本發(fā)明涉及人形機器人焊接，具體涉及一種基于雙機械臂協(xié)同的人形焊接機器人裝置及方法。

背景技術：

1、隨著高端制造業(yè)的快速發(fā)展，焊接技術已成為航空航天、新能源汽車、船舶建造等領域的核心工藝之一。然而，傳統(tǒng)焊接自動化設備多采用單一機械臂結構或固定式激光焊接系統(tǒng)，難以滿足大型復雜工件(如航天器結構件、汽車電池箱體等)的高精度、高效率焊接需求。特別是在變軌跡焊接、異種材料連接等復雜工況下，現(xiàn)有的單機械臂系統(tǒng)存在焊接路徑受限、工藝柔性不足等問題，嚴重制約了產品質量和生產效率的提升。

2、當前，少數(shù)應用于精密制造領域的雙機械臂焊接系統(tǒng)雖然具備一定的協(xié)同作業(yè)能力，但仍面臨關鍵技術瓶頸。一方面，機械臂協(xié)同運動控制精度不足，導致焊接軌跡偏差難以補償；另一方面，激光焊接的光路調節(jié)多為固定式結構，無法動態(tài)適應復雜曲面的焊接需求，限制了其在多模式焊接(如同步、異步焊接)中的應用。此外，傳統(tǒng)設備的移動靈活性較差，難以滿足大型工件的位姿調整要求，進一步降低了生產線的柔性化水平。

3、在大型結構件的焊接過程中，工件往往固定不動，焊接設備需要具備高機動性以適應不同工位的作業(yè)需求。目前，部分移動式焊接平臺采用軌道或agv驅動，但其定位精度低、靈活性差，難以實現(xiàn)與機械臂的協(xié)同精準控制。此外，現(xiàn)有移動焊接系統(tǒng)多采用單機械臂結構，在復雜軌跡焊接時易產生路徑干涉或效率瓶頸，無法滿足高效率、大范圍焊接的工業(yè)需求。

4、激光對中技術作為高精度焊接的關鍵環(huán)節(jié)，在焊縫跟蹤和補償調節(jié)中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)有激光對中系統(tǒng)多依賴離線標定或靜態(tài)補償，難以適應動態(tài)焊接過程中的實時偏差修正需求。尤其在雙機械臂協(xié)同焊接場景下，激光束的精準對中與能量分配成為決定焊接質量的核心因素。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的：針對現(xiàn)有單機械臂焊接機器人難以滿足復雜焊接軌跡同步作業(yè)需求，以及傳統(tǒng)移動式焊接平臺定位精度低、協(xié)同控制能力不足的局限性，本發(fā)明提供了一種基于雙機械臂協(xié)同的人形焊接機器人裝置及方法，通過在移動底盤和軀干模塊分別集成高精度激光跟蹤定位系統(tǒng)與雙機械臂協(xié)同控制模塊，實現(xiàn)整體焊接過程的自主化、智能化以及雙機械臂在同步焊接模式下的高精度軌跡匹配，同時結合激光對中系統(tǒng)的實時焊縫監(jiān)測與姿態(tài)校準，提升大型結構件焊接的效率、質量與適應性。

2、技術方案如下：

3、所述一種基于雙機械臂協(xié)同的人形焊接機器人裝置及方法，其特征在于：包括手臂模塊、頭部模塊、軀干模塊、激光對中裝置、移動模塊、控制系統(tǒng)和保護氣體裝置；

4、所述手臂模塊包括第一旋轉關節(jié)、第二旋轉關節(jié)、第三旋轉關節(jié)、伺服電機、光束傳輸后臂、光束集成前臂光纖；所述第一旋轉關節(jié)用于滿足手臂上下轉動；所述第二旋轉關節(jié)用于滿足手臂的左右擺動；所述第三旋轉關節(jié)用于滿足手臂的前后移動；所述伺服電機用于提供手臂旋轉和擺動的動力；所述光束傳輸后壁用于安裝傳輸激光能量的光纖，傳輸光束能量；所述光束集成前臂安裝光束集成裝置，用于將光纖傳輸?shù)募す馐涍^發(fā)散、準直和聚焦等過程匯聚到加工試樣樣品表面；所述光纖安裝于光束集成前臂和光束傳輸后臂內部，向軀干模塊延伸至激光器；

