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，是基于裝焊系統的 測量數據及設備位置，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] 管路系統在幾乎所有機電產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，管路系統能夠 正常運行是決定產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形式存 在。傳統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品的研制 時間和成本，同時也給生產管理帶來極大不便。而且在生產過程中，由于受到操作者經驗水 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，可見傳統的導管生產工藝已經無法滿足現代產品的制造需求，所以很 有必要研宄建立面向管路生產的柔性裝焊系統。
[0004] 導管生產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 據系統的測量數據計算導管余量的切割位置。
【發明內容】
[0005] 本發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 方案中基于測量數據的導管余量切割位置計算方法，用以解決現有的傳統導管焊接技術中 工作效率低、周期長、誤差變形大等問題。
[0006] 系統總體方案：該管路柔性裝焊系統的構成如圖1所示。系統總體上包括軟件和 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 數據傳輸給軟件模塊，數據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，后續計算所需數據均從該測量文件中提取。
[0009] 步驟二：軟件模塊對測量數據進行讀取和計算，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 管路余量的切割和兩段管路的對接。
[0011] 本發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，其優點及 功效在于：與傳統的管路裝配焊接方法相比，本發明省去了繁多的樣管和夾具，提升了通用 性，降低了成本；與傳統人工劃線的導管余量切割方法相比，本發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，提高了生產效率。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發明的柔性裝焊系統總體結構示意圖。
[0017] 圖2為本發明中導管余量切割示意圖。
[0018] 圖3為本發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，對本發明的技術方案做進一步的說明：
[0020] 如圖1所示，本發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 數據傳輸給軟件模塊，數據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，后續計算所需數據均從該測量文件中提取。
[0022] 步驟二：軟件模塊對測量數據進行讀取和計算，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 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 環境下通過二次開發實現。
[0026] 如圖2和圖3所示，本發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據 傳輸給軟件模塊，數據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，后續計算所需數據均從該測量文件中提取。 步驟二：軟件模塊對測量數據進行讀取和計算，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，實現管路 余量的切割和兩段管路的對接。
3. 根據權利要求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軟件環境下通過二次開發實現。
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。本發明借助視覺測量技術和機器人技術進行管路柔性生產，可以有效降低成本，提升效率。
【IPC分類】G05B19-18
【公開號】CN104714473
【申請號】CN201510105318
【發明人】鄭聯語, 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