一种新型自动化水平装配对接系统的制作方法

1.本发明涉及筒体类零件水平装配对接技术领域，特别涉及一种新型自动化水平装配对接系统。


背景技术：

2.在筒类产品水平装配对接过程中，目前常常采用机械式对接架车形式，通过人工集体手推方式将架车推至装配工位，通过人工观察、手摇筒段调整机构完成筒段之间对接，这种装配方式劳动强度大、装配效率低、对接质量一致性差，且装配过程中受操作人员自身因素影响较多，不确定性大，因此该装配模式被自动化装配对接方式取代已成为必然。
3.目前较成熟的自动化辅助装配对接方式是采用激光跟踪仪，在装配对接过程中实时监测对接筒段的位姿状态，引导对接系统实现装配对接，但该装配方式设备投入大，每次装配前都需要几台(至少3台)激光跟踪仪联合建站、标定坐标，准备时间较长，且对非专业测量人员的装配操作人员来说，素质要求较高。
4.本发明旨在改进目前装配对接方式，通过agv平台完成对接筒段的自动精确转运，通过视觉测量系统在筒段对接过程中完成前后对接筒段空间位置的快速测量，将筒段的空间位置信息解算为调姿系统各轴的运动控制量，将其自动反馈至自动调姿系统，通过自动调姿系统完成对接筒段的空间姿态调整，实现前后对接筒段在空间位置上的统一，完成装配对接整个过程，实现产品水平装配对接效率提升，保证产品对接质量一致性。
5.因此，需要一种结构简单、操作快捷、同时能保证装配质量一致性的筒类产品水平装配对接系统。


