触感知探头，使两个接触感知探头之间具有感知角度，最终感知角度为90°；气缸带动触觉与涡流视觉多感知传感器向工件方向移动，进行第一次寻位，当其中一个接触感知头触碰到全位姿波纹板的立板时，接触感触探头受压后，压电传感器内部极化，产生电流信号；所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器接收到电流信号后发出指令，急停执行机构两个方向的运动，此时已经找到波纹板一个板的位置；

S20、所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器进行指令判断，给未接触到工件的另一个触觉与涡流视觉多感知传感器中的涡流视觉感知器发送指令，涡流视觉感知器上面的360个圆形阵列涡流测距仪开始工作，获得得涡流视觉感知器与横板的距离数据h，将距离数据h发送给所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器，所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器发送指令给十字滑架中的伺服电机，所述伺服电机驱动十字滑架向下运动h，此时两个所述触觉与涡流视觉多感知传感器均触碰到波纹板两板的位置，且成90°角度，波纹板焊缝的空间位置确定；

S30、当两个接触感知探头寻找到焊缝空间位置后，两个接触探头的高电平信号发送给所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器，所述触觉与涡流视觉多感知融合控制器控制微型电机驱动自适应转动铰链；转动后，后接触工件的涡流视觉多感知传感器向先接触工件的涡流视觉多感知传感器方向转动45°，此时后接触工件的涡流视觉多感知传感器正对着焊缝；角度调整完成后，所述涡流视觉多感知融合控制器发生信号给涡流视觉感知器，所述涡流视觉感知器的均匀分度的360个圆形阵列涡流测距仪开始工作，获得360个距离数据；其中，360个涡流测距仪中的每一个涡流测距仪均标定了位置信息，通过标定的位置信息，对涡流测距仪所获得的360个距离信号标号为S

S40、将数据{S

进一步地，步骤S40中所述涡流视觉多感知融合控制器对数据处理方法包括以下步骤：

S41、圆形阵列设置的所述涡轮测距仪在空间中45°夹角对着波纹板焊缝,将360个阵列涡轮测距仪通过对称轴分为两部分，所述对称轴两边相位差值一致的测距仪所测到的距离相等，其中，在对称轴上两激光测距仪正好为正射焊缝的位置，正对焊缝的两条激光测距仪有一条采集到数据为最大值；

S42、为了提取最大值设为S

S43、根据360个测距仪均匀标度，可知与S

S44、标定激光测距仪m号在焊缝标记的点为p,标定激光测距仪(m±180)号在焊缝的标记点为p’，圆形阵列激光测距仪过圆心的一对测距仪之间的距离为d,两测距仪在焊缝上的标记点p,对着焊缝的两个激光测距仪与标记的p、p’构成平面m(m±180)pp’；

S45、计算涡流视觉多感知传感器调整到最佳焊接姿态所转动的角度和前进的距离；其中，测距仪m号与(m±180)号是在过圆心的一条直线上，标记此直线为m(m±180)，过点(m±180)在平面m(m±180)pp’做一条平行于线pp’的直线交直线mp，标记交点为m’；

点m(m±180)m’可构造为一直角三角形，边mm’＝S

S46、确定调整角度后涡流视觉多感知传感器与焊缝的姿态图，此时pp’＝d,pm为涡流视觉多感知传感器到焊缝中心的距离，pm等于p’(m±180)的长度,所述触觉与涡流视觉多感知融合控控制器运算出上述数据后，控制焊枪运动到焊缝位置。

本发明有益效果：

本发明提供了一种基于触觉与涡流视觉多感知融合的全位姿波纹板寻位系统及方法，实现了对波纹板集装箱的自动焊接；同时，在焊接过程中能够进行自主寻位，实现了集装箱的全位姿波纹板自动寻位焊接，提高了集装箱的焊接效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构及初始寻位三维示意图

