一種管路柔性裝焊的導管余量切割位置計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種管路柔性裝焊的導管余量切割位置計算方法，是基于裝焊系統(tǒng)的 測量數(shù)據(jù)及設備位置，計算導管余量切割位置的方法。屬于計算機輔助設計制造領域。
【背景技術】
[0002] 管路系統(tǒng)在幾乎所有機電產(chǎn)品中都有廣泛的應用，其功能主要是輸送介質的通 道。特別是在航空航天領域，導管都是飛機或者各類航天器的重要組成部分，管路系統(tǒng)能夠 正常運行是決定產(chǎn)品性能和質量的一個很重要的條件。
[0003] 目前，航空航天類管路類型繁多、接口復雜而且多以單件或小批量的生產(chǎn)形式存 在。傳統(tǒng)的導管焊接需要設計專用的組合夾具，效率很低，且夾具通用性低，準備周期長。 針對不同的焊接導管，需要設計大量不同的專用夾具，這大大增加了航空航天產(chǎn)品的研制 時間和成本，同時也給生產(chǎn)管理帶來極大不便。而且在生產(chǎn)過程中，由于受到操作者經(jīng)驗水 平、工裝、定位精度以及測量精度等因素的影響，需對導管焊接后存在較大的誤差和變形， 無法達到精度要求，可見傳統(tǒng)的導管生產(chǎn)工藝已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代產(chǎn)品的制造需求，所以很 有必要研宄建立面向管路生產(chǎn)的柔性裝焊系統(tǒng)。
[0004] 導管生產(chǎn)中會預留一定的加工余量，在導管裝配前需要將余量切除，所以需要根 據(jù)系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)計算導管余量的切割位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案，以及此 方案中基于測量數(shù)據(jù)的導管余量切割位置計算方法，用以解決現(xiàn)有的傳統(tǒng)導管焊接技術中 工作效率低、周期長、誤差變形大等問題。
[0006] 系統(tǒng)總體方案：該管路柔性裝焊系統(tǒng)的構成如圖1所示。系統(tǒng)總體上包括軟件和 硬件兩大部分，其中硬件主要包括視覺測量設備，工業(yè)機器人，導管切割機以及導管夾具， 軟件部分主要包括余量計算模塊，位姿計算模塊和機器人運動仿真模擬模塊。
[0007] 本發(fā)明提出的管路柔性裝焊方案，包含如下工作流程：
[0008] 步驟一：機器人分別抓取管路到視覺測量設備處進行檢測，得到管路的三維特征 數(shù)據(jù)傳輸給軟件模塊，數(shù)據(jù)包括導管所有端點及彎曲點的坐標以及導管在軸向和徑向的偏 差，軸向偏差即導管余量，后續(xù)計算所需數(shù)據(jù)均從該測量文件中提取。
[0009] 步驟二：軟件模塊對測量數(shù)據(jù)進行讀取和計算，得到管路余量的切割位置以及機 器人的末端執(zhí)行器位姿（TCP位姿），并且生成機器人控制文件傳輸給機器人運動仿真模塊 進行模擬，模擬成功后輸出控制文件給機器人。
[0010] 步驟三：機器人在包含TCP位姿信息的控制文件驅動下抓取管路進行運動，實現(xiàn) 管路余量的切割和兩段管路的對接。
[0011] 本發(fā)明提出的管路柔性裝焊方案中包含的導管余量切割位置計算方法，包括下述 步驟：
[0012] 步驟一：根據(jù)測量得到的導管余量端中心點坐標Pm(Xni，ym，zm)和機器人抓取導管 測量時的位姿T\P，計算導管余量端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標Ptc;p(xt，yt，zt)。
[0013] 步驟二：結合機器人回歸零位時的位姿1\，計算機器人回歸零位時，導管余量端 中心點坐標Ps (xs,ys,zs)。
[0014] 步驟三：結合測量到的導管余量々(Allowance)，以及從導管三維數(shù)模得到的余量 端面與機器人夾持直線段的夾角0，計算導管余量切割位置。
[0015] 本發(fā)明給出的一種管路柔性裝焊方案及其導管余量切割位置計算方法，其優(yōu)點及 功效在于：與傳統(tǒng)的管路裝配焊接方法相比，本發(fā)明省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用 性，降低了成本；與傳統(tǒng)人工劃線的導管余量切割方法相比，本發(fā)明通過計算得到導管余量 的切割位置，并且控制機器人夾取導管進行切割，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的柔性裝焊系統(tǒng)總體結構示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明中導管余量切割示意圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明中導管余量切割位置計算流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明：
[0020] 如圖1所示，本發(fā)明提出一種基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案，具體 步驟如下：
