可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线的运行方法技术

可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线及其运行方法，生产线包括工控机、自由移动平台、工业机器人、工业机器人控制柜、主控制柜、柔性工装架、换刀架、移动面板及油冷机，工业机器人、工业机器人控制柜、主控制柜、换刀架及油冷机安装在自由移动平台上，自由移动平台搭载工业机器人运动到预定工位，然后工业机器人搭载着末端执行器执行加工任务。本发明专利技术可实现高度智能化控制，作业空间大，定位精度高，产品加工质量高及稳定性好，能够完成铣削和钻孔这两种不同的加工任务。

Intelligent flexible production line for mobile robot automatic drilling and milling and its operation method

Intelligent flexible production line for automatic drilling and milling of mobile robots and its operation method. The production line includes industrial control computer, free moving platform, industrial robot, industrial robot control cabinet, main control cabinet, flexible tooling frame, tool changer, mobile panel and oil cooler, industrial robot, industrial robot control cabinet and main control. The cabinet, tool changer and oil cooler are installed on the free mobile platform. The free mobile platform carries the industrial robot to the predetermined workstation, and then the industrial robot carries out the processing task with the end effector. The invention can realize highly intelligent control, large working space, high positioning accuracy, high product processing quality and good stability, and can complete two different processing tasks of milling and drilling.

