一种主轴修复机器人控制系统及控制方法与流程

本发明属于，特别涉及一种主轴修复机器人控制系统及控制方法。

背景技术：

1、盾构机主轴在长时间作业后密封圈位置会出现磨损现象，需要对主轴进行修复；由于盾构机常年在地下工作，且其主轴体积较大，无法拆卸修复，现有修复方式是由操作人员趴在刀盘后侧狭小间隙内对主轴磨损处先进行焊接增材，填平磨损凹槽，然后在通过角磨机/抛光机进行打磨抛光；操作人员工作环境恶劣，且受限于操作空间，修复效率低下，通常修复作业时间在30～45天左右，严重延误施工工期。

2、cn111300194a公开了一种控制管道打磨机器人的系统及方法，由于盾构机结构特殊管道打磨机器人无法在盾构机上使用，另外由于盾构机主轴修复需要先焊接再打磨，作业难度较大。 cn112288707a公开了一种基于特征点识别的机器人焊缝打磨算法，该方法通过分段扫描得到焊缝打磨场景的点云模型，再对焊缝信息进行识别，该方法较为复杂，并且不能运用在环形部件的焊接上。

3、为此针对盾构机的主轴焊接以及打磨作业亟需一种主轴修复机器人控制系统。

技术实现思路

1、本发明为解决现有打磨机器人和打磨机器人的焊接以及打磨方法无法完成盾构机主轴的焊接打磨需要的问题，提出了一种主轴修复机器人控制系统及控制方法，设置能够在盾构机上圆周移动的爬壁机器人，用于焊接的焊接机械臂和用于打磨的打磨装置，设置焊缝检测组件还原焊缝的形状、深度，结合图像信息对主轴以及在主轴上的焊缝进行建模，从而精确规划爬壁机器人运动轨迹以及控制焊接机械臂进行焊接，打磨装置进行打磨，达到精确、高效的作业效果。

2、为了实现上述目的，本发明的第一方面提出了一种主轴修复机器人控制系统，包括爬壁机器人、打磨装置和焊接机械臂，所述爬壁机器人与打磨装置和焊接机械臂可拆卸连接，爬壁机器人包括车架和分设在车架下部的永磁体车轮，所述永磁体车轮设置有伺服驱动系统，所述车架上设置有姿态检测模块，所述焊接机械臂包括焊枪和多轴机械臂，所述多轴机械臂一端连接所述车架，另一端连接所述焊枪，所述打磨装置包括安装架和角磨机，所述角磨机通过安装架与车架连接，还包括焊缝检测组件，所述焊缝检测组件上固定设置有3d激光相机a，焊缝检测组件包括固定板、多个探针和多个弹簧，所述固定板横向设置、且与车架可拆卸连接，固定板上连续开设有多个阶梯圆柱状通孔，多个所述阶梯圆柱状通孔呈一字型排布、且大径端位于固定板下端，小径端位于固定板上端，阶梯圆柱状通孔内滑动设置探针，所述探针的底部套设弹簧，且与弹簧固定，所述弹簧设置于阶梯圆柱状通孔的大径端内，且受阶梯圆柱状通孔的大径端限位；

3、所述安装架上设置有3d激光相机b，安装架上还设置有负压吸附装置。

4、进一步地，所述伺服驱动系统、姿态检测模块、多轴机械臂、焊枪、角磨机和负压吸附装置连接有控制器，所述控制器、3d激光相机a和3d激光相机b均连接有通信模块，控制器、3d激光相机a和3d激光相机b通过通信模块连接有上位机。

5、设置3d激光相机a和3d激光相机b来获取主轴及焊缝的参数，通过通信模块实现数据的传输，上位机通过通信模块对控制器发出控制指令，从而实现自动化程度较高的主轴修复作业。

6、进一步地，分设于所述车架两侧的两个永磁体车轮均连接有伺服驱动系统，所述伺服驱动系统包括驱动器、伺服电机和行星减速器，所述伺服电机的输出轴通过行星减速器连接永磁体车轮；

7、前后分列的两个永磁体车轮之间设置有履带，前后分列的两个永磁体车轮通过履带传动连接；

8、所述驱动器与控制器通信连接，伺服电机通过驱动器连接电源。

9、设置伺服控制系统便于对车速进行控制，前后分列的两个永磁体车轮之间通过履带传动，运行平稳。左右分列且呈对角线分布的两个永磁体车轮连接有伺服驱动系统，控制器可以分别调控伺服驱动系统，从而达到差速纠偏的效果。

10、进一步地，所述打磨装置还包括伺服升降系统，所述伺服升降系统包括气缸、第一连接板、旋转电机和第二连接板，所述气缸的输出端固定连接第一连接板，所述第一连接板呈z字型结构，第一连接板的下段平面与旋转电机固定，所述旋转电机的输出轴固定连接第二连接板，所述第二连接板连接有固定板，所述固定板为l字型框架结构，固定板的水平端上斜设所述角磨机，所述角磨机上端设置壳体，所述壳体与固定板固定，壳体上端开设通孔，对应所述通孔位置设置负压吸附装置。

11、由于焊接后的焊缝高低不平，因此通过伺服升降系统调整角磨机的高度，使角磨机在作业时与打磨位置接触。在打磨时会出现打磨掉的细屑，为了便于清理设置负压吸附装置在打磨作业时对细屑进行吸附、清理，确保主轴干净。

