【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智能制造，具体涉及人机协作铆接系统及协作铆接方法。
技术介绍
1、铆接操作普遍存在于工业生产的装配制造过程中，对于大批量、铆接位置固定、铆钉规格单一的铆接任务，一定程度上可以通过完全自动化的机械结构实现。但对于批量小、更新迭代快、铆接要求高的产品，比如航空航天领域的产品铆接操作，铆接过程涉及的铆钉规格多、数量大，且还存在多规格铆钉交叉使用的情况，目前完全由人工配合完成铆接的方式，不仅工作量大、效率低，还极易出错，从而导致产生额外的时间成本。
2、借助于人机协作的方式进行铆接操作，可以将较为复杂的部分交由机器人系统执行。人机协作的方式可以充分发挥人与机器人各自的优点，两者配合工作，可以大幅度降低铆接工作的强度与时间消耗，从而提高铆接工作效率，有益于工业装配制造技术的升级与进步。
3、公开号为cn111284028a的专利公开了一种自动铆接人机协作系统。该系统包括自动铆接信号接收端、顶铁、信号输入器，操作人员将顶铁与自动铆接信号接收端的铆接装置协同工作，完成铆钉成形工作。该专利用于铆钉成形工作，不具备大范围运动能力、铆接区域位点的自动识别能力、多规格铆钉的任务适应能力、铆接孔位孔深的自动测量能力、铆接部件承载运动能力以及智能化的人机协作铆接能力等。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供人机协作铆接系统及协作铆接方法，可以在人机共融条件下满足单人实现多种类规格铆钉的高效铆接需求，降低人工配合铆接的人力成本，且结
2、为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、人机协作铆接系统，包括电气柜、吊臂支撑座、部件支撑托架、数控运动机构、铆接物料与工具库、铆接工作踏台、机械臂支撑基座、人机协作铆接控制系统、多自由度协作机械臂、协作铆接末端执行器、人工铆接末端执行器、弹簧助力系统、助力辅助吊臂、协作触摸控制屏；
4、电气柜用于系统所有的电气连接、信号控制及电源供给；
5、吊臂支撑座支撑助力辅助吊臂；
6、数控运动机构安装于多自由度协作机械臂侧方，其上承载有部件支撑托架，其上可夹持安装需要进行铆接的部件；
7、部件相对于多自由度协作机械臂的另一侧设置有铆接工作踏台，工作人员可在此区域进行人机协同铆接工作；
8、铆接工作踏台一侧设置有铆接物料与工具库，用于取放铆接所用工具，其上设置有物料盒，盛放铆接所用的多种规格的钉帽与垫片；
9、物料盒的支撑框架上方设置有协作触摸控制屏支架，用于安装交互式协作触摸控制屏；
10、铆接工作踏台另一侧设有助力辅助吊臂，助力辅助吊臂末端连接有弹簧助力系统，弹簧助力系统下方挂载人工铆接末端执行器，用于辅助人工进行人机协作铆接工作；
11、人机协作铆接控制系统用于整套系统的整体交互与协作铆接控制；
12、多自由度协作机械臂通过机械臂支撑基座固定于工作空间之内；
13、协作铆接末端执行器与多自由度协作机械臂末端连接。
14、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
15、上述的数控运动机构通过高精度的转动或直线运动的形式，使得部件的全部待铆接区域处于多自由度协作机械臂的协作铆接工作空间覆盖范围之内；所述铆接工作踏台不随数控运动机构运动。
16、上述的协作铆接末端执行器包括视觉测量模块、孔深测量模块、铆钉限位及切换插钉模块、承力安装结构；承力安装结构，用于安装协作铆接末端执行器上的功能组件；视觉测量模块，用于视野内铆钉孔位的识别、定位与法向计算；孔深测量模块，用于待铆接区域铆钉孔的孔深或壁厚测量；铆钉限位及切换插钉模块，用于铆钉的插孔及顶紧。
17、上述的视觉测量模块包括顶部光源、光源支架、相机光源、3d视觉传感器以及视觉传感器支架；3d视觉传感器采用可调节支架安装，以保证视觉传感器可获取最佳观测视野，支架调节完成后位姿转换关系为固定值。
18、上述的孔深测量模块包括驱动电机、精密传动机构、孔深测量单元以及测深传感器；精密传动机构控制测深传感器匀速运行，测深传感器可沿轴线方向进行旋转，其指向与限位后的铆钉指向共线。
19、上述的铆钉限位及切换插钉模块包括横向切换气缸、带弹性外皮的铆钉卡爪、铆钉到位检测传感器、滑台以及隐藏于内部的滑台驱动气缸和铆钉顶紧机构；铆钉限位及切换插钉模块支持至少两种直径、多种长度的铆钉限位与机构切换插孔操作，并可进行铆钉的到位检测。
20、上述的人工铆接末端执行器上安装有铆枪组件，人工铆接末端执行器侧方设置有铆接启动/保险装置及快捷铆接交互扳钮。
21、人机协作铆接方法，包括：
22、步骤一：当人机协作铆接控制系统接收到需要铆接的点位序列后，首先根据目标点位序列控制协作机械臂运动到目标点位对应的就绪位置，启动协作铆接末端执行器对当前实际目标孔位的位置、法向及孔径进行测量与计算，并利用基于模板匹配的相对运动导引算法对目标孔深进行测量；
23、步骤二：人机协作铆接控制系统根据孔深、孔径与铆钉、钉帽及垫片规格的映射关系进行铆钉、钉帽及垫片规格推荐，同时记录实际孔位与推荐数据，可由协作触摸控制屏进行显示；
24、步骤三：多自由度协作机械臂运动至目标铆接点，协作铆接末端执行器的铆钉限位及切换插钉模块的横向切换气缸将对应直径的铆钉卡爪切换到等待位置；目标规格铆钉到达信号确认后，人机协作铆接控制系统将目标铆钉切换到铆接准备位置，并利用孔位的位置与法向数据引导多自由度协作机械臂将末端的目标铆钉轴线对准目标孔位，完成铆接孔位对准；
