一种管路柔性装焊的导管余量切割位置计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种管路柔性装焊的导管余量切割位置计算方法，是基于装焊系统的 测量数据及设备位置，计算导管余量切割位置的方法。属于计算机辅助设计制造领域。
【背景技术】
[0002] 管路系统在几乎所有机电产品中都有广泛的应用，其功能主要是输送介质的通 道。特别是在航空航天领域，导管都是飞机或者各类航天器的重要组成部分，管路系统能够 正常运行是决定产品性能和质量的一个很重要的条件。
[0003] 目前，航空航天类管路类型繁多、接口复杂而且多以单件或小批量的生产形式存 在。传统的导管焊接需要设计专用的组合夹具，效率很低，且夹具通用性低，准备周期长。 针对不同的焊接导管，需要设计大量不同的专用夹具，这大大增加了航空航天产品的研制 时间和成本，同时也给生产管理带来极大不便。而且在生产过程中，由于受到操作者经验水 平、工装、定位精度以及测量精度等因素的影响，需对导管焊接后存在较大的误差和变形， 无法达到精度要求，可见传统的导管生产工艺已经无法满足现代产品的制造需求，所以很 有必要研宄建立面向管路生产的柔性装焊系统。
[0004] 导管生产中会预留一定的加工余量，在导管装配前需要将余量切除，所以需要根 据系统的测量数据计算导管余量的切割位置。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于视觉测量和机器人的管路柔性装焊方案，以及此 方案中基于测量数据的导管余量切割位置计算方法，用以解决现有的传统导管焊接技术中 工作效率低、周期长、误差变形大等问题。
[0006] 系统总体方案：该管路柔性装焊系统的构成如图1所示。系统总体上包括软件和 硬件两大部分，其中硬件主要包括视觉测量设备，工业机器人，导管切割机以及导管夹具， 软件部分主要包括余量计算模块，位姿计算模块和机器人运动仿真模拟模块。
[0007] 本发明提出的管路柔性装焊方案，包含如下工作流程：
[0008] 步骤一：机器人分别抓取管路到视觉测量设备处进行检测，得到管路的三维特征 数据传输给软件模块，数据包括导管所有端点及弯曲点的坐标以及导管在轴向和径向的偏 差，轴向偏差即导管余量，后续计算所需数据均从该测量文件中提取。
[0009] 步骤二：软件模块对测量数据进行读取和计算，得到管路余量的切割位置以及机 器人的末端执行器位姿（TCP位姿），并且生成机器人控制文件传输给机器人运动仿真模块 进行模拟，模拟成功后输出控制文件给机器人。
[0010] 步骤三：机器人在包含TCP位姿信息的控制文件驱动下抓取管路进行运动，实现 管路余量的切割和两段管路的对接。
[0011] 本发明提出的管路柔性装焊方案中包含的导管余量切割位置计算方法，包括下述 步骤：
[0012] 步骤一：根据测量得到的导管余量端中心点坐标Pm(Xni，ym，zm)和机器人抓取导管 测量时的位姿T\P，计算导管余量端中心点在机器人TCP坐标系下的坐标Ptc;p(xt，yt，zt)。
[0013] 步骤二：结合机器人回归零位时的位姿1\，计算机器人回归零位时，导管余量端 中心点坐标Ps (xs,ys,zs)。
[0014] 步骤三：结合测量到的导管余量々(Allowance)，以及从导管三维数模得到的余量 端面与机器人夹持直线段的夹角0，计算导管余量切割位置。
[0015] 本发明给出的一种管路柔性装焊方案及其导管余量切割位置计算方法，其优点及 功效在于：与传统的管路装配焊接方法相比，本发明省去了繁多的样管和夹具，提升了通用 性，降低了成本；与传统人工划线的导管余量切割方法相比，本发明通过计算得到导管余量 的切割位置，并且控制机器人夹取导管进行切割，提高了生产效率。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的柔性装焊系统总体结构示意图。
[0017] 图2为本发明中导管余量切割示意图。
[0018] 图3为本发明中导管余量切割位置计算流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步的说明：
[0020] 如图1所示，本发明提出一种基于视觉测量和机器人的管路柔性装焊方案，具体 步骤如下：
[0021] 步骤一：机器人分别抓取管路到视觉测量设备处进行检测，得到管路的三维特征 数据传输给软件模块，数据包括导管所有端点及弯曲点的坐标以及导管在轴向和径向的偏 差，轴向偏差即导管余量，后续计算所需数据均从该测量文件中提取。