[0021] 步驟一：機器人分別抓取管路到視覺測量設備處進行檢測，得到管路的三維特征 數(shù)據(jù)傳輸給軟件模塊，數(shù)據(jù)包括導管所有端點及彎曲點的坐標以及導管在軸向和徑向的偏 差，軸向偏差即導管余量，后續(xù)計算所需數(shù)據(jù)均從該測量文件中提取。
[0022] 步驟二：軟件模塊對測量數(shù)據(jù)進行讀取和計算，得到管路余量的切割位置以及機 器人的末端執(zhí)行器位姿（TCP位姿），并且生成機器人控制文件傳輸給機器人運動仿真模塊 進行模擬，模擬成功后輸出控制文件給機器人。
[0023] 步驟三：機器人在包含TCP位姿信息的控制文件驅動下抓取管路進行運動，實現(xiàn) 管路余量的切割和兩段管路的對接。
[0024] 其中，在步驟一中所述的"視覺測量設備"，滿足測量速度快，精度高，能夠便和與 機器人連接等特點。
[0025] 其中，在步驟二中所述的"軟件模塊"，包括機器人運動仿真軟件，用于機器人運動 的仿真模擬；導管余量計算模塊，用于計算導管余量切割位置；位姿計算模塊，主要計算機 器人的末端執(zhí)行器位姿，用于控制機器人運動。余量計算和位姿計算模塊在三維CAD軟件 環(huán)境下通過二次開發(fā)實現(xiàn)。
[0026] 如圖2和圖3所示，本發(fā)明提出的管路柔性裝焊方案中包含的導管余量切割位置 計算方法，【具體實施方式】如下：
[0027] 步驟一：根據(jù)測量得到的導管余量端中心點坐標Pm(Xni，ym，zm)和機器人抓取導管 測量時的位姿T\P，計算導管余量端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標Ptc;p(xt，yt，zt)。
[0028]
[0029] 步驟二：結合機器人回歸零位時的位姿TSOT，計算機器人回歸零位時，導管余量端 中心點坐標Ps (xs,ys,zs)。
[0030]
【主權項】
1. 一種基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案，其特征在于：方案總體上包括軟 件和硬件兩大部分，其中硬件主要包括視覺測量設備，工業(yè)機器人，導管切割機以及導管夾 具，軟件部分主要包括余量計算模塊，位姿計算模塊和機器人運動仿真模擬模塊。
2. 根據(jù)權利要求1所述的管路柔性裝焊方案，其特征在于：它包括如下步驟： 步驟一：機器人分別抓取管路到視覺測量設備處進行檢測，得到管路的三維特征數(shù)據(jù) 傳輸給軟件模塊，數(shù)據(jù)包括導管所有端點及彎曲點的坐標以及導管在軸向和徑向的偏差， 軸向偏差即導管余量，后續(xù)計算所需數(shù)據(jù)均從該測量文件中提取。 步驟二：軟件模塊對測量數(shù)據(jù)進行讀取和計算，得到管路余量的切割位置以及機器人 的末端執(zhí)行器位姿（TCP位姿），并且生成機器人控制文件傳輸給機器人運動仿真模塊進行 模擬，模擬成功后輸出控制文件給機器人。 步驟三：機器人在包含TCP位姿信息的控制文件驅動下抓取管路進行運動，實現(xiàn)管路 余量的切割和兩段管路的對接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的管路柔性裝焊方案，其特征在于：軟件模塊包括機器人運動 仿真軟件，用于機器人運動的仿真模擬；導管余量計算模塊，用于計算導管余量切割位置； 位姿計算模塊，主要計算機器人的末端執(zhí)行器位姿，用于控制機器人運動。余量計算和位姿 計算模塊在三維CAD軟件環(huán)境下通過二次開發(fā)實現(xiàn)。
4. 一種基于管路柔性裝焊的導管余量切割位置計算方法，其特征在于：它包含如下步 驟： 步驟一：根據(jù)測量得到的導管余量端中心點坐標和機器人抓取導管測量 時的位姿T\P，計算導管余量端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標Ptc;p(xt，yt，zt)。 步驟二：結合機器人回歸零位時的位姿T\，計算機器人回歸零位時，導管余量端中心 點坐標Ps(xs,ys,zs)。 步驟三：結合測量到的導管余量A(AllowanCe)，以及從導管三維數(shù)模得到的余量端面 與機器人夾持直線段的夾角0，計算導管余量切割位置。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于視覺測量和機器人的管路柔性裝焊方案，其特征在于：包括軟件和硬件兩大部分，硬件主要包括視覺測量設備，工業(yè)機器人，導管切割機以及導管夾具，軟件部分主要包括余量計算模塊，位姿計算模塊和機器人運動仿真模擬模塊。其中，方案包含的導管余量切割位置計算方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)測量得到的導管余量端中心點坐標和機器人抓取導管測量時的位姿，計算導管余量端中心點在機器人TCP坐標系下的坐標；(2)結合機器人回歸零位時的位姿，計算機器人回歸零位時，導管余量端中心點坐標；(3)結合測量到的導管余量，以及從導管三維數(shù)模得到的余量端面與機器人夾持直線段的夾角，計算導管余量切割位置。本發(fā)明借助視覺測量技術和機器人技術進行管路柔性生產(chǎn)，可以有效降低成本，提升效率。
【IPC分類】G05B19-18
【公開號】CN104714473
【申請?zhí)枴緾N201510105318
【發(fā)明人】鄭聯(lián)語, 喬斌, 吳約旺
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月11日