CN106862908A - 一种基于气浮技术的全自动装配对接方法 - Google Patents

一种基于气浮技术的全自动装配对接方法 Download PDF

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Abstract

一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，本发明为了解决采用现有技术中人工装配对接，装配效率低下，柔性程度较差，装配质量受限于工人的装配技术，装配工艺对操作人员的工程经验以及繁重的机械设备依赖严重，六自由度对接装配调整机构，六自由度对接装配调整机构依赖于较高的机械加工能力，成本高且工作难度大，所述方法是按下述步骤实现的：装卡舱段，获取舱段受力状态，计算舱段位置姿态偏差，判断主动舱段和被动舱段之间绕Y方向偏角、绕Z方向偏角和绕X方向偏角，绕Z轴方向和绕Y轴方向位置偏差，获取主动舱段和被动舱段位置姿态，计算主动舱段和被动舱段位置姿态偏差，主动舱段前进步长，完成对接，发明用于柔性装配领域。

Description

一种基于气浮技术的全自动装配对接方法
技术领域
本发明涉及一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，属于柔性装配领域。
背景技术
基于气浮技术的全自动装配对接方法是指以数字化和自动化为依托，用一套装配工装完成2个外形相似的产品装配的技术，它能更好更快地实现产品的装配任务，提高产品装配的质量，缩短产品工装的设计和制造周期。计算机技术和各种新的装配工艺技术的飞跃发展使得数字化柔性装配的实现具备了必要的技术基础。
近10余年来，国外飞机装配技术发展迅速，波音、空客、洛克希德·马丁等欧美航空航天公司企业已经开发并将飞机数字化柔性装配技术应用于多种飞机的研制生产中，取得了显著成效。
将柔性定位技术应用到飞机装配制造中，在一定程度上都能产生零部件结构的变化现象，并使传统的刚性定位方式中一些定位应力不断减少(对框梁类零件进行定位过程中，要确定出工艺孔)结构交点以及基准面等，利用传统的方式完全不能实现精确性，因为该方式不仅体现较大的工作量，还会降低自身的工作效率(所以，利用柔性定位技术具有较大作用，它主要在定位头上对典型结构进行设计，并实现模块化设计理念，以促进灵活性的更换与组合。
目前在国内，对于大型多组件产品，包括多舱段产品，装配方法主要以人工为主，装配效率低下，柔性程度较差，产品的装配质量受限于工人的装配技术水平熟练程度，装配工艺对操作人员的工程经验以及繁重的机械设备依赖严重。面对越来越高的装备制造要求，传统的装配方法越来越难以满足要求。针对这一问题，国外在某些先进产品装配中采用高精度的六自由度对接装配调整机构，但是这一方法依赖于较高的机械加工能力，成本高且难度大。
发明内容
本发明为了解决采用现有技术中人工装配对接，装配效率低下，柔性程度较差，装配质量受限于工人的装配技术，装配工艺对操作人员的工程经验以及繁重的机械设备依赖严重，六自由度对接装配调整机构，六自由度对接装配调整机构依赖于较高的机械加工能力，成本高且工作难度大，进而需要提供一种基于气浮技术的全自动装配对接方法。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：
所述方法是按下述步骤实现的：
步骤一：装卡舱段：将两个主动对接机构和被动对接机构分别放置在气浮平台上，主动对接机构的主动对接机构气足和两个被动对接机构的被动对接机构气足通气，两个利用气浮平台上的两个主动对接机构装卡主动舱段，利用气浮平台上的两个被动对接机构装卡被动舱段，主动舱段沿长度方向的中心线和被动舱段沿长度方向的中心线重合；
步骤二：获取舱段受力状态：通过两个主动对接机构的主动舱测力传感器获取主动舱段的受力，通过两个被动对接机构的被动仓测力传感器获取被动舱段的受力；
步骤三：计算舱段位置姿态偏差：通过两个主动对接机构获得的主动舱段受力状态和通过两个被动对接机构获得卡被动舱段受力状态，解算主动舱段和被动舱段的姿态偏置；
步骤四：判断主动舱段和被动舱段之间绕Y方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤五：判断主动舱段和被动舱段之间绕Z方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤六：判断主动舱段和被动舱段之间绕X方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤七：判断主动舱段和被动舱段绕Z轴方向位置偏差；地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤八：判断主动舱段和被动舱段绕Y轴方向位置偏差；地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤九：获取主动舱段和被动舱段位置姿态：根据两个位姿测量相机获取主动舱段和被动舱段位置姿态；