技术实现要素：

6.为达到上述目的，本发明提供了一种新型自动化水平装配对接系统，包括agv平台、若干自动调姿系统、视觉测量系统、系统控制软件；所述agv平台用于搭载自动调姿系统、视觉测量系统和需要对接装配的筒段产品的对接筒段，并实现自动化水平装配对接系统的自由移动；
7.所述自动调姿系统以2的整数倍成组设置在agv平台上，用于紧固支撑筒段产品的对接筒段并实现筒段产品的对接筒段空间姿态的调整；所述自动调姿系统单套系统调整四个自由度，分别是x向(轴向)、y向(横移)、z向(升降)和a向(滚转)自由度；每两套自动调姿系统联动调整，实现筒段产品的对接筒段在x向(轴向)、y向(横移)、z向(升降)、a向(滚转)、b向(俯仰)、c向(偏摆)六个空间自由度的调姿动作；
8.所述视觉测量系统由相机、光源、靶标、靶标适配器、安装工装组成；所述视觉测量系统用于对筒段产品的对接筒段的空间姿态测量；
9.所述系统控制软件由交互系统模块、agv平台控制模块、自动调姿系统控制模块和视觉测量系统控制模块组成，所述交互系统模块用于向系统控制软件各控制模块发送指令，接收各控制模块的反馈信息、并对反馈信息进行分析处理、并基于分析结果向各控制模
块发送指令；所述agv平台控制模块用于控制agv平台的运动，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果；所述自动调姿系统控制用于控制自动调姿系统的运动，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果；所述视觉测量系统控制模块用于反馈筒段产品的对接筒段的空间姿态信息，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果。
10.本发明的新型自动化水平装配对接系统，通过agv平台实现了对接系统的快速移动，通过自动调姿系统实现了筒段产品的对接筒段在六个自由度上的便捷移动和筒段产品的快速固定，视觉测量系统实时对筒段产品的对接筒段的空间姿态进行测量，通过系统控制软件对筒段产品的对接筒段对接平面局部坐标系的选择、标定，局部坐标系与全局坐标系的转换，全局坐标系与调姿坐标系的转换，求得调姿坐标系与局部坐标系的转换关系，选择调姿控制点，建立筒段产品筒段部件位姿调整逆解模型，获得调姿坐标系下，各运动轴的运动量情况，最终辅助自动调姿系统完成筒段产品的对接筒段的自动化调姿对接。
11.进一步的，所述agv平台由底盘总成、电气总成、上装连接工装组成，所述底盘总成由车架、行走轮系、液压悬挂模块组成；所述电气总成由综控箱、电源系统、驱动总成、逆变器组成；所述上装连接工装由直线导轨和齿条组成。
12.进一步的，所述行走轮系由若干驱动轮组组成，所述驱动轮组为麦克纳姆轮轮组，所述麦克纳姆轮轮组采用独立电驱动形式。
13.进一步的，为实现整个agv平台各驱动轮组的独立悬挂功能，所述液压悬挂模块还包括双柱塞油缸和直线滑轨，所述双柱塞油缸用于实现平衡支撑，所述直线滑轨用于实现行走轮系的上下滑动。
14.进一步的，所述agv平台还包括安全总成，所述安全总成由安全触边、声光报警模块、激光雷达模块组成。
15.进一步的，所述自动调姿系统由调姿平台和和环形工装组成，所述调姿平台由安装座、导杆、行走组件、横移组件、滚转组件、升降组件组成，所述环形工装由快速插拔销、调节块、快速夹钳、转动环、缓冲器、支撑块组成；所述环形工装通过更换不同规格调节块可适应不同直径的筒段产品的对接筒段，所述快速插拔销用于对环形工装进行打开或锁紧，所述快速夹钳用于实现对筒段产品的对接筒段的夹紧与松开。
16.进一步的，为了实现自动调姿系统在每个自由度方向的精确运动，所述自动调姿系统还包括若干线性导轨、若干滚珠丝杠和若干伺服电机，所述自动调姿系统通过伺服电机驱动线性导轨和滚珠丝杠运动，实现自动调姿系统在每个自由度方向的精确运动。
17.本发明的有益效果为：
18.1.在装配对接过程中基于agv平台的筒类产品转运方式，使得筒段产品的转运方式大大简化，减轻了操作人员劳动强度，提升了转运效率；
19.2.实现了筒段装配对接的全自动化，在筒段对接过程中，可以按设定程序完成对接过程，无需人工介入即可实现筒段的快速对接，保证了对接质量的一致性；
20.3.装配对接过程中，集成了视觉测量系统，能快速高效地测量出筒段对接面的对接销孔的位置，同时求解出调姿系统各轴需要调整的运动量，无需人工反复观察、反复调整，减轻了操作人员劳动强度，提升了装配对接效率。
附图说明
21.图1为新型自动化水平装配对接系统结构示意图；
22.图2为agv平台结构示意图；
23.图3为自动调姿系统结构示意图；
24.图4为调姿平台结构示意图；
25.图5为环形工装结构示意图；
26.图6为视觉测量系统结构示意图；
27.图中：1.agv平台，2.自动调姿系统，3.视觉测量系统，4.调姿平台，5.环形工装，6.车架，7.行走轮系，8.液压悬挂模块，9.综控箱，10.电源系统，11.驱动总成，12.逆变器，13.直线导轨，14.齿条，15.安全触边，16.声光报警模块，17.激光雷达模块，18.安装座，19.导杆，20.行走组件，21.横移组件，22.滚转组件，23.升降组件，24.快速插拔销，25.调节块，26.快速夹钳，27.转动环，28.缓冲器，29.支撑块，30.相机，31.光源，32.靶标，33.靶标适配器，34.安装工装。
具体实施方式
28.下面结合附图1具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
29.本实施例所述新型自动化水平装配对接系统，包括agv平台1、4套自动调姿系统2、视觉测量系统3、系统控制软件；所述agv平台1用于搭载自动调姿系统2、视觉测量系统3和需要对接装配的筒段产品的对接筒段，并实现自动化水平装配对接系统的自由移动；
30.一.agv平台1
31.所述agv平台1由底盘总成、电气总成、上装连接工装和安全总成组成；
