本发明属于核电检修，具体涉及一种基于水下局部干法的焊接维修机器人。
背景技术：
1、核电站水池多用于贮存或转运核燃料，乏燃料水池内壁为一层3～6mm不锈钢作为衬里，称为钢覆面。随着核电站发电周期的逐步增加，水池钢覆面长时间服役下，普遍性的出现点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力开裂等泄露失效情况。面向水池不锈钢覆面中常出现上述典型微缺陷，如不进行修复工作，任由缺陷扩展将会造成严重安全事故。常规方法为将燃料隔架转移至备用水池后，将当前水池排空，采用人工进行修复工作，需要专业技术人员实施服务费用高昂，每次进行维修工作耗时严重且人员受辐照风险较高。但随着服役年限的增加，各核电厂都面临着池满为患的问题，燃料的转移和水池的排空愈发困难。因此，在不进行水池排空等复杂操作下，采用机器人水下自动焊接维修不仅能够有效缩减维修实施周期，减小人为因素干扰确保修复质量，还可以大大降低维修成本。
2、目前国内核电站水下自动焊维修技术尚不成熟，针对核电水池的缺陷修复工作采用的是抽空待修区域的水后，人工对焊缝进行修补，大大增加了施工成本。经搜索相关专利，在水下石油管道、舰船维修领域存在许多焊接维修机器人，但大多只进行过浅水或干式试验，水下试验未得到有效验证，且石油化工及舰船领域水下焊接主要采用湿法或局部干法的熔化极焊接方法，该方法受其本身质量较差的影响，在核电领域不具备应用条件。同时，相关专利未考虑深水及放射性工作环境下的水下修复焊接，现有专利送丝机多位于水上，在30m深的水下区域进行焊接作业，送丝机距离导丝嘴过远，导致送丝过程的稳定性差，不具备核电水池钢覆面水下焊接维修能力。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术中人工修复受照剂量大、焊接机器移动定位精度差、焊接过程抗扰效果差等问题，提出一种基于水下局部干法的焊接维修机器人，采用一块同材质、等厚度的钢板覆盖在缺陷区域上，利用水下局部干式tig焊方法对补板四周进行密封焊，将水池与钢覆面的缺陷间形成有效隔离屏障，保证缺陷或失效处的焊缝无法泄露，从而满足设备部件继续服役的要求。
2、为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
3、一种基于水下局部干法的焊接维修机器人，包括运载机器人和头部组件，运载机器人包括观测模块、下压模块、本体模块、行走模块、吸附模块，行走模块安装在本体模块下侧，吸附模块分为两部分，一部分安装在本体模块底部四周的角上，另一部分安装在行走模块的底部，下压模块安装在本体模块的前部，观测模块安装在本体模块的最前方两侧，头部组件安装在下压模块的下部，排水罩部装固定在下压模块上，头部组件电子舱和本体电子舱固定在本体模块的挂架上；直线运动模组的一端固定在排水罩部装的侧壁上，直线运动模组的下部安装旋转模组，送丝机构、视觉模块和焊枪调整机构安装在旋转模组底部，底板固定在排水罩部装的底部，舱门机构、覆板送料机构、覆板下压机构和气路控制系统均安装在底板上。
4、行走模块通过水密电机驱动完成升降、旋转和直线运动进而实现行走。
5、吸附模块依靠两组吸盘交替工作实现爬行。
6、观测模块用于观察头部组件的位置。
7、通过下压模块施加向下的运动使头部组件贴紧待修复壁面。
8、旋转模组用于实现焊接机构的旋转运动。
9、送丝机构、视觉模块和焊枪调整机构三者位置相对固定。
10、覆板下压机构可以沿着覆板送料机构滑动，在舱门机构打开的条件下完成覆板的下压动作。
11、维修方法包括以下步骤：
12、s1、运载机器人和头部组件在陆上完成连接，底板与排水罩部装安装密封良好，关闭头部组件内的舱门机构，保持头部组件内部密封，向头部组件的内部充入气体保持内部存在一定压力，将运载机器人和头部组件一同放入水中下沉，随着水深增加，通入头部组件内部的气压增大，确保内部气压大于外部水压，防止水进入头部组件内部损坏设备；
13、s2、通过两组吸附模块交替吸附并配合行走模块完成整个机器人的移动，并且行走模块除了直线运动外还具有旋转运动功能，可以实现头部组件工作姿态的调整；依靠观测模块视觉观察头部组件位置，指导机器人爬行至工作区域，并矫正头部组件与焊缝间的相对位置，随后下压模块向下压使头部组件贴紧待焊接壁面；
14、s3、通过气路控制系统持续向排水罩部装的下部腔室充气，使头部组件内部的压力大于紧贴壁面区域的压力，打开舱门机构，继续充气直至排水罩部装内部的湿度满足焊接要求；
15、s4、当排水罩部装的内部环境满足焊接要求后，覆板送料机构将覆板输送至待焊接位置，覆板下压机构压紧覆板；焊枪调整机构使焊枪沿垂直方向移动接近覆板，视觉模块识别覆板的关键角点，依靠直线运动模组、旋转模组和焊枪调整机构将焊枪分别移动至角点位置实施点焊固定；随后焊枪在直线运动模组、旋转模组和焊枪调整机构的作用下沿焊接轨迹运动和旋转，送丝机构向焊接熔池区输送熔覆金属实现填丝焊接；
16、s5、完成焊接后，调整直线运动模组、旋转模组和焊枪调整机构，使焊枪回到原点，关闭舱门机构使排水罩部装内部再次密封，向排水罩部装的内部充入气体并提升运载机器人与头部组件，完成水下缺陷焊接维修。
17、运载机器人上的头部组件电子舱与本体电子舱进行防水密封。