图2本发明的整体结构及初始寻位二维示意图

图3为本发明二次寻位示意图

图4为压电传感器接触感应电路图

图5为数据提取后特征点激光与焊缝的几何关系图

图6为三次寻位后特征点激光与焊缝的几何关系图

其中，1、波纹板工件；2、接触感知探头；3、触觉感知器；4、涡流视觉感知器；5、气动控制阀；6、保护罩；7、自适应转动铰链；8、触觉视觉融合控制器；9、活塞；10、气缸；11、十字滑架；12、滑套；13、大悬臂；14、圆形导轨盘；15、滑块；16、直线导轨；17、微型铰链；18、焊枪；19、小悬臂。

具体实施方式

实施例1

一种基于多感知融合的全位姿波纹板寻位系统，包括：十字滑架11、气缸10、感知装置、触觉感知器3、滑套12、大悬臂13和焊枪18。

十字滑架11，十字滑架11包括水平滑壁和竖直滑壁，水平滑壁可沿竖直滑壁上下移动。其中，十字滑架11的水平滑壁为空腔结构；十字滑架中设置有驱动水平滑壁沿竖直滑壁上下运动伺服电机。

气缸10，气缸10设置于水平滑壁的空腔内；气缸10的缸筒与水平滑壁内腔固定连接；气缸10的活塞可沿水平滑壁的空腔伸出或收缩。

感知装置，感知装置包括触觉与涡流视觉多感知传感器、触觉视觉融合控制器8；触觉视觉融合控制器8与气缸10的活塞9固定连接；触觉与涡流视觉多感知传感器包括触觉感知器3和涡流视觉感知器4，触觉感知器3通过自适应转动铰链7与触觉视觉融合控制器8连接；触觉感知器3外侧套设有保护罩6，保护罩6一端与自适应转动铰链7固定连接，另一端与涡流视觉感知器4连接；触觉感知器3、涡流视觉感知器4与触觉视觉融合控制器8电连接。

其中，触觉感知器3包括2个接触感知探头2，接触感知探头2通过自适应转动铰链7与触觉视觉融合控制器8连接。接触感知探头2用于波纹板工件1的接触感知。

自适应转动铰链7通过微型伺服电机驱动接触感知探头2调节感知角度；接触感知探头2为球形，接触感知探头2通过气动杆自适应转动铰链7固定连接，接触感知探头2可收缩至保护罩6内；触觉视觉融合控制器8根据定位需求控制接触感知探头2的收缩；接触感知探头2包括若干压电传感器，压电传感器以球面阵列形式均匀分布于接触感知探头2的球形表面。

在其他实施例中，涡流视觉感知器4与保护套6之间设置有气动控制阀5，气动控制阀5与触觉视觉融合控制器8电连接，用于控制气动杆的伸缩以实现接触感知探头2的收缩。

涡流视觉感知器4包括360个均匀分度圆形阵列设置的涡流测距仪；每个涡流测距仪均标定了位置信息。

滑套12，滑套12可滑动地套设于水平滑壁外；在本实施例中，水平滑壁外侧设置有滑道，滑套12内设置有与滑道配合的滑槽。

大悬臂13，大悬臂13固定连接于滑套12的下端；大悬臂13另一端设置有圆形导轨盘14；焊枪18与圆形导轨盘14可调距连接。

在本实施例中，圆形导轨盘14远离大悬臂13的一端设置有滑块15，滑块15远离圆形导轨盘14圆心侧设置有直线导轨16；小悬臂19一端通过微型铰链17与直线导轨16可滑动连接，另一端与焊枪18固定连接；焊枪18固定连接在小悬臂19的底端。

