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切割机器人及切割方法

来源:本站 时间:2021-02-18 10:26:02 浏览:136

随着科技的不断进步,机器人技术得到了迅速发展,作为机器人技术的重要分支,切割机器人被广泛应用于工业切割领域,极大地提高了工业生产水平。

切割机器人主要以水切割机器人和激光切割机器人为主,而在气割领域,切割机器人仍然需要工作人员以手动控制的方式运行,依靠切割人员的经验完成切割任务,切割精度较差,切割效率较低,同时,现有的气割机器人结构复杂,对于难以移动的大型结构器件,无法通过切割机器人完成切割操作,只能以人工切割的方式进行,适用范围有限。

发明内容

本发明实施例提供了一种切割机器人及切割方法,以通过切割机器人完成气割操作。

第一方面,本发明实施例提供了一种切割机器人,包括:切割执行模块、移动控制模块和机器人本体;所述切割执行模块和所述移动控制模块均位于所述机器人本体的上方;

所述切割执行模块包括切割喷嘴、夹持单元、调节阀门和角度调节单元;

所述切割喷嘴,用于通过气体燃烧产生的高温火焰执行切割操作;

所述夹持单元,用于夹持所述切割喷嘴;

所述调节阀门,用于调节所述切割喷嘴中的气体流量;

所述角度调节单元,用于调节所述切割喷嘴的切割角度;

所述移动控制模块,分别连接所述机器人本体和所述切割执行模块,用于控制所述切割执行模块的移动;

所述机器人本体,用于承载所述移动控制模块和所述切割执行模块,并在待切割物体上移动。

所述移动控制模块包括横向控制模块、纵向控制模块和高度控制模块;

所述横向控制模块,用于控制所述切割执行模块沿水平方向移动;所述水平方向为所述机器人本体的上端面的中心点指向右侧边沿中心点的方向;

所述纵向控制模块,用于控制所述切割执行模块沿竖直方向移动;所述竖直方向为所述机器人本体的上端面的中心点指向前侧边沿中心点的方向;

所述高度控制模块,用于控制所述切割执行模块沿垂直方向移动;所述垂直方向为垂直于水平方向和竖直方向,并竖直向上的方向。

所述移动控制模块包括滚珠丝杠。

所述机器人本体包括车架、履带轮和动力模块;

所述履带轮,位于所述车架两侧,用于带动所述车架移动;

所述动力模块,位于所述车架内部,用于为所述履带轮提供动力;

所述车架,用于承载所述履带轮和所述动力模块。

所述机器人本体还包括吸附模块;

所述吸附模块,位于所述车架的后端,用于将所述机器人本体固定于所述待切割物体的表面。

所述待切割物体为导磁材料;所述吸附模块包括磁力吸附模块。

所述机器人本体还包括陀螺仪和/或边沿检测传感器;

所述陀螺仪,位于所述车架内部,用于检测所述机器人本体的姿态信息;

所述边沿检测传感器,位于所述车架的前端和后端,用于检测所述待切割物体的边沿。

第二方面,本发明实施例提供了一种切割方法,包括:

当获取到目标切割任务时,解析所述目标切割任务,以获取任务信息;其中,所述任务信息包括目标位置点、目标切割点、目标切割角度和目标切割轨迹;

控制所述机器人本体移动至所述目标位置点,并根据陀螺仪记录的姿态信息,调整所述机器人本体的姿态;

通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至所述目标切割点,并通过角度调节单元调整所述切割喷嘴至所述目标切割角度;

通过所述移动控制模块,控制所述切割喷嘴沿所述目标切割轨迹执行切割操作。

第三方面,本发明实施例提供了一种切割装置,包括:

切割任务解析模块,用于当获取到目标切割任务时,解析所述目标切割任务,以获取任务信息;其中,所述任务信息包括目标位置点、目标切割点、目标切割角度和目标切割轨迹;

位置及姿态控制模块,用于控制所述机器人本体移动至所述目标位置点,并根据陀螺仪记录的姿态信息,调整所述机器人本体的姿态;

切割喷嘴控制模块,用于通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至所述目标切割点,并通过角度调节单元调整所述切割喷嘴至所述目标切割角度;

切割操作执行模块,用于通过所述移动控制模块,控制所述切割喷嘴沿所述目标切割轨迹执行切割操作。

第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的切割方法。

本发明实施例提供的技术方案,通过移动控制模块对切割喷嘴的位置控制,调节阀门对气体流量的调节,以及角度调节单元对切割喷嘴的切割角度的控制,实现了机器化的气割操作,极大地提高了切割效率和切割精度,同时,机器人本体具备在待切割物体表面移动的能力,对于难以移动的大型结构器件,仍然具有极好的切割处理能力,扩大了切割机器人的适用范围。

附图说明

图1A是本发明实施例一提供的一种切割机器人的结构框图;

图1B是本发明实施例一提供的移动方向示意图;

图1C是本发明实施例一提供的一种切割机器人的机器人本体的结构框图;

图1D是本发明实施例一提供的一种切割机器人的履带轮的结构框图;

