基于圖像識別的水下焊接機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及水下機器人領域，尤其涉及一種基于圖像識別的水下焊接機器人。
【背景技術】
[0002]機器人，英文名稱為Robot，是自動控制機器的簡稱。在當代工業(yè)中，機器人指的是能夠自動執(zhí)行任務的人造機器裝置，用于取代或協(xié)助人類工作，尤其在一些危險和對人體有傷害或人體無法長期定留的場所，例如，排爆機器人、水下機器人等。水下焊接是水下機器人的一個重要應用，采用水下機器人執(zhí)行水下焊接，解決了人們無法長期停留在水下執(zhí)行焊接的難題。
[0003]但是，現有的水下焊接機器人無法自動尋找到待焊接工件上的焊縫，需要人們在水面上進行遠程操控，具體為水下焊接機器人將水下圖像無線發(fā)送給水上計算機系統(tǒng)以顯示給操作人員，操作人員根據顯示結果操控水下機器人的焊接部件到達焊接位置，才能完成焊接操作。這種水下焊接方式需要不停地與水上設備和人員交互，浪費了人力和物力，自動化水平不高。
[0004]因此，需要一種新的水下焊接機器人，能夠在水下自行分析出焊接工件上的焊接縫隙，并進行焊接設備和焊接縫隙之間的位置比較，發(fā)出位置驅動信號控制焊接設備自動到達焊接位置進行焊接，避免出現大量的人機交互過程。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像識別的水下焊接機器人，改造現有的水下焊接機器人系統(tǒng)，使用高分辨率的圖像識別處理設備即時識別出焊接工件上的焊接縫隙位置，引入位置傳感器檢測到焊槍的具體位置，將兩個位置相比較以發(fā)出位置驅動信號，自動控制焊槍進行焊接，整個過程不需人為操作，極大地提高了水下焊接的效率。
[0006]根據本發(fā)明的一方面，提供了一種基于圖像識別的水下焊接機器人，所述水下焊接機器人包括焊槍驅動設備、高清圖像傳感器、圖像處理器和主控制器，所述高清圖像傳感器用于采集焊接工件的焊接圖像，所述圖像處理器與所述高清圖像傳感器連接，對所述焊接圖像執(zhí)行圖像識別處理以檢測所述焊接圖像中的焊縫位置，所述主控制器與所述焊槍驅動設備和所述圖像處理器分別連接，基于所述焊縫位置控制所述焊槍驅動設備以驅動水下焊槍到達所述焊縫位置。
[0007]更具體地，在所述基于圖像識別的水下焊接機器人中，還包括:水下焊槍，用于在所述焊接工件的焊縫位置上實行焊接操作；電力供應設備，用于為所述水下焊接機器人提供電力供應，所述電力供應設備包括弧焊電源，用于為所述水下焊槍提供焊接電力，所述電力供應設備還連接所述主控制器，以在所述主控制器的控制下對所述水下焊接機器人進行用電模式的切換，所述用電模式包括節(jié)電模式和正常用電模式；RS485串行通信接口，與所述主控制器和所述焊槍驅動設備分別連接，實現所述主控制器和所述焊槍驅動設備之間的RS485串行通信；無線通信接口，通過水下電纜與所述主控制器連接，用于與水上控制系統(tǒng)建立雙向的無線通信鏈路，以接收所述水上控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，并向所述水上控制系統(tǒng)發(fā)送焊槍位置失聯(lián)報警信號或焊縫位置失聯(lián)報警信號；位置傳感器，與所述水下焊槍連接，檢測并輸出相對于所述焊接工件的所述水下焊槍的當前位置；所述焊槍驅動設備設置在所述水下焊接機器人的手臂機構上，接收所述主控制器通過所述RS485串行通信接口轉發(fā)的定位信號，以根據所述定位信號驅動水下焊槍到達所述焊縫位置；所述高清圖像傳感器包括紫紅色濾光片和紅色濾光片，所述紫紅色濾光片和所述紅色濾光片依次放置在所述高清圖像傳感器的鏡頭上，用于在所述高清圖像傳感器采集焊接工件的焊接圖像時濾除電弧光，所述高清圖像傳感器的分辨率為1920X1080，所述高清圖像傳感器的鏡頭采用的是魚眼鏡頭；所述圖像處理器包括圖像預處理裝置、閾值確定裝置和焊縫識別裝置，所述圖像預處理裝置與所述高清圖像傳感器連接，用于對所述焊接圖像依次執(zhí)行自適應遞歸濾波、邊緣增強和灰度化處理，獲得灰度圖像，所述閾值確定裝置與所述圖像預處理裝置連接，逐一選擇0-255之間的每一個灰度值作為候選灰度值閾值，使用候選灰度值閾值將所述灰度圖像分割為目標灰度圖像和背景灰度圖像，并統(tǒng)計所述目標灰度圖像和所述背景灰度圖像之間的像素灰度值方差，取所述像素灰度值方差最大的候選灰度值閾值作為目標灰度值閾值，所述焊縫識別裝置與所述閾值確定裝置和所述圖像預處理裝置連接，基于所述目標灰度值閾值將所述灰度圖像分為目標灰度圖像和背景灰度圖像，識別出基于所述目標灰度值閾值分割到的目標灰度圖像中的焊縫，確定識別到的焊縫在所述焊接工件中的相對位置以作為焊縫位置輸出；所述主控制器為ARM9嵌入式處理器，與所述RS485串行通信接口、所述位置傳感器和所述焊縫識別裝置分別連接，基于所述焊縫位置和所述水下焊槍的當前位置確定所述水下焊槍的移動距離，并將所述水下焊槍的移動距離包括在定位信號中，將所述定位信號通過所述RS485串行通信接口輸出；其中，所述圖像預處理裝置、所述閾值確定裝置和所述焊縫識別裝置分別采用不同的FPGA芯片來實現；所述主控制器接收所述水下焊槍的當前位置失敗時，發(fā)出焊槍位置失聯(lián)報警信號，并在接收所述焊縫位置失敗時，發(fā)出焊縫位置失聯(lián)報警信號。