12、进一步地，所述负压吸附装置包括管道和负压风机，所述管道与所述壳体固定，所述负压风机与控制器电性连接。

13、负压吸附装置结构简单，负压风机由控制器控制实现随打磨作业自动启停。

14、进一步地，所述第二连接板的外侧壁固定设置有激光测距仪，所述激光测距仪的输出端与控制器的输入端电性连接；

15、所述控制器分别电性连接气缸和旋转电机。

16、设置激光测距仪对角磨机到打磨表面的距离进行检测，确保角磨机能够接触打磨表面，并且得到角磨机打磨的深度，确保打磨表面平滑。

17、本申发明的第二方面提出一种主轴修复机器人控制系统的控制方法，包括：

18、步骤1：对焊缝进行喷砂除锈处理，并清理处理后的残渣使主轴缺陷内表面形成磨砂面；

19、步骤2：将多轴机械臂与车架安装，将车架放置在主轴上，永磁体车轮吸附在主轴上，通过上位机设置车架的移动速度；

20、步骤3：焊缝检测组件移动中接触到焊缝后受力变形，多个探针组成焊缝的形状，在车架移动过程中3d激光相机a对焊缝检测组件及主轴和焊缝分段拍照，并将图片信息通过通信模块传输至上位机；

21、步骤4：上位机通过图片信息进行建模，并在建立的模型上标注焊缝位置坐标；

22、通过图片信息得到焊缝的深度、宽度和焊缝体积，上位机基于焊缝建模规划焊接机器人机械臂的运行轨迹及运行速度；

23、上位机发出控制指令，控制器控制焊枪工作对焊缝进行焊接；

24、步骤5：拆除多轴机械臂将车架前后两端安装上打磨装置，将车架放置在主轴上，永磁体车轮吸附在主轴上，通过上位机设置车架的移动速度；

25、步骤6：车架移动，通过两个3d激光相机b对两个焊缝检测组件进行分段拍照，3d激光相机b将图像信息通过通信模块上传到上位机；

26、步骤7：上位机通过其中一个焊缝检测组的图片信息进行建模，得到焊接后的焊缝信息，上位机对打磨头的左右移动轨迹进行规划；

27、上位机通过另一个焊缝检测组的图片信息进建模得到打磨位置信息，确定打磨头是否正常工作；

28、步骤8：焊缝打磨作业中，上位机发出控制指令，控制器控制负压吸附装置工作，对打磨下的料渣进行处理；

29、焊缝打磨作业完成将车架从主轴上取下。

30、进一步地，所述车架移动包括纠偏控制：

31、姿态检测模块对车架的姿态进行检测，控制器接收姿态检测模块检测参数，控制器控制伺服驱动系统通过双轮差速进行车架纠偏。

32、在焊接和打磨过程中，车架需要前后移动，因此需要对车架进行纠偏控制，使车架位置与焊缝所在位置相匹配。作业时通过姿态检测模块检测信息结合3d激光相机a或3d激光相机b传输的图像信息，控制器通过伺服驱动系统进行纠偏。使车架能够平稳的带动打磨装置和焊接机械臂在焊缝位置作业，

33、进一步地，所述焊缝打磨作业还包括：

34、激光测距仪检测角磨机到作业表面的距离，激光测距仪将检测参数传输至控制器，所述控制器通过调整气缸使角磨机作用于作业表面。

35、通过上述技术方案，本发明的有益效果为：

36、1.本发明能够对焊缝的形状、深度、宽度进行精确的检测，焊接作业时3d激光相机a连续拍摄主轴，得到焊缝所在位置，在移动时焊缝检测组件到达焊缝位置，由于焊缝位置有凹口，因此探针进入凹口，多个探针一字型排布，在多个探针间就显现出焊缝的形状、深度，3d激光相机a在拍摄中对探针进行拍摄，因此可以得知焊缝形状、深度、宽度和位置。同理在焊缝打磨时，3d激光相机b分别拍摄主轴得到焊缝所在位置，通过焊缝检测组件得到要打磨面的形状、高度以及宽度。

37、2. 本发明能够对打磨后的细屑进行清理，确保主轴修复作业能够高效整洁的完成。

38、3.本发明的一种主轴修复机器人控制系统的控制方法，在车架移动过程中通过3d激光相机a对焊缝检测组件及主轴和焊缝分段拍照，并将图片信息通过通信模块传输至上位机；从而上位机通过图片信息进行建模，并在建立的模型上标注焊缝位置坐标；

39、通过图片信息得到焊缝的深度、宽度和焊缝体积，上位机基于焊缝建模规划焊接机器人机械臂的运行轨迹及运行速度；实现精确的自动焊接。

40、在打磨作业中，通过两个3d激光相机b对两个焊缝检测组件进行分段拍照，3d激光相机b将图像信息通过通信模块上传到上位机，上位机通过其中一个焊缝检测组的图片信息进行建模，得到焊接后的焊缝信息，上位机对打磨头的左右移动轨迹进行规划；

41、上位机通过另一个焊缝检测组的图片信息进建模得到打磨位置信息，确定打磨头是否正常工作；实现精确的打磨作业。从而实现盾构机主轴的修复。