【技术实现步骤摘要】
可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线及其运行方法
本专利技术属于机械加工领域，具体涉及一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线及其运行方法。
技术介绍
随着中国航空航天事业的迅速发展，对航空航天制造技术提出了更高质量、更高效率、更高柔性，以及对小批量多品种生产特点更高适应性的新要求，传统的钻孔和铣削加工大多数是采用数控机床完成。数控机床的使用，一定程度上提高了钻孔、铣削的精度和质量、改善了装配环境、降低人工操作强度，提高了航空航天部件装配的效能，但也有其局限性，针对外形尺寸较大、刚性弱的大型结构件，机床设备必须以大型龙门结构、大尺寸立柱结构为床身平台，使得机床结构尺寸庞大、灵活性较差。如今，越来越多的航空航天企业逐渐采用机器人来进行钻孔和铣削，相比机床来说，机器人具有如结构简单、关节灵活、开敞性较好、便于与多功能末端执行器集成等优势。但对于大型结构件的钻铣加工，往往需要机器人在不同的站位进行作业，多个机器人固定在不同站位加工或是机器人沿着地轨变换站位加工都不能很好的解决大型结构件的加工难题，为了扩大机器人的加工范围，完成大型结构件的加工，提高产品加工效率，将机器人和AGV相结合成为当前航空航天领域的研究热点。就目前国内研究现状而言，有关机器人和AGV相结合的研究还很少，例如“一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线”（CN201511018129.6）中机器人是固定在临近加工台的位置处对产品进行加工，“一种机器人自动装配的智能化柔性生产线及其运行方法”（CN201510586767.1）中机器人是安装在地轨上，通过在地轨上移动来实现多站位工作，这两种工作方式都不能解决大型结构件加工问题，因此，为了解决大型结构件的加工难题以及提高产品加工效率，急需引进一种灵活高效的可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线及其运行方法，能够完成钻孔和铣削工作，机器人搭载在自由移动平台上实现多站位工作，有效提高机器人工作的灵活性，采用激光跟踪仪全闭环技术提高机器人定位精度，机器人进行铣削工作时搭载接触式测头进行铣削余量检测，通过在线检测到的余量信息修改NC程序从而提高铣削加工精度。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线，其特征在于，包括：工控机、工业机器人、末端执行器、自由移动平台、工业机器人控制柜、主控制柜、油冷机、换刀架、柔性工装架、移动面板和激光跟踪仪；工业机器人，安装在自由移动平台上，工业机器人搭载着末端执行器实现加工任务中的空间定位；末端执行器，安装在工业机器人法兰盘处，包括工位转换模块、前后进给模块、基准检测模块、法向检测模块、压力脚压紧模块、锪窝深度检测模块和铣削余量检测模块，前后进给模块和工位转换模块上安装有绝对式光栅尺进行位置全闭环控制；自由移动平台，底部安装有视觉装置，通过识别条带状路标，搭载着工业机器人移动到预定加工区域，打开自由移动平台四个支脚，通过支撑起整个自由移动平台来保证加工过程中的稳定性；工业机器人控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人建立连接，控制工业机器人的运动，并与工控机建立通讯连接；主控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人、末端执行器、油冷机、打刀缸分别建立连接，控制末端执行器、油冷机和工业机器人的运行，并与工控机建立通信连接；油冷机，安装在自由移动平台上，实现对电主轴的冷却、润滑作用；换刀架，安装在自由移动平台上，实现换刀工作，设有控制单元和执行机构，其控制单元与主控制柜通信连接；柔性工装架，安装在自由移动平台的一侧，用于对待加工产品进行夹紧和定位；移动面板，放置在主控制柜的侧面，用于调试过程中控制末端执行器动作；激光跟踪仪，集成在主控制柜中，激光跟踪仪实时采集工业机器人的当前位姿并反馈给主控制柜进行在线补偿。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述自由移动平台可以全向移动，并通过视觉装置进行精准定位。所述视觉装置包括智能相机，以地面上铺设的条带状路标作为路径标识，运用计算机视觉快速识别路径，自由移动平台通过实时识别涂设在路面上的二维码实现运动状态控制。此外，还提出了一种上述智能化柔性生产线的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用激光跟踪仪建立现场坐标系，对工业机器人进行标定，现场坐标系包括世界坐标系、基坐标系、工具坐标系、工装坐标系、产品坐标系；步骤二、导入产品数模文档，提取产品数模加工特征信息并进行加工任务规划，通过加工任务仿真和后处理生成NC加工程序；步骤三、对生产线的各部件进行自检，包括自由移动平台通信状态、气源气阀状态、电主轴状态、打刀缸状态、激光跟踪仪状态，若自检结果正常，则进行下一步，若自检结果存在错误，执行故障排除步骤；步骤四、将待加工产品安装到柔性工装架上，对产品进行夹紧和定位，自由移动平台在条带上移动，通过识别二维码中存储的轨迹及位置信息带动工业机器人移动到加工站位，打开自由移动平台的四个支脚，通过判断四个支脚的压力值大小来实现下降到位；步骤五、将生成的NC加工程序导入工控机中执行，完成加工任务；步骤六、完成当前站位加工作业后，机器人回到初始状态，关闭自由移动平台的四个支脚，将机器人移动到待命区域。所述步骤二包括：通过CAA开发工具，对产品数模文档进行加工孔或加工面特征的自动识别与特征信息提取，生成加工对象，进而根据产品数模提供的属性及参数信息创建工艺数模；读取保存在产品数模文档中的工艺数模，根据工艺数模完成加工任务规划，包括机器人路径规划、机器人姿态规划、机器人轨迹规划、末端执行器动作规划；按既定系统的NC代码规范，读取加工任务规划结果，并自动编译为可供DELMIA二次开发任务仿真模块及上位机系统读取的NC加工代码；DELMIA二次开发任务仿真模块读取NC加工程序并自动建立机器人仿真任务，分析加工任务中产生的干涉碰撞，生成自动避障轨迹，调整结构树上的避让点，以保证加工轨迹能避开障碍物；对加工任务进行后置处理，通过后置处理算法转换坐标系和加工轨迹的补偿，并将最后转换后的NC加工代码输入给主控制柜。所述步骤五中，加工任务包括钻孔任务和铣削任务。