[0008]更具體地，在所述基于圖像識別的水下焊接機器人中，所述位置傳感器包括紅外線檢測儀，以用于檢測相對于所述焊接工件的所述水下焊槍的當前位置。
[0009]更具體地，在所述基于圖像識別的水下焊接機器人中，所述位置傳感器包括超聲波檢測儀，以用于檢測相對于所述焊接工件的所述水下焊槍的當前位置。
[0010]更具體地，在所述基于圖像識別的水下焊接機器人中，所述電力供應設備、所述高清圖像傳感器、所述圖像處理器和所述主控制器被集成在一塊集成電路板上，所述集成電路板具有封閉式外殼。
[0011 ] 更具體地，在所述基于圖像識別的水下焊接機器人中，所述水下焊槍設置在所述水下焊接機器人的手臂機構上，并與所述焊槍驅動設備連接。
【附圖說明】
[0012]以下將結合附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中:
[0013]圖1為根據本發(fā)明實施方案示出的基于圖像識別的水下焊接機器人的結構方框圖。
【具體實施方式】
[0014]下面將參照附圖對本發(fā)明的基于圖像識別的水下焊接機器人的實施方案進行詳細說明。
[0015]隨著大量的橋梁基建工程的啟動和海洋石油和天然氣工業(yè)的發(fā)展，水下作業(yè)的情況越來越多，由于水下環(huán)境的特殊性，操作人員已經不能像在陸地上一樣正常執(zhí)行工件焊接操作，而只能借助焊接工具替代自己下水焊接，其中，應用最普遍的設備是水下焊接機器人。
[0016]現有技術的水下焊接機器人具有焊槍驅動機構和工件圖像采集機構，能夠將焊接工件的實時工況發(fā)送到水面上的控制設備以供操作人員參考，操作人員也能通過通信工具實時對焊槍驅動機構的移動方式進行控制，以將焊槍驅動機構快速移動到焊接工件上的焊接縫隙上，啟動正常的水下焊接操作。
[0017]然而，現有技術中的這種水下焊接機器人仍屬于半自動工作模式，需要等待水上操作人員的指令，過多的人為操作影響了水下焊接的工作效率，也提高了水下焊接的人力成本和經濟效益。
[0018]本發(fā)明的基于圖像識別的水下焊接機器人，引入圖像識別技術確定焊接縫隙位置，引入位置傳感器確定焊槍位置，基于焊接縫隙位置和焊槍位置確定焊槍位移距離，實現水下焊接機器人的全自動化控制。
[0019]圖1為根據本發(fā)明實施方案示出的基于圖像識別的水下焊接機器人的結構方框圖，所述水下焊接機器人包括:水下焊槍1、焊槍驅動設備2、高清圖像傳感器3、圖像處理器
4、主控制器5、RS485串行通信接口 6、無線通信接口 7、位置傳感器8和電力供應設備9，所述主控制器5與所述水下焊槍1、所述焊槍驅動設備2、所述高清圖像傳感器3、所述圖像處理器4、所述RS485串行通信接口 6、所述無線通信接口 7、所述位置傳感器8和所述電力供應設備9分別連接，所述水下焊槍I與所述焊槍驅動設備2連接，所述高清圖像傳感器3與所述圖像處理器4連接。
[0020]其中，所述高清圖像傳感器3用于采集焊接工件的焊接圖像，所述圖像處理器4用于對所述焊接圖像執(zhí)行圖像識別處理以檢測所述焊接圖像中的焊縫位置，所述主控制器5用于基于所述焊縫位置控制所述焊槍驅動設備2以驅動水下焊槍I到達所述焊縫位置。
[0021]接著，繼續(xù)對本發(fā)明的基于圖像識別的水下焊接機器人的具體結構進行進一步的說明。
[0022]所述水下焊槍1，用于在所述焊接工件的焊縫位置上實行焊接操作；所述電力供應設備9，用于為所述水下焊接機器人提供電力供應，所述電力供應設備9包括弧焊電源，用于為所述水下焊槍I提供焊接電力，所述電力供應設備9還連接所述主控制器5，以在所述主控制器5的控制下對所述水下焊接機器人進行用電模式的切換，所述用電模式包括節(jié)電模式和正常用電模式。
[0023]所述RS485串行通信接口 6，與所述主控制器5和所述焊槍驅動設備2分別連接，實現所述主控制器5和所述焊槍驅動設備2之間的RS485串行通信；所述無線通信接口 7，通過水下電纜與所述主控制器5連接，用于與水上控制系統(tǒng)建立雙向的無線通信鏈路，以接收所述水上控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令，并向所述水上控制系統(tǒng)發(fā)送焊槍位置失聯(lián)報警信號或焊縫位置失聯(lián)報警信號。
[0024]所述位置傳感器8，與所述水下焊槍I連接，檢測并輸出相對于所述焊接工件的所述水下焊槍I的當前位置；所述焊槍驅動設備2設置在所述水下焊接機器人的手臂機構上，接收所述主控制器5通過所述RS485串行通信接口 6轉發(fā)的定位信號，以根據所述定位信號驅動水下焊槍I到達所述焊縫位置。
[0025]所述高清圖像傳感器3包括紫紅色濾光片和紅色濾