一种取样管智能辅助装配系统技术方案

本发明专利技术公开了一种取样管智能辅助装配系统，包括系统执行单元，机器人离线编程系统、人机作业安全防护系统和综合集成控制单元。本发明专利技术实现了空间管件与法兰在焊接装配前的三维仿真位姿模拟、管件和法兰的空间位姿布放，待管件与法兰焊接完成后，取样管再次放置到柔性支撑系统上，视觉检测机器人系统对取样管实际外形尺寸与理论模型进行扫描比对，并根据现场环境中存在的易干涉物项进行干涉性模拟确认，实现了取样管制作从模拟装配可视化到指导实际装配焊接及装配精度和干涉性检查等闭环生产过程，提高了航天、船舶等行业空间尺寸取样管生产、试装的生产效率和智能化水平。试装的生产效率和智能化水平。试装的生产效率和智能化水平。

【技术实现步骤摘要】
一种取样管智能辅助装配系统


[0001]本专利技术涉及航天、船舶等取样管装配焊接生产领域，具体涉及一种取样管智能辅助装配系统。

技术介绍

[0002]工人在设备内部狭小拥挤空间中通过全站仪、关节臂管件测量系统等辅助设备获得取样管三维模型后，对取样管制造存在装配精度较低、试装效率低下等问题，主要表现在：1)管件与法兰装配的空间相对位置由简易管装配平台实现，装配效率低且装配精度无法保证；2)取样管在装配焊接完成后采用人工检查与理论模型尺寸的尺寸偏差，无法获得准确的取样管制造精度；3)取放管通过现场试装后人工肉眼确认是否与关键目标物项的干涉性，无法在电脑端模拟实现；4)取样管制造过程一般通过实际试装检查、整改、再次试装检查等迭代过程完成，试装耗时耗力且成本较高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种取样管智能辅助装配系统。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案为：一种取样管智能辅助装配系统，包括系统执行单元、机器人离线编程系统、人机作业安全防护系统和综合集成控制单元；
[0005]所述系统执行单元包括第一搬运机器人系统、第二搬运机器人系统、快换工装系统、三坐标门架系统、柔性支撑系统和高精度平台，用于执行基于三维仿真作业平台提取空间管件安装边界的相对坐标，通过建立的布放规则，生成末端定位坐标及其参数，自动生成机器人及外部轴的关节参数并运行到法兰待装配指定位置，指导人工完成管件和法兰的布放姿态调整；所述机器人离线编程系统包括视觉检测机器人系统，通过在机器人末端挂载视觉辅助测量系统，实现管件空间轨迹的离线跟踪和管件实际位姿偏差测量、干涉性检查功能；所述人机作业安全防护系统包括安全围栏、安全地毯、安全光栅和安全门，用于实现系统自动作业时的人员防护；所述综合集成控制单元包括三维仿真作业平台、显示大屏和控制系统，用于实现系统设备综合控制、三维仿真、机器人离线仿真功能集成。
[0006]本专利技术与现有技术相比，其显著效果为：
[0007](1)本专利技术的一种取样管智能辅助装配系统，第一搬运机器人系统和第二搬运机器人系统自动运行至法兰指定空间放置位姿，工人直接将法兰放置到法兰夹持工装的两个销孔内，实现不同规格法兰的法兰方向、法兰转角、法兰孔中心距等装配位姿布放；打印机自动输出打印管件对应的第一柔性支撑机构、第二柔性支撑机构和第三柔性支撑机构的坐标值标签，显示大屏自动显示取样管空间放置位姿，协助工人完成柔性支撑机构指定位置放置和取放管的空间布放，从而实现管件与法兰的精确装配；
[0008](2)本专利技术的一种取样管智能辅助装配系统，视觉检测机器人系统实现管件与法兰装配焊接完成后的实际位姿偏差测量、干涉性检查等，便于确认取样管是否符合预期精度和干涉性要求，从而获得产品制造精度并判断产品是否合格；
[0009](3)本专利技术的一种取样管智能辅助装配系统，三维仿真作业平台利用视觉检测机器人系统测量的取样管实际外形尺寸，可在虚拟环境中模拟检查与关键目标物项的干涉性；
[0010](4)取样管试装过程在虚拟环境中进行，不需要现场反复试装，提高了试装效率，降低了生产成本。
[0011]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
附图说明