25、步骤四：人机协作铆接控制系统控制滑台气缸使铆钉限位及切换插钉模块的滑台伸出，令铆钉末端进入目标孔内，铆钉顶杆伸出并沿铆钉轴线将铆钉顶紧在部件铆接孔处；
26、步骤五：协作铆接人员确认铆钉规格正确后，根据协作触摸控制屏上推荐的钉帽与垫片规格信息，从铆接物料库中选取垫片或钉帽并套入铆钉杆完成铆接准备，然后控制人工铆接末端执行器完成铆接操作；
27、步骤六：通过人工铆接末端执行器或协作触摸控制屏将协作铆接末端执行器的滑台与顶杆自动收回，并令多自由度协作机械臂离开当前铆接任务点，进入下一目标孔位的协作铆接任务流程；
28、步骤七：当多自由度协作机械臂运动范围内的全部区域铆接任务完成后，人工确认后驱动数控运动机构运动，令部件的其余待铆接位点进入人机协作铆接区域，以进行分区域的循环铆接工作。
29、上述方法的协作铆接错误处理与恢复策略为：
30、1）：人工错误类型判别，协作铆接错误有两类，一类为协作机器人系统铆钉插入失败，一类为铆接孔位使用的铆钉规格错误，人工失误的处理措施等同于铆钉规格错误；
31、2）：若判断错误类型为机器人系统铆钉插入失本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.人机协作铆接系统，其特征在于，包括电气柜、吊臂支撑座、部件支撑托架、数控运动机构、铆接物料与工具库、铆接工作踏台、机械臂支撑基座、人机协作铆接控制系统、多自由度协作机械臂、协作铆接末端执行器、人工铆接末端执行器、弹簧助力系统、助力辅助吊臂、协作触摸控制屏；
2.根据权利要求1所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述数控运动机构通过高精度的转动或直线运动的形式，使得部件的全部待铆接区域处于多自由度协作机械臂的协作铆接工作空间覆盖范围之内；所述铆接工作踏台不随数控运动机构运动。
3.根据权利要求1所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述协作铆接末端执行器包括视觉测量模块、孔深测量模块、铆钉限位及切换插钉模块、承力安装结构；承力安装结构，用于安装协作铆接末端执行器上的功能组件；视觉测量模块，用于视野内铆钉孔位的识别、定位与法向计算；孔深测量模块，用于待铆接区域铆钉孔的孔深或壁厚测量；铆钉限位及切换插钉模块，用于铆钉的插孔及顶紧。
4. 根据权利要求3所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述视觉测量模块包括顶部光源、光源支架、相机光源、3D视觉传感
5.根据权利要求3所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述孔深测量模块包括驱动电机、精密传动机构、孔深测量单元以及测深传感器；精密传动机构控制测深传感器匀速运行，测深传感器可沿轴线方向进行旋转，其指向与限位后的铆钉指向共线。
6.根据权利要求3所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述铆钉限位及切换插钉模块包括横向切换气缸、带弹性外皮的铆钉卡爪、铆钉到位检测传感器、滑台以及隐藏于内部的滑台驱动气缸和铆钉顶紧机构；铆钉限位及切换插钉模块支持至少两种直径、多种长度的铆钉限位与机构切换插孔操作，并可进行铆钉的到位检测。
7.根据权利要求1所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述人工铆接末端执行器上安装有铆枪组件，人工铆接末端执行器侧方设置有铆接启动/保险装置及快捷铆接交互扳钮。
8.根据权利要求1-7任一项所述人机协作铆接系统的人机协作铆接方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的人机协作铆接方法，其特征在于，其协作铆接错误处理与恢复策略为：
...【技术特征摘要】
1.人机协作铆接系统，其特征在于，包括电气柜、吊臂支撑座、部件支撑托架、数控运动机构、铆接物料与工具库、铆接工作踏台、机械臂支撑基座、人机协作铆接控制系统、多自由度协作机械臂、协作铆接末端执行器、人工铆接末端执行器、弹簧助力系统、助力辅助吊臂、协作触摸控制屏；
2.根据权利要求1所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述数控运动机构通过高精度的转动或直线运动的形式，使得部件的全部待铆接区域处于多自由度协作机械臂的协作铆接工作空间覆盖范围之内；所述铆接工作踏台不随数控运动机构运动。
3.根据权利要求1所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述协作铆接末端执行器包括视觉测量模块、孔深测量模块、铆钉限位及切换插钉模块、承力安装结构；承力安装结构，用于安装协作铆接末端执行器上的功能组件；视觉测量模块，用于视野内铆钉孔位的识别、定位与法向计算；孔深测量模块，用于待铆接区域铆钉孔的孔深或壁厚测量；铆钉限位及切换插钉模块，用于铆钉的插孔及顶紧。
4. 根据权利要求3所述的人机协作铆接系统，其特征在于，所述视觉测量模块包括顶部光源、光源支架、相机光源、3d视觉传感器以及视觉传感器支架； 3...
【专利技术属性】
技术研发人员：王政伟，田威，李鹏程，段晋军，张帅，王忠康，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。