在其他实施例中，小悬臂19可以为可伸缩结构，用于调整焊枪18与直选导轨16之间的相对距离。

本实施例中，涡流视觉感知器4选用电涡流位移传感器。

实施例2

一种使用实施例1全位姿波纹板寻位系统的寻位方法，包括以下步骤：

S10、焊接开始前，当触觉与涡流视觉多感知融合控制器收到需要自主寻位的指令时，控制微型伺服电机转动两个接触感知探头，使两个接触感知探头之间具有感知角度，最终感知角度为90°；气缸带动触觉与涡流视觉多感知传感器向工件方向移动，进行第一次寻位，当其中一个接触感知头触碰到全位姿波纹板的立板时，接触感触探头受压后，压电传感器内部极化，产生电流信号；接触探头与检测电路相连，检测电路如图3所示，检测电路由压电传感器、驱动电源、电位器、电阻、比较器组成。电位器给比较器的2脚提供一个较低的参考电平，接触感触探头受压后，压电传感器内部极化，所产生的输出电压与比参考电平高，比较器的输出(3管脚)为高电平，触觉与涡流视觉多感知融合控制器接收到电流信号后发出指令，急停执行机构两个方向的运动，此时已经找到波纹板一个板的位置；

S20、触觉与涡流视觉多感知融合控制器进行指令判断，给未接触到工件的另一个触觉与涡流视觉多感知传感器中的涡流视觉感知器发送指令，涡流视觉感知器气动打开，涡流视觉感知器上面的360个圆形阵列涡流测距仪开始工作，获得得涡流视觉感知器与横板的距离数据h，将距离数据h发送给触觉与涡流视觉多感知融合控制器，触觉与涡流视觉多感知融合控制器发送指令给十字滑架中的伺服电机，伺服电机驱动十字滑架向下运动h，此时两个触觉与涡流视觉多感知传感器均触碰到波纹板两板的位置，且成90°角度，波纹板焊缝的空间位置确定；

S30、当两个接触感知探头寻找到焊缝空间位置后，两个接触探头的高电平信号发送给触觉与涡流视觉多感知融合控制器，触觉与涡流视觉多感知融合控制器控制微型电机驱动自适应转动铰链；转动后，后接触工件的涡流视觉多感知传感器向先接触工件的涡流视觉多感知传感器方向转动45°，此时后接触工件的涡流视觉多感知传感器正对着焊缝；角度调整完成后，涡流视觉多感知融合控制器发生信号给涡流视觉感知器，涡流视觉感知器的均匀分度的360个圆形阵列涡流测距仪开始工作，获得360个距离数据；其中，360个涡流测距仪中的每一个涡流测距仪均标定了位置信息，通过标定的位置信息，对涡流测距仪所获得的360个距离信号标号为S

S40、将数据{S

S41、圆形阵列设置的涡轮测距仪在空间中45°夹角对着波纹板焊缝,将360个阵列涡轮测距仪通过对称轴分为两部分，对称轴两边相位差值一致的测距仪所测到的距离相等，其中，在对称轴上两激光测距仪正好为正射焊缝的位置，正对焊缝的两条激光测距仪有一条采集到数据为最大值；

S42、为了提取最大值设为S

S43、根据360个测距仪均匀标度，可知与S

S44、标定激光测距仪m号在焊缝标记的点为p,标定激光测距仪(m±180)号在焊缝的标记点为p’，圆形阵列激光测距仪过圆心的一对测距仪之间的距离为d,两测距仪在焊缝上的标记点p,对着焊缝的两个激光测距仪与标记的p、p’构成平面m(m±180)pp’；

S45、计算涡流视觉多感知传感器调整到最佳焊接姿态所转动的角度和前进的距离；其中，测距仪m号与(m±180)号是在过圆心的一条直线上，标记此直线为m(m±180)，过点(m±180)在平面m(m±180)pp’做一条平行于线pp’的直线交直线mp，标记交点为m’；

点m(m±180)m’可构造为一直角三角形，边mm’＝S

S46、确定调整角度后涡流视觉多感知传感器与焊缝的姿态图，此时pp’＝d,pm为涡流视觉多感知传感器到焊缝中心的距离，pm等于p’(m±180)的长度,触觉与涡流视觉多感知融合控控制器运算出上述数据后，控制焊枪运动到焊缝位置。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。