[0012]图1为取样管智能辅助装配系统的三维结构示意图。
[0013]图2为取样管智能辅助装配系统的局部三维结构示意图。
[0014]图3为搬运机器人系统的三维结构示意图。
[0015]图4为法兰夹持工装的三维结构示意图。
[0016]图5为快换工装系统的三维结构示意图。
[0017]图6为柔性支撑系统的三维结构示意图。
[0018]图7为柔性支撑机构的三维结构示意图。
[0019]图8为视觉检测机器人系统的三维结构示意图。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]在本申请的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变。
[0022]结合图1和图2，一种取样管智能辅助装配系统包括系统执行单元69，机器人离线编程系统71、人机作业安全防护系统68和综合集成控制单元70，其中系统执行单元69包括第一搬运机器人系统15、第二搬运机器人系统19、快换工装系统67、三坐标门架系统66、柔性支撑系统17和高精度平台14，用于执行基于三维仿真作业平台24提取的空间管件安装边界的相对坐标，通过建立的布放规则，生成末端定位坐标及其参数，自动生成机器人及外部轴的关节参数并运行到法兰待装配指定位置，指导人工完成管件和法兰的布放姿态调整；机器人离线编程系统71包括三坐标门架66和视觉检测机器人系统16，通过在机器人末端挂载视觉辅助测量系统，实现管件空间轨迹的离线跟踪和管件实际位姿偏差测量、干涉性检查等功能；人机作业安全防护系统68包括安全围栏29、安全地毯26、安全光栅25和安全门27，实现系统自动作业时的人员防护；综合集成控制单元70包括三维仿真作业平台24、显示大屏18和控制系统23，实现系统设备综合控制、三维仿真、机器人离线仿真等功能集成。本专利技术实现了空间管件与法兰在焊接装配前的三维仿真位姿模拟、管件和法兰的空间位姿布放，待管件与法兰焊接完成后，取样管再次放置到柔性支撑系统17上，视觉检测机器人系统16对取样管实际外形尺寸与理论模型进行扫描比对，并根据现场环境中存在的易干涉物项进行干涉性模拟确认，实现了取样管制作从模拟装配可视化到指导实际装配焊接及装配精
度和干涉性检查等闭环生产过程，提高了航天、船舶等行业空间尺寸取样管生产、试装的生产效率和智能化水平。
[0023]结合图3和图4，第一搬运机器人系统15包括第一机器人51、快换工装公头52、第一快换工装母头74和法兰夹持工装53，法兰夹持工装53通过快换工装公头52、第一快换工装母头74安装在第一机器人51的末端，快换工装公头52与第一快换工装母头74为系统自动控制的快速连接结构；法兰夹持工装53包括底座54、第一电缸72、第一支架55、第二支架61、第二电缸56、第三电缸62、第三支架57、第一定位销59和第二定位销60，第一电缸72、第三支架57均安装在底座54上，第一支架55和第二支架61的一端安装在第一电缸72的滑块上，第一支架55和第二支架61的另一端安装在第三支架57上，第一定位销59安装在第二电缸56末端，第二电缸56安装在第一支架55内部，第二定位销60安装在第三电缸62末端，第三电缸62安装在第二支架61内部；第一搬运机器人系统15根据不同规格取样管的装配需求，机器人51自动调整法兰夹持工装53的空间位置，第一电缸72自动调节第一定位销59与第二定位销60的中心距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种取样管智能辅助装配系统，其特征在于，包括系统执行单元(69)、机器人离线编程系统(71)、人机作业安全防护系统(68)和综合集成控制单元(70)；所述系统执行单元(69)包括第一搬运机器人系统(15)、第二搬运机器人系统(19)、快换工装系统(67)、三坐标门架系统(66)、柔性支撑系统(17)和高精度平台(14)，用于执行基于三维仿真作业平台(24)提取空间管件安装边界的相对坐标，通过建立的布放规则，生成末端定位坐标及其参数，自动生成机器人及外部轴的关节参数并运行到法兰待装配指定位置，指导人工完成管件和法兰的布放姿态调整；所述机器人离线编程系统(71)包括视觉检测机器人系统(16)，通过在机器人末端挂载视觉辅助测量系统，实现管件空间轨迹的离线跟踪和管件实际位姿偏差测量、干涉性检查功能；所述人机作业安全防护系统(68)包括安全围栏(29)、安全地毯(26)、安全光栅(25)和安全门(27)，用于实现系统自动作业时的人员防护；所述综合集成控制单元(70)包括三维仿真作业平台(24)、显示大屏(18)和控制系统(23)，用于实现系统设备综合控制、三维仿真、机器人离线仿真功能集成。