5、所述頭部模塊包括3d相機和紅外傳感器；所述3d相機用于獲取焊接區(qū)域的實時三維點云數(shù)據(jù)，為焊縫跟蹤、工件定位和缺陷檢測提供高精度空間信息；所述紅外傳感器用于實現(xiàn)溫度場的監(jiān)測，為焊槍路徑規(guī)劃和工藝參數(shù)動態(tài)調整提供高精度反饋；

6、所述軀干模塊包括第四旋轉關節(jié)、電源、激光器和冷卻系統(tǒng)；所述第四旋轉關節(jié)能夠實現(xiàn)機器人軀干的前后旋轉運動；所述電源用于提供激光器、伺服電機和傳感器等部件動力；所述激光器用于產生小功率的激光；所述冷卻系統(tǒng)用于冷卻激光器，防止設備過熱而損壞；

7、所述激光對中裝置包括激光發(fā)射單元、光束集成裝置、高速攝像機；所述激光發(fā)射單元安裝在前臂末端，與關節(jié)形成一個特定的角度；所述光束集成裝置包括準直鏡、偏轉鏡，聚焦鏡，通過光束準直、偏轉和聚焦將光束集成到加工表面；所述高速攝像機用于捕捉單側焊槍焊接的實時焊接狀況并檢測焊接位置信息，通過線路傳輸至控制系統(tǒng)；

8、所述移動模塊包括底盤、底部支撐、側壁、軀干連接體、連接軸、伺服電機、移動輪軸、旋轉輪軸、前全向輪組和后全向輪組；所述底盤用于集成所有運動部件，承載軀干、頭部以及手臂等模塊；所述底部支撐為軀干提供一個基礎穩(wěn)定性；所述側壁用于安裝軀干連接體并起到保護作用；所述連接軸用于連接側壁和軀體連接體，承受扭轉力；所述伺服電機用于傳輸車輪前后和旋轉的動力；所述移動輪軸用于實現(xiàn)機器人的前后移動；所述前全向輪組和后全向輪組均為主動輪，用于承載機器人和實現(xiàn)機器人的各向移動；所述輪轂用于連接軸和滾子；所述滾子安裝在輪轂的周圍，兩個輪轂并列安裝并錯開一定角度；所述法蘭用于連接軸和輪轂；

9、所述控制系統(tǒng)位于軀干模塊上半部分，主要用于焊接路徑規(guī)劃、參數(shù)設置和實時監(jiān)控；通過視覺反饋和傳感器數(shù)據(jù)，實時調整焊接參數(shù)；實現(xiàn)雙側手臂的協(xié)同控制，完成同步或異步焊接任務；

10、所述保護氣體裝置包括保護氣噴嘴、氣體輸送管、輸送管安裝架、氣瓶；所述保護氣噴嘴連接氣體輸送管，用于噴出保護氣至工件表面；所述氣體輸送管用于傳送保護氣；所述輸送管安裝架用于固定氣體輸送管的位置；所述氣瓶用于提供焊接所用的保護氣；

11、所述裝置工作時，首先開啟人形焊接機器人電源系統(tǒng)，檢測各個模塊狀態(tài)，檢測完畢無異常后，控制系統(tǒng)控制移動模塊移動機器人至焊接區(qū)域；隨后焊接機器人頭部模塊對整個焊接工況進行掃描識別并向控制系統(tǒng)回傳信息，控制系統(tǒng)進行焊接路徑規(guī)劃和焊接參數(shù)預設。起焊時控制系統(tǒng)基于焊縫跟蹤系統(tǒng)的激光視覺對中調整雙機械臂位姿，確保兩束激光焦點在焊縫中心精確重疊；在雙機械臂雙光束對側焊接過程中，機械臂上的高速攝像機和視覺傳感器對焊接位置和熔池實時精確捕捉，基于視覺或傳感器信息獲取待焊接接頭的空間位置，控制兩個激光發(fā)射單元沿不同路徑移動至對稱或設定位置，當檢測到光束有偏差時立刻向控制系統(tǒng)反饋，控制系統(tǒng)通過計算進一步控制伺服電機調整機械臂位姿和速度，實現(xiàn)對光束偏差的補償并繼續(xù)焊接直至完成整體路徑焊接。焊接完畢后關閉各個保障裝置，控制系統(tǒng)控制伺服電機和移動系統(tǒng)使機器人手臂和位置恢復為初始位置。

