[发明专利]基于图像识别的水下焊接机器人

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人领域，尤其涉及一种基于图像识别的水下焊接机器人。

背景技术

机器人，英文名称为Robot，是自动控制机器的简称。在当代工业中，机器人指的是能够自动执行任务的人造机器装置，用于取代或协助人类工作，尤其在一些危险和对人体有伤害或人体无法长期定留的场所，例如，排爆机器人、水下机器人等。水下焊接是水下机器人的一个重要应用，采用水下机器人执行水下焊接，解决了人们无法长期停留在水下执行焊接的难题。

但是，现有的水下焊接机器人无法自动寻找到待焊接工件上的焊缝，需要人们在水面上进行远程操控，具体为水下焊接机器人将水下图像无线发送给水上计算机系统以显示给操作人员，操作人员根据显示结果操控水下机器人的焊接部件到达焊接位置，才能完成焊接操作。这种水下焊接方式需要不停地与水上设备和人员交互，浪费了人力和物力，自动化水平不高。

因此，需要一种新的水下焊接机器人，能够在水下自行分析出焊接工件上的焊接缝隙，并进行焊接设备和焊接缝隙之间的位置比较，发出位置驱动信号控制焊接设备自动到达焊接位置进行焊接，避免出现大量的人机交互过程。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于图像识别的水下焊接机器人，改造现有的水下焊接机器人系统，使用高分辨率的图像识别处理设备即时识别出焊接工件上的焊接缝隙位置，引入位置传感器检测到焊枪的具体位置，将两个位置相比较以发出位置驱动信号，自动控制焊枪进行焊接，整个过程不需人为操作，极大地提高了水下焊接的效率。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像识别的水下焊接机器人，所述水下焊接机器人包括焊枪驱动设备、高清图像传感器、图像处理器和主控制器，所述高清图像传感器用于采集焊接工件的焊接图像，所述图像处理器与所述高清图像传感器连接，对所述焊接图像执行图像识别处理以检测所述焊接图像中的焊缝位置，所述主控制器与所述焊枪驱动设备和所述图像处理器分别连接，基于所述焊缝位置控制所述焊枪驱动设备以驱动水下焊枪到达所述焊缝位置。

更具体地，在所述基于图像识别的水下焊接机器人中，还包括：水下焊枪，用于在所述焊接工件的焊缝位置上实行焊接操作；电力供应设备，用于为所述水下焊接机器人提供电力供应，所述电力供应设备包括弧焊电源，用于为所述水下焊枪提供焊接电力，所述电力供应设备还连接所述主控制器，以在所述主控制器的控制下对所述水下焊接机器人进行用电模式的切换，所述用电模式包括节电模式和正常用电模式；RS485串行通信接口，与所述主控制器和所述焊枪驱动设备分别连接，实现所述主控制器和所述焊枪驱动设备之间的RS485串行通信；无线通信接口，通过水下电缆与所述主控制器连接，用于与水上控制系统建立双向的无线通信链路，以接收所述水上控制系统发送的控制指令，并向所述水上控制系统发送焊枪位置失联报警信号或焊缝位置失联报警信号；位置传感器，与所述水下焊枪连接，检测并输出相对于所述焊接工件的所述水下焊枪的当前位置；所述焊枪驱动设备设置在所述水下焊接机器人的手臂机构上，接收所述主控制器通过所述RS485串行通信接口转发的定位信号，以根据所述定位信号驱动水下焊枪到达所述焊缝位置；所述高清图像传感器包括紫红色滤光片和红色滤光片，所述紫红色滤光片和所述红色滤光片依次放置在所述高清图像传感器的镜头上，用于在所述高清图像传感器采集焊接工件的焊接图像时滤除电弧光，所述高清图像传感器的分辨率为1920×1080，所述高清图像传感器的镜头采用的是鱼眼镜头；所述图像处理器包括图像预处理装置、阈值确定装置和焊缝识别装置，所述图像预处理装置与所述高清图像传感器连接，用于对所述焊接图像依次执行自适应递归滤波、边缘增强和灰度化处理，获得灰度图像，所述阈值确定装置与所述图像预处理装置连接，逐一选择0-255之间的每一个灰度值作为候选灰度值阈值，使用候选灰度值阈值将所述灰度图像分割为目标灰度图像和背景灰度图像，并统计所述目标灰度图像和所述背景灰度图像之间的像素灰度值方差，取所述像素灰度值方差最大的候选灰度值阈值作为目标灰度值阈值，所述焊缝识别装置与所述阈值确定装置和所述图像预处理装置连接，基于所述目标灰度值阈值将所述灰度图像分为目标灰度图像和背景灰度图像，识别出基于所述目标灰度值阈值分割到的目标灰度图像中的焊缝，确定识别到的焊缝在所述焊接工件中的相对位置以作为焊缝位置输出；所述主控制器为ARM9嵌入式处理器，与所述RS485串行通信接口、所述位置传感器和所述焊缝识别装置分别连接，基于所述焊缝位置和所述水下焊枪的当前位置确定所述水下焊枪的移动距离，并将所述水下焊枪的移动距离包括在定位信号中，将所述定位信号通过所述RS485串行通信接口输出；其中，所述图像预处理装置、所述阈值确定装置和所述焊缝识别装置分别采用不同的FPGA芯片来实现；所述主控制器接收所述水下焊枪的当前位置失败时，发出焊枪位置失联报警信号，并在接收所述焊缝位置失败时，发出焊缝位置失联报警信号。