图2是本发明实施例二提供的一种切割方法的流程图;

图3是本发明实施例三提供的一种切割装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1A为本发明实施例一提供的一种切割机器人的结构框图,该切割机器人包括:切割执行模块11、移动控制模块12和机器人本体13;所述切割执行模块11和所述移动控制模块12均位于所述机器人本体13的上方;

所述切割执行模块11包括切割喷嘴111、夹持单元112、调节阀门113和角度调节单元114;

所述切割喷嘴111,用于通过气体燃烧产生的高温火焰执行切割操作;切割喷嘴111连接混合气管和纯氧气管,混合气管中包括可燃气体(例如,乙炔)和氧气,利用可燃气体同氧气混合燃烧所产生的高温火焰将金属材料的待切割物体熔化,再通过纯氧气管喷射的纯氧气,使熔化的金属迅速氧化燃烧生成氧化物熔渣,并被气流吹散,以此形成切口;特别的,可燃气体还可以包括石油气、天然气或煤气,在本发明实施例中,对可燃气体的类型不作具体限定。

夹持单元112,用于夹持所述切割喷嘴111;调节阀门113,用于调节所述切割喷嘴111中的气体流量;调节阀门113可以调节混合气管中混合气体的流量,也可以调节纯氧气管中氧气的流量;角度调节单元114,用于调节所述切割喷嘴111的切割角度。

所述移动控制模块12,分别连接所述切割执行模块11和所述机器人本体13,用于控制所述切割执行模块11的移动;切割执行模块11在执行切割任务时,需要移动至不同的切割起点,还需要从切割起点处执行不同方向的切割操作,因此,移动控制模块12为切割执行模块11提供了不同方向的拖动力。

可选的,在本发明实施例中,所述移动控制模块12包括横向控制模块、纵向控制模块和高度控制模块;所述横向控制模块,用于控制所述切割执行模块11沿水平方向移动;所述水平方向为所述机器人本体13的上端面的中心点指向右侧边沿中心点的方向;所述纵向控制模块,用于控制所述切割执行模块11沿竖直方向移动;所述竖直方向为所述机器人本体13的上端面的中心点指向前侧边沿中心点的方向;所述高度控制模块,用于控制所述切割执行模块11沿垂直方向移动;所述垂直方向为垂直于水平方向和竖直方向,并竖直向上的方向。如图1B所示,机器人本体13的上端面为正方形,水平方向对应机器人本体13的左右方向,竖直方向对应机器人本体13的前后方向,也即机器人本体13的运动方向,垂直方向垂直于机器人本体13的上端面并竖直向上。

可选的,在本发明实施例中,所述移动控制模块12包括滚珠丝杠;滚珠丝杠是将旋转运动转换成线性运动的传动装置,具有高精度、可逆性、高效率以及摩擦阻力小等特点,在本发明实施例中,利用滚珠丝杠中滚珠回转运动产生的动能拖动切割执行模块11沿直线方向运动;滚珠丝杠可以包括螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器和防尘器等部件,在本发明实施例中,可选的,对滚珠丝杠的组成部件不作具体限定。

所述机器人本体13,用于承载所述移动控制模块12和所述切割执行模块11,并在待切割物体上移动;具体的,如图1C所示,所述机器人本体13包括车架131、履带轮132和动力模块133;所述履带轮132,位于所述车架131两侧,用于带动所述车架131移动;如图1D所示,履带轮132包括轮毂1321,以及包裹轮毂1321的第一转动链条1322、第二转动链条1323和连接链条1324,其中,连接链条1324分别连接第一转动链条1322和第二转动链条1323;履带轮132与车架131活动连接,使得切割机器人在非平面的待切割物体上行走时,履带轮132可以自由的相对车架131进行姿态调整,以此来适应待切割物体表面,提高履带轮132与待切割物体表面的贴合度,降低了切割机器人发生打滑或者从待切割物体掉落的概率;所述动力模块133,位于所述车架131内部,用于为所述履带轮132提供动力;所述车架131,用于承载所述履带轮132和所述动力模块133。

可选的,在发明实施例中,所述机器人本体13还包括吸附模块和用于驱动吸附模块升降的升降机构;所述吸附模块,位于所述车架的后端,用于将所述机器人本体13固定于所述待切割物体的表面;当执行吸附操作时,升降机构带动吸附模块垂直向下运动,并通过车架131上的贯穿孔,穿过车架131,靠近待切割物体的表面;当结束吸附操作时,升降机构带动吸附模块垂直向上运动,并通过车架131上的贯穿孔,穿过车架131,远离待切割物体的表面。切割喷嘴111在执行切割操作时,需要保证机器人本体13的稳定,防止出现滑动,导致切割轨迹偏离,因此,在机器人本体13的后端安装吸附模块(例如,吸盘),在切割喷嘴111执行切割操作的同时,吸附模块吸附于待切割物体上,以保持机器人本体13的稳定;特别的,如果所述待切割物体为导磁材料,那么所述吸附模块包括磁力吸附模块。