钻孔任务包括：A1、利用末端执行器的基准检测模块对工件进行基准检测，建立待加工产品的理论坐标系和实际坐标系之间的联系，依据该联系修正NC加工程序中的待加工孔位数据；A2、将工业机器人按照步骤A1修正后的待加工孔位数据进行定位，利用末端执行器上的法向检测模块，使加工刀具轴线垂直于产品的待加工孔位；A3、控制末端执行器将压力脚推出压住工件，工位转换模块带动电主轴运动到钻孔工位，然后前后进给模块动作进行钻孔、锪窝，完成一次制孔；A4、将工位转换模块移动至锪窝检测工位对该孔进行锪窝检测；A5、转换加工位置，重复循环步骤A3至A4，直到完成产品上所有位置的加工；在该循环过程中，如需换刀，工业机器人移动到换刀架的换刀位，打刀缸动作，先放置刀具到换刀位，然后末端执行器移动到指定加工刀具工位，打刀缸动作进行拉刀，当检测到拉刀反馈信号时通知工业机器人移动到加工站位，完成一次换刀工作，并从步骤A3进入循环。铣削任务包括：B1、末端执行器搭载接触式测头，碰触待加工工件边缘点，根据测量点的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线，其特征在于，包括：工控机、工业机器人、末端执行器、自由移动平台、工业机器人控制柜、主控制柜、油冷机、换刀架、柔性工装架、移动面板和激光跟踪仪；工业机器人，安装在自由移动平台上，工业机器人搭载着末端执行器实现加工任务中的空间定位；末端执行器，安装在工业机器人法兰盘处，包括工位转换模块、前后进给模块、基准检测模块、法向检测模块、压力脚压紧模块、锪窝深度检测模块和铣削余量检测模块，前后进给模块和工位转换模块上安装有绝对式光栅尺进行位置全闭环控制；自由移动平台，底部安装有视觉装置，通过识别条带状路标，搭载着工业机器人移动到预定加工区域，打开自由移动平台四个支脚，通过支撑起整个自由移动平台来保证加工过程中的稳定性；工业机器人控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人建立连接，控制工业机器人的运动，并与工控机建立通讯连接；主控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人、末端执行器、油冷机、打刀缸分别建立连接，控制末端执行器、油冷机和工业机器人的运行，并与工控机建立通信连接；油冷机，安装在自由移动平台上，实现对电主轴的冷却、润滑作用；换刀架，安装在自由移动平台上，实现换刀工作，设有控制单元和执行机构，其控制单元与主控制柜通信连接；柔性工装架，安装在自由移动平台的一侧，用于对待加工产品进行夹紧和定位；移动面板，放置在主控制柜的侧面，用于调试过程中控制末端执行器动作；激光跟踪仪，集成在主控制柜中，激光跟踪仪实时采集工业机器人的当前位姿并反馈给主控制柜进行在线补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线，其特征在于，包括：工控机、工业机器人、末端执行器、自由移动平台、工业机器人控制柜、主控制柜、油冷机、换刀架、柔性工装架、移动面板和激光跟踪仪；工业机器人，安装在自由移动平台上，工业机器人搭载着末端执行器实现加工任务中的空间定位；末端执行器，安装在工业机器人法兰盘处，包括工位转换模块、前后进给模块、基准检测模块、法向检测模块、压力脚压紧模块、锪窝深度检测模块和铣削余量检测模块，前后进给模块和工位转换模块上安装有绝对式光栅尺进行位置全闭环控制；自由移动平台，底部安装有视觉装置，通过识别条带状路标，搭载着工业机器人移动到预定加工区域，打开自由移动平台四个支脚，通过支撑起整个自由移动平台来保证加工过程中的稳定性；工业机器人控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人建立连接，控制工业机器人的运动，并与工控机建立通讯连接；主控制柜，安装在自由移动平台上，与工业机器人、末端执行器、油冷机、打刀缸分别建立连接，控制末端执行器、油冷机和工业机器人的运行，并与工控机建立通信连接；油冷机，安装在自由移动平台上，实现对电主轴的冷却、润滑作用；换刀架，安装在自由移动平台上，实现换刀工作，设有控制单元和执行机构，其控制单元与主控制柜通信连接；柔性工装架，安装在自由移动平台的一侧，用于对待加工产品进行夹紧和定位；移动面板，放置在主控制柜的侧面，用于调试过程中控制末端执行器动作；激光跟踪仪，集成在主控制柜中，激光跟踪仪实时采集工业机器人的当前位姿并反馈给主控制柜进行在线补偿。2.如权利要求1所述的一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线，其特征在于：所述自由移动平台可以全向移动，并通过视觉装置进行精准定位。3.如权利要求2所述的一种可移动机器人自动钻铣的智能化柔性生产线，其特征在于：所述视觉装置包括智能相机，以地面上铺设的条带状路标作为路径标识，运用计算机视觉快速识别路径，自由移动平台通过实时识别涂设在路面上的二维码实现运动状态控制。4.一种如权利要求1或2或3所述的智能化柔性生产线的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用激光跟踪仪建立现场坐标系，对工业机器人进行标定，现场坐标系包括世界坐标系、基坐标系、工具坐标系、工装坐标系、产品坐标系；步骤二、导入产品数模文档，提取产品数模加工特征信息并进行加工任务规划，通过加工任务仿真和后处理生成NC加工程序；步骤三、对生产线的各部件进行自检，包括自由移动平台通信状态、气源气阀状态、电主轴状态、打刀缸状态、激光跟踪仪状态，若自检结果正常，则进行下一步，若自检结果存在错误，执行故障排除步骤；步骤四、将待加工产品安装到柔性工装架上，对产品进行夹紧和定位，自由移动平台在条带上移动，通过识别二维码中存储的轨迹及位置信息带动工业机器人移动到加工站位，打开自由移动平台的四个支脚，通过判断四个支脚的压力值大小来实现下降到位；步骤五、将生成的NC加工程序导入工控机中执行，完成加工任务；步骤六、完成当前站位加工作业后，机器人回到初始状态，关闭自由移动平台的四个支脚，将机器人移动到待命区域。5.如权利要求4所述的智能化柔性生产线的运行方法，其特征在于：所述步骤二包括：通过CAA开发工具，对产品数模文档进行加工孔或加工面特征的自动识别与特征信息提取，生成加工对象，进而根据产品数模提供的属性及参数信息创建工艺数模；读取保存在产品数模文档中的工艺数模，根据工艺数模完成加工任务规划，包括机器人路径规划、机器...

【专利技术属性】
技术研发人员：田威，刘思明，廖文和，薛达，张霖，郑法颖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32