[0022] 步骤二：软件模块对测量数据进行读取和计算，得到管路余量的切割位置以及机 器人的末端执行器位姿（TCP位姿），并且生成机器人控制文件传输给机器人运动仿真模块 进行模拟，模拟成功后输出控制文件给机器人。
[0023] 步骤三：机器人在包含TCP位姿信息的控制文件驱动下抓取管路进行运动，实现 管路余量的切割和两段管路的对接。
[0024] 其中，在步骤一中所述的"视觉测量设备"，满足测量速度快，精度高，能够便和与 机器人连接等特点。
[0025] 其中，在步骤二中所述的"软件模块"，包括机器人运动仿真软件，用于机器人运动 的仿真模拟；导管余量计算模块，用于计算导管余量切割位置；位姿计算模块，主要计算机 器人的末端执行器位姿，用于控制机器人运动。余量计算和位姿计算模块在三维CAD软件 环境下通过二次开发实现。
[0026] 如图2和图3所示，本发明提出的管路柔性装焊方案中包含的导管余量切割位置 计算方法，【具体实施方式】如下：
[0027] 步骤一：根据测量得到的导管余量端中心点坐标Pm(Xni，ym，zm)和机器人抓取导管 测量时的位姿T\P，计算导管余量端中心点在机器人TCP坐标系下的坐标Ptc;p(xt，yt，zt)。
[0028]
[0029] 步骤二：结合机器人回归零位时的位姿TSOT，计算机器人回归零位时，导管余量端 中心点坐标Ps (xs,ys,zs)。
[0030]
【主权项】
1. 一种基于视觉测量和机器人的管路柔性装焊方案，其特征在于：方案总体上包括软 件和硬件两大部分，其中硬件主要包括视觉测量设备，工业机器人，导管切割机以及导管夹 具，软件部分主要包括余量计算模块，位姿计算模块和机器人运动仿真模拟模块。
2. 根据权利要求1所述的管路柔性装焊方案，其特征在于：它包括如下步骤： 步骤一：机器人分别抓取管路到视觉测量设备处进行检测，得到管路的三维特征数据 传输给软件模块，数据包括导管所有端点及弯曲点的坐标以及导管在轴向和径向的偏差， 轴向偏差即导管余量，后续计算所需数据均从该测量文件中提取。 步骤二：软件模块对测量数据进行读取和计算，得到管路余量的切割位置以及机器人 的末端执行器位姿（TCP位姿），并且生成机器人控制文件传输给机器人运动仿真模块进行 模拟，模拟成功后输出控制文件给机器人。 步骤三：机器人在包含TCP位姿信息的控制文件驱动下抓取管路进行运动，实现管路 余量的切割和两段管路的对接。
3. 根据权利要求1所述的管路柔性装焊方案，其特征在于：软件模块包括机器人运动 仿真软件，用于机器人运动的仿真模拟；导管余量计算模块，用于计算导管余量切割位置； 位姿计算模块，主要计算机器人的末端执行器位姿，用于控制机器人运动。余量计算和位姿 计算模块在三维CAD软件环境下通过二次开发实现。
4. 一种基于管路柔性装焊的导管余量切割位置计算方法，其特征在于：它包含如下步 骤： 步骤一：根据测量得到的导管余量端中心点坐标和机器人抓取导管测量 时的位姿T\P，计算导管余量端中心点在机器人TCP坐标系下的坐标Ptc;p(xt，yt，zt)。 步骤二：结合机器人回归零位时的位姿T\，计算机器人回归零位时，导管余量端中心 点坐标Ps(xs,ys,zs)。 步骤三：结合测量到的导管余量A(AllowanCe)，以及从导管三维数模得到的余量端面 与机器人夹持直线段的夹角0，计算导管余量切割位置。
【专利摘要】本发明提出一种基于视觉测量和机器人的管路柔性装焊方案，其特征在于：包括软件和硬件两大部分，硬件主要包括视觉测量设备，工业机器人，导管切割机以及导管夹具，软件部分主要包括余量计算模块，位姿计算模块和机器人运动仿真模拟模块。其中，方案包含的导管余量切割位置计算方法，包括如下步骤：(1)根据测量得到的导管余量端中心点坐标和机器人抓取导管测量时的位姿，计算导管余量端中心点在机器人TCP坐标系下的坐标；(2)结合机器人回归零位时的位姿，计算机器人回归零位时，导管余量端中心点坐标；(3)结合测量到的导管余量，以及从导管三维数模得到的余量端面与机器人夹持直线段的夹角，计算导管余量切割位置。本发明借助视觉测量技术和机器人技术进行管路柔性生产，可以有效降低成本，提升效率。
【IPC分类】G05B19-18
【公开号】CN104714473
【申请号】CN201510105318
【发明人】郑联语, 乔斌, 吴约旺
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月11日