32.所述底盘总成由车架6、行走轮系7、液压悬挂模块8组成；所述行走轮系7由若干驱动轮组组成；所述电气总成由综控箱9、电源系统10、驱动总成11、逆变器12组成；所述上装连接工装由直线导轨13和齿条14组成；所述安全总成由安全触边15、声光报警模块16、激光雷达模块17组成；
33.优选的，所述驱动轮组采用麦克纳姆轮轮组，所述麦克纳姆轮轮组采用独立电驱动形式；
34.优选的，为实现整个agv平台各驱动轮组的独立悬挂功能，所述液压悬挂模块8还包括双柱塞油缸和直线滑轨，所述双柱塞油缸用于实现平衡支撑，所述直线滑轨用于实现行走轮系7的上下滑动；
35.二.自动调姿系统2
36.所述自动调姿系统2共4套，分两组设置在agv平台1上，每组分别紧固支撑筒段产品的一个对接筒段并实现筒段产品的对接筒段空间姿态的调整。
37.所述自动调姿系统2由调姿平台4和和环形工装5组成；所述调姿平台4由安装座18、导杆19、行走组件20、横移组件21、滚转组件22、升降组件23组成。所述环形工装5由快速插拔销24、调节块25、快速夹钳26、转动环27、缓冲器28、支撑块29组成；所述环形工装通过更换不同规格调节块25可适应不同直径的筒段产品的对接筒段，所述快速插拔销24用于对
环形工装进行打开或锁紧，所述驱动快速夹钳26用于实现对筒段产品的对接筒段的夹紧与松开。
38.所述自动调姿系统2单套系统调整四个自由度，分别是x向(轴向)、y向(横移)、z向(升降)和a向(滚转)自由度；每两套自动调姿系统2联动调整，实现筒段产品的对接筒段在x向(轴向)、y向(横移)、z向(升降)、a向(滚转)、b向(俯仰)、c向(偏摆)六个空间自由度的调姿动作。
39.优选的，为了实现自动调姿系统2在每个自由度方向的精确运动，所述自动调姿系统2还包括若干线性导轨、若干滚珠丝杠和若干伺服电机，所述自动调姿系统通过伺服电机驱动线性导轨和滚珠丝杠运动，实现自动调姿系统在每个自由度方向的精确运动。
40.三、视觉测量系统3
41.所述视觉测量系统3由相机30、光源1、靶标32、靶标适配器33、安装工装34组成；所述视觉测量系统3采用机器视觉技术对筒段产品的对接筒段的空间姿态的测量。
42.四、系统控制软件
43.所述系统控制软件由交互系统模块、agv平台控制模块、自动调姿系统控制模块和视觉测量系统控制模块组成，所述交互系统模块用于向系统控制软件各控制模块发送指令，接收各控制模块的反馈信息、并对反馈信息进行分析处理、并基于分析结果向各控制模块发送指令；所述agv平台控制模块用于控制agv平台的运动，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果；所述自动调姿系统控制用于控制自动调姿系统的运动，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果；所述视觉测量系统控制模块用于反馈筒段产品的对接筒段的空间姿态信息，接收交互系统模块指令、并分析处理后反馈结果。
44.本实施例的新型自动化水平装配对接系统，通过agv平台1实现了对接系统的快速移动，通过自动调姿系统2实现了筒段产品的对接筒段在六个自由度上的便捷移动和筒段产品的快速固定，视觉测量系统3实时对筒段产品的对接筒段的空间姿态进行测量，通过系统控制软件对筒段产品的对接筒段对接平面局部坐标系的选择、标定，局部坐标系与全局坐标系的转换，全局坐标系与调姿坐标系的转换，求得调姿坐标系与局部坐标系的转换关系，选择调姿控制点，建立筒段产品筒段部件位姿调整逆解模型，获得调姿坐标系下，各运动轴的运动量情况，最终辅助自动调姿系统完成筒段产品的对接筒段的自动化调姿对接。
45.本实施例的新型自动化水平装配对接系统具体实施方法如下：
46.1)自动调姿系统2所有自由度调整回零，拔开环形工装5上的快速插拔销24，准备接收筒段产品的对接筒段(基准筒段和追踪筒段)。
47.2)待筒段产品的对接筒段吊装至环形工装5上，通过快速夹钳26完成筒段产品的对接筒段的固定，插入快速插拔销24；
48.3)系统控制软件的交互系统模块给agv平台控制模块下达指令，agv平台控制模块控制agv平台1下移动，agv平台1按照自动导航程序自动运行至装配工位，完成停车定位；
49.4)根据装配工位地面状态，agv平台1悬挂自动调整，保证agv平台1上表面平台平面度要求；
50.5)在筒段产品的对接筒段前后对接面上安装靶标32及靶标适配器33；
51.6)系统控制软件，建立交互系统模块、自动调姿系统控制模块和视觉测量系统控制模块通信连接；
52.7)开始对接，交互系统模块给自动调姿系统控制模块发送自动调姿系统2运动到视觉测量系统3安装测量位置的指令，两套自动调姿系统2联动成一组，通过行走组件20沿x轴开始移动，直到基准筒段和追踪筒段上靶标适配器33和靶标32都在相机30的视野范围内，自动调姿系统2停止运行，此时是视觉测量系统3开始测量的初始位置；
53.8)自动调姿系统2运动到视觉测量系统3的位置时，自动调姿系统控制模块给交互系统模块反馈已运动至指令位置的信号，交互系统模块接收到信息时，给视觉测量系统控制模块发送开始对接控制指令；
54.9)视觉测量系统控制模块接收到开始对接指令后，相机30开始第一次拍摄靶标32空间位置，计算筒段的位姿(此时测量的位姿为：偏航、俯仰以及滚转角度)，并将测量的结果发送给交互系统模块。交互系统模块接收到测量结果后，将测量信息发送给自动调姿系统控制模块，自动调姿系统2根据测量的结果开始调整追踪筒段的位姿，包括横移组件21(y轴)、升降组件23(z轴)及滚转组件22(a轴)；
55.10)追踪筒段第一次位姿调整完成后，相机30开始第二次拍摄靶标32的位置，然后视觉测量系统控制模块继续计算测量的位姿(此时测量的位姿为：x向平移、y向平移以及z向平移量)，并将测量的记过发送给交互系统模块，交互系统模块接收到测量结果后，将测量信息发送给自动调姿系统控制模块，自动调姿系统2根据测量的结果开始第二次调整追踪筒段的位姿；
56.11)追踪筒段空间姿态调整到位后，取下靶标适配器33，进行最后x方向的对接。经过两次位姿调整后，可实现基准筒段与追踪筒段的精确对接；
57.12)自动调姿系统2完成筒段的调姿对接后，给交互系统模块发送对接完成指令，两个筒段对接完成。