[发明专利]基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统及方法

权利要求书

1.基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统，其特征在于，所述系统包括：焊接机器人、焊缝位置检测传感器系统、控制柜和基于FPGA的远程操作控制器；所述

焊接机器人，用于夹持焊枪及搭载传感器系统，并驱动焊枪在X、Y和Z三维方向的运动；

焊缝位置检测传感器系统，将所述Z方向的位置信号、折线激光图像和焊接场景视频发送给远程操作控制器；

远程操作控制器，设置焊接参数值，显示远程焊接场景视频，计算出焊枪在Y方向和Z方向所需要运动的距离，并向控制柜发送脉冲和方向信号，对焊枪在Y方向和Z方向的位置进行自动调节；

控制柜，用于控制步进电机的转动，进而调节焊枪在Y方向和Z方向的位置。

2.根据权利要求1所述的所述的基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统，其特征在于：所述焊缝位置检测传感器系统包括激光测距传感器、线阵激光器和CCD相机；

所述激光测距传感器，用于检测焊接时焊枪和焊缝在Z方向的位置信息，并将焊枪和焊缝的Z方向的位置信息通过串口发送到远程操作控制器；

线阵激光器，用于将线状激光束投射到焊缝坡口上，并使激光线垂直于焊缝，形成带有拐角的折线激光图形；

CCD相机，镜头处安装有带通滤光器，用于拍摄折线激光焊缝图像和焊接场景视频，并将图像和视频发送到远程操作控制器。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统，其特征在于：所述的焊接机器人包括车体、机器人X方向直流电机、焊枪夹具、固定板、Z方向滑台、Z方向步进电机、Y方向滑台和Y方向步进电机。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统，其特征在于：所述的控制柜包括无刷直流电机驱动器、至少两台步进电机驱动器和24V直流供电电源。

5.根据权利要求1所述的基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接系统，其特征在于：所述的远程操作控制器包括激光测距信号采集模块、图像采集模块、图像预处理模块、焊缝中心点提取模块、采样插补模块、视频编码模块和显示屏接口模块；

所述激光测距信号采集模块，采集激光测距传感器的输出的信号值，并将该信号值转换为焊枪与焊缝在Z方向的距离值；

图像采集模块，用于采集CCD相机所拍摄的图像和视频；

图像预处理模块，用于对拍摄的图像进行分段线性变换、中值滤波、二值化和Hough变化；

焊缝中心点提取模块，用于提取焊缝中心点的位置坐标，并得到焊枪与焊缝在Y方向的距离值；

采样插补模块，用于进行Y方向和Z方向的插补；

视频编码模块，用于将处理后的图像形成视频流；

显示屏接口模块，用于将所述视频流显示到远程操作控制器的显示屏上。

6.基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接方法，其特征在于，所述方法包括：

测量焊枪端部与焊缝在Z方向上的距离，激光测距传感器发出的激光遇到焊缝后反射，测距传感器记录发射和接收到反射激光的时间差；

远程操作控制器中的激光测距信号采集模块对激光测距传感器的信号进行采集，并经过测距信号数据处理模块转化为焊枪端部与焊缝在Z方向上的实际距离值，将该距离值和焊接前设定的Z方向基准距离作比较，通过定时采样插补算法，计算出焊枪在Z方向需要运动的距离和方向；

发送脉冲和方向信号，并根据所述信号调节焊枪在Z方向的位置。

或

拍摄激光和焊缝坡口图像，对所述图像进行预处理；通过预处理的图像提取激光线的拐点，得到焊缝中心点位置，并计算焊枪与焊缝在Y方向的距离；

将该距离值和焊接前设定的焊枪与焊缝在Y方向的基准距离作比较，通过定时采样插补算法，计算出焊枪在Y方向需要运动的距离和方向；

并向控制柜发送脉冲和方向信号，调节焊枪在Y方向的位置；进行焊缝跟踪，实现自主焊接。

7.根据权利要求6所述的基于FPGA的远程监控移动式机器人自主焊接方法，其特征在于，在实现自主焊接的同时，远程操作控制器将预处理后的图像，经过视频编码，显示到图像显示屏上。