12、所述手臂模塊包括第一旋轉關節(jié)、第二旋轉關節(jié)、第三旋轉關節(jié)、伺服電機、光束傳輸后臂和光束集成前臂；所述第一旋轉關節(jié)用于滿足手臂上下轉動；所述第二旋轉關節(jié)用于滿足手臂的左右擺動；所述第三旋轉關節(jié)用于滿足手臂的前后移動；所述伺服電機用于提供手臂旋轉和擺動的動力；所述光束傳輸后壁用于安裝傳輸激光能量的光纖，傳輸光束能量；所述光束集成前臂安裝光束集成裝置，用于將光纖傳輸?shù)募す馐涍^發(fā)散、準直和聚焦等過程匯聚到加工試樣樣品表。

13、所述激光對中裝置包括激光發(fā)射單元、光束集成裝置、高速攝像機、視覺傳感器；所述激光發(fā)射單元安裝在前臂末端，與關節(jié)形成一個特定的角度，激光發(fā)射單元包括準直鏡、聚焦鏡組以及溫控模塊；所述光束集成裝置用于將光束集成到加工表面；所述高速攝像機用于捕捉單側焊槍焊接的實時焊接狀況并檢測焊接位置信息，通過線路傳輸至控制系統(tǒng)：所述視覺傳感器用于獲取焊接接頭的空間位置信息。

14、所述控制系統(tǒng)包括激光對中算法模塊，該模塊根據(jù)焊縫空間坐標實時計算兩個機械臂末端的對中路徑；所述激光發(fā)射單元包括準直鏡、聚焦鏡組以及溫控模塊，用于保證雙束激光能量分布的一致性；所述兩個激光發(fā)射單元分別處于前后或左右對稱布置，且通過激光會聚區(qū)域實現(xiàn)高精度的雙束重合。

15、一種基于雙機械臂協(xié)同的人形焊接機器人裝置及方法，其特征包括以下步驟：

16、步驟1：開啟電源，自檢各模塊(ipg光纖激光器、視覺傳感器、保護氣含量等)狀態(tài)，檢測無異常后，控制系統(tǒng)操縱人形焊接機器人自主移動至待焊位置；

17、步驟2：焊接機器人頭部模塊對焊接工況和焊接材料掃描識別，并根據(jù)焊接參數(shù)庫及工件材質(如高強鋼、鋁合金等)、厚度等預設焊接參數(shù)(激光功率、保護氣流量等)和焊接路徑；

18、步驟3：控制系統(tǒng)控制手臂模塊調整雙機械臂焊接機器人焊接初始姿態(tài)，調整完畢后提前開啟保護氣和冷卻裝置，隨后開始起焊；

19、步驟4：在雙機械臂雙光束對側焊接過程中，機械臂上的高速攝像機和視覺傳感器對焊接位置和熔池實時精確捕捉，當檢測到光束有偏差時立刻向控制系統(tǒng)反饋，控制系統(tǒng)通過計算進一步控制伺服電機調整機械臂位姿和速度，實現(xiàn)對光束偏差的補償并繼續(xù)焊接直至完成整體路徑焊接；

20、步驟5：焊接完畢，關閉各個保障裝置(激光器、保護氣裝置、水冷裝置)，控制系統(tǒng)控制人形焊接機器人機械臂恢復到初始姿態(tài)，同時控制移動系統(tǒng)使機器人回到初始位置并關閉電源。

21、本發(fā)明具有以下有益效果：

22、本裝置集成軟件控制、視覺檢測、移動裝置及雙機械臂手臂系統(tǒng)，實現(xiàn)了雙機械臂人形焊接機器人的智能化與自主化協(xié)同焊接。采用雙機械臂協(xié)同作業(yè)模式，結合高精度運動控制技術，實現(xiàn)復雜焊縫的高質量成形。配備雙激光束協(xié)同對中系統(tǒng)，實時監(jiān)測焊縫位置并動態(tài)調整焊接姿態(tài)，有效避免傳統(tǒng)焊接中因熱變形或定位誤差引起的偏焊和漏焊問題，顯著提升焊接精度。獨特的人形機器人結構配合可移動底盤設計，賦予裝置出色的靈活性與適應性，滿足大型復雜結構件的現(xiàn)場焊接需求。雙光束激光可智能切換同向強化與互補交替加熱模式，既保障焊接強度，又降低熱影響區(qū)問題，實現(xiàn)焊接變形的主動控制。通過協(xié)同控制算法保障作業(yè)安全性與可靠性，顯著減少人工干預，為高精度復雜結構的自動化焊接提供高效、可靠的解決方案。