可选的,在本发明实施例中,所述机器人本体13还包括陀螺仪和/或边沿检测传感器;所述陀螺仪,位于所述车架131内部,用于检测所述机器人本体13的姿态信息;所述边沿检测传感器,位于所述车架的前端和后端,用于检测所述待切割物体的边沿;机器人本体13在运动过程中,或放置于待切割物体表面时,姿态信息可能会发生偏移,因此,通过机器人本体13内部安装的陀螺仪(例如,九轴陀螺仪)实时获取机器人本体13的姿态信息变化,在切割喷嘴111执行切割操作前,调整机器人本体13的姿态,保证姿态稳定;同时,在机器人本体13的前后两端分别安装边沿检测传感器,可以避免切割机器人在待切割物体表面移动时,离开待切割物体,造成切割机器人掉落。

本发明实施例提供的技术方案,通过移动控制模块对切割喷嘴的位置控制,调节阀门对气体流量的调节,以及角度调节单元对切割喷嘴的切割角度的控制,实现了机器化的气割操作,极大地提高了切割效率和切割精度,同时,机器人本体具备在待切割物体表面移动的能力,对于难以移动的大型结构器件,仍然具有极好的切割处理能力,扩大了切割机器人的适用范围。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种切割方法的流程图,本实施例可适用于通过实施例一种的切割机器人执行切割操作,该方法可以由本发明实施例三中的切割装置来执行,该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现,并集成在切割机器人中,该方法具体包括如下步骤:

S210、当获取到目标切割任务时,解析所述目标切割任务,以获取任务信息;其中,所述任务信息包括目标位置点、目标切割点、目标切割角度和目标切割轨迹。

目标位置点是切割机器人的机器人本体需要到达的位置,通过控制机器人本体的下端面的中心点到达目标位置点,实现对机器人本体的移动控制操作;目标切割点是切割喷嘴需要到达的位置,也是切割轨迹的起始点;目标切割角度是切割喷嘴相对于待切割物体表面的倾斜角度;目标切割轨迹,也即切割喷嘴实际的切割线路。

S220、控制所述机器人本体移动至所述目标位置点,并根据陀螺仪记录的姿态信息,调整所述机器人本体的姿态。

切割机器人在移动过程中,姿态信息可能会发生了改变,因此,在切割机器人到达目标位置点后,需要根据陀螺仪记录的姿态信息调整机器人本体的姿态。

S230、通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至所述目标切割点,并通过角度调节单元调整所述切割喷嘴至所述目标切割角度。

S240、通过所述移动控制模块,控制所述切割喷嘴沿所述目标切割轨迹执行切割操作。

本发明实施例提供的技术方案,根据解析目标切割任务获取的任务信息,并通过控制机器人本体移动至目标位置点,通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至目标切割点,通过角度调节单元调整切割喷嘴至目标切割角度,以及通过移动控制模块控制切割喷嘴沿目标切割轨迹切割,实现了机器化的切割操作,极大地提高了切割效率和切割精度。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种切割装置的结构框图,该装置具体包括:切割任务解析模块310、位置及姿态控制模块320、切割喷嘴控制模块330和内切割操作执行模块340。

切割任务解析模块310,用于当获取到目标切割任务时,解析所述目标切割任务,以获取任务信息;其中,所述任务信息包括目标位置点、目标切割点、目标切割角度和目标切割轨迹;

位置及姿态控制模块320,用于控制所述机器人本体移动至所述目标位置点,并根据陀螺仪记录的姿态信息,调整所述机器人本体的姿态;

切割喷嘴控制模块330,用于通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至所述目标切割点,并通过角度调节单元调整所述切割喷嘴至所述目标切割角度;

切割操作执行模块340,用于通过所述移动控制模块,控制所述切割喷嘴沿所述目标切割轨迹执行切割操作。

本发明实施例提供的技术方案,根据解析目标切割任务获取的任务信息,并通过控制机器人本体移动至目标位置点,通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至目标切割点,通过角度调节单元调整切割喷嘴至目标切割角度,以及通过移动控制模块控制切割喷嘴沿目标切割轨迹切割,实现了机器化的气割操作,极大地提高了切割效率和切割精度。

上述装置可执行本发明任意实施例所提供的切割方法,具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本发明任意实施例提供的方法。

实施例四

本发明实施例四还提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如本发明任意实施例所述的切割方法,具体包括:

当获取到目标切割任务时,解析所述目标切割任务,以获取任务信息;其中,所述任务信息包括目标位置点、目标切割点、目标切割角度和目标切割轨迹;

控制所述机器人本体移动至所述目标位置点,并根据陀螺仪记录的姿态信息,调整所述机器人本体的姿态;

通过移动控制模块控制切割喷嘴移动至所述目标切割点,并通过角度调节单元调整所述切割喷嘴至所述目标切割角度;

通过所述移动控制模块,控制所述切割喷嘴沿所述目标切割轨迹执行切割操作。

本发明实施例的计算机存储介质,可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中,计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质,该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质,该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中,远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机,或者,可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。