2.根据权利要求1所述的取样管智能辅助装配系统，其特征在于，所述第一搬运机器人系统(15)包括第一机器人(51)、快换工装公头(52)、第一快换工装母头(74)和法兰夹持工装(53)，法兰夹持工装(53)通过快换工装公头(52)、第一快换工装母头(74)安装在第一机器人(51)的末端，快换工装公头(52)与第一快换工装母头(74)为系统自动控制的快速连接结构；法兰夹持工装(53)包括底座(54)、第一电缸(72)、第一支架(55)、第二支架(61)、第二电缸(56)、第三电缸(62)、第三支架(57)、第一定位销(59)和第二定位销(60)，第一电缸(72)、第三支架(57)均安装在底座(54)上，第一支架(55)和第二支架(61)的一端安装在第一电缸(72)的滑块上，第一支架(55)和第二支架(61)的另一端安装在第三支架(57)上，第一定位销(59)安装在第二电缸(56)末端，第二电缸(56)安装在第一支架(55)内部，第二定位销(60)安装在第三电缸(62)末端，第三电缸(62)安装在第二支架(61)内部；第一搬运机器人系统(15)根据不同规格取样管的装配需求，机器人(51)自动调整法兰夹持工装(53)的空间位置，第一电缸(72)自动调节第一定位销(59)与第二定位销(60)的中心距离。3.根据权利要求2所述的取样管智能辅助装配系统，其特征在于，所述第二搬运机器人系统(19)与第一搬运机器人系统(15)结构相同。4.根据权利要求2所述的取样管智能辅助装配系统，其特征在于，所述快换工装系统(67)包括第一快换工装(11)、第二快换工装(12)、第三快换工装(20)和第四快换工装(21)，第一快换工装(11)作为第一搬运机器人系统(15)抓取法兰的快换工装第二快换工装(12)作为第一搬运机器人系统(15)抓取连接套管的快换工装，第一快换工装(11)和第二快换工装(12)布局在第一搬运机器人系统(15)的臂展范围内并与地面(73)固定；第三快换工装(20)作为第二搬运机器人系统(19)抓取法兰的快换工装，第四快换工装(21)作为第二搬运机器人系统(19)抓取连接套管的快换工装，第三快换工装(20)和第四快换工装(21)布局在第二搬运机器人系统(19)的臂展范围内并与地面(73)固定。5.根据权利要求4所述的取样管智能辅助装配系统，其特征在于，第二快换工装(12)包括第四支架(50)、第二快换工装母头(48)和连接套管夹持工装(49)，连接套管夹持工装(49)与第二快换工装母头(48)连接，第二快换工装母头(48)安装在第四支架(50)上，当第一搬运机器人系统(15)需要使用连接套管夹持工装(49)时，第一搬运机器人系统(15)将第一快换工装母头(74)和法兰夹持工装(53)放置到第一快换工装(11)并自动断开快换工装
公头(52)与第一快换工装母头(74)的连接，快换工装公头(52)移动至第二快换工装母头(48)上并与第二快换工装母头(48)自动连接，实现第一搬运机器人系统(15)末端更换成连接套管夹持工装(49)。6.根据权利要求5所述的取样管智能辅助装配系统，其特征在于，第三快换工装(20)与第一快换工装(11)结构相同，第四快换工装(21)...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋小伟，陆姜全，张锐，赵娜娜，胡晓磊，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一六研究所中船重工信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：