18、本发明所取得的有益效果为：
19、通过本发明提出的运载机器人加头部组件的结构设计，确保移动定位、修复焊接相关功能在不同部件实现，减少系统控制设计难度。能够实现在较深的水深且存在放射性辐照环境下的焊接维修工作。水下局部干法的维修过程采用远程操控实现，人员受辐照剂量更小，机器自动焊接质量更稳定。
20、采用水上与水下双系统的架构，水上控制单元执行复杂运算任务，水下控制单元完成机器人的运动控制。其中水下控制系统完成远程遥控操作、水下全姿态运动控制、避免爬行运动控制、视觉辅助定位爬行等功能。该架构不仅能缩小机器人尺寸还能保证水下运动控制的实时性。
21、运载机器人采用浮游运动和贴壁爬行两种运动方式，在不同壁面间切换或跨越障碍物时，采用灵活性更好的浮游运动，在对原点坐标和缺陷坐标进行较为精确的定为时采用贴壁爬行，能够实现运动灵活性和定位准确性。爬行方式由两组吸盘交替步进式行走方式，采用该方式取代履带式或轮式行走方式，可以防止滑移和减小控制模型复杂度，实现高精度定位和姿态调整。
22、运载机器人携带头部组件下水过程，采用双层排水罩，下层排水罩内部充满硼酸水，上层排水罩为干式舱室。下水过程通入压缩空气，避免导气嘴、送丝管内进水，到位后排水罩内排干水分并充入热气烘干，防止焊枪、焊丝沾水影响焊接质量。在排水罩底部与堆芯底板接触后，向下层排水罩内部腔室通入压缩气体，内部硼酸水沿接触位置向外排出，使得下部排水罩与外部硼酸水形成动态密封，随后打开上部排水罩舱门，在排水罩整体形成稳定动态密封后，向罩体内通入高温气体，使腔室内部湿度降低，实现焊接作业所需要的干式环境。
23、本发明的下部排水罩的密封接触面位置安装柔性可压缩的密封材料，适应钢覆面表面的不平整度和凸起的焊缝，保证底部具有良好的接触密封条件，其中对于焊缝凸起位置，在排水罩下部靠中间位置设计安装耐高温、高适应性密封材料，密封材料在压缩过程中产生变形，适应焊缝凸起的变化，实现更好的密封效果。
24、本发明采用视觉引导方式完成焊缝识别及在线纠偏作业；先导入覆板的图纸轨迹，使用视觉识别的方式标定覆板特征点，将覆板的图纸轨迹转换为机械手的扫描轨迹，再通过视觉扫描覆板坡口，纠正图纸轨迹偏差，生成实际焊接轨迹；焊接过程中视觉系统实时识别焊缝实际位置，计算并反馈焊缝实际位置与焊接轨迹的偏差，机械手根据偏差值完成焊接在线纠偏作业，解决自动焊接和焊接精度的问题。
25、本发明中焊枪移动机构包括两直线轴移动和旋转移动模块，带动焊枪的多位向移动，实现各种位置的焊接操作，接入焊接avc模块和osc模块来自动调整焊接时焊枪的高度和左右摆动幅度，实现焊接电弧和焊缝成型的稳定性。
1.一种基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：包括运载机器人和头部组件，运载机器人包括观测模块、下压模块、本体模块、行走模块、吸附模块，行走模块安装在本体模块下侧，吸附模块分为两部分，一部分安装在本体模块底部四周的角上，另一部分安装在行走模块的底部，下压模块安装在本体模块的前部，观测模块安装在本体模块的最前方两侧，头部组件安装在下压模块的下部，排水罩部装固定在下压模块上，头部组件电子舱和本体电子舱固定在本体模块的挂架上；直线运动模组的一端固定在排水罩部装的侧壁上，直线运动模组的下部安装旋转模组，送丝机构、视觉模块和焊枪调整机构安装在旋转模组底部，底板固定在排水罩部装的底部，舱门机构、覆板送料机构、覆板下压机构和气路控制系统均安装在底板上。
2.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：行走模块通过水密电机驱动完成升降、旋转和直线运动进而实现行走。
3.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：吸附模块依靠两组吸盘交替工作实现爬行。
4.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：观测模块用于观察头部组件的位置。
5.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：通过下压模块施加向下的运动使头部组件贴紧待修复壁面。
6.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：旋转模组用于实现焊接机构的旋转运动。
7.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：送丝机构、视觉模块和焊枪调整机构三者位置相对固定。
8.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：覆板下压机构可以沿着覆板送料机构滑动，在舱门机构打开的条件下完成覆板的下压动作。
9.根据权利要求1所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：维修方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于水下局部干法的焊接维修机器人，其特征在于：运载机器人上的头部组件电子舱与本体电子舱进行防水密封。