步骤十：计算主动舱段和被动舱段位置姿态偏差；根据步骤九中位姿测量相机获取主动舱段和被动舱段位置姿态计算计算主动舱段和被动舱段位置姿态偏差；
步骤十一：判断主动舱段和被动舱段之间绕Y方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十二：判断主动舱段和被动舱段之间绕Z方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十三：判断主动舱段和被动舱段之间绕Z方向偏角：地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十四：判断主动舱段和被动舱段绕Z轴方向位置偏差；地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十五：判断主动舱段和被动舱段绕Y轴方向位置偏差；地面控制台判断出主动舱段和被动舱段间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十六：主动舱段前进步长；主动对接机构的主动舱测力传感器、被动对接机构的被动仓测力传感器和两个位姿测量相机获取主动舱段和被动舱段位置姿态测得的测量偏差为零时，通过两套主动对接机构的柔性牵引装置驱动主动舱段前进最小步长，依靠主动对接机构的柔性牵引装置带动主动舱段向被动舱段靠近；
步骤十七：完成对接：重复利用步骤四至步骤十六的流程直至完成主动舱段向被动舱段的对接。
本发明的有益效果是：发明以数字化和自动化为依托，基于气浮技术实现2个外形相似的产品全自动对接装配的技术，它能更好更快地实现产品的装配任务，提高产品装配的质量，缩短产品工装的设计和制造周期。在成本可接受、技术可实现的前提下，进行大型、重型设备装配时，该系统能够高速、精准、可靠地完成装配任务，对大型、重型设备的研制和量产有很高的应用价值。
附图说明
图1是本发明所提供的基于气浮技术的全自动装配对接方法所依托的硬件部分组成示意图；
图2是主动对接机构2组成示意图；
图3是被动对接机构3组成示意图；
图4全自动对接流程示意图。
图中气浮平台1；主动对接机构2；被动对接机构3；主动舱段4；被动舱段5；位姿测量相机6；地面控制台7；绳索牵引装置8；连接架9；水平位移驱动器2-1；垂直升降器2-2；滚动驱动器2-3；主动舱测力传感器2-4；主动对接机构气足2-5；主动对接机构舱段适配器2-6；主动对接机构上层支撑平台2-7；主动对接机构下层支撑平台2-8；垂直升降驱动器2-9；主动对接机构测力层2-10；主动对接机构适配器支架2-11；被动对接机构测力传感器3-1；被动对接机构气足3-2；被动对接机构上层支撑平台3-3；被动对接机构舱段适配器3-4；被动对接机构适配器支架3-5；被动对接机构测力层3-6；被动对接机构下层支撑平台3-7。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，具体实现步骤如下：
所述方法是按下述步骤实现的：
步骤一：装卡舱段：将两个主动对接机构2和被动对接机构3分别放置在气浮平台1上，主动对接机构2的主动对接机构气足2-5和两个被动对接机构3的被动对接机构气足3-2通气，两个利用气浮平台1上的两个主动对接机构2装卡主动舱段4，利用气浮平台1上的两个被动对接机构3装卡被动舱段5，主动舱段4沿长度方向的中心线和被动舱段5沿长度方向的中心线重合；
步骤二：获取舱段受力状态：通过两个主动对接机构2的主动舱测力传感器2-4获取主动舱段4的受力，通过两个被动对接机构3的被动仓测力传感器3-1获取被动舱段5的受力；
步骤三：计算舱段位置姿态偏差：通过两个主动对接机构2获得的主动舱段4受力状态和通过两个被动对接机构3获得卡被动舱段5受力状态，解算主动舱段4和被动舱段5的姿态偏置；
步骤四：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Y方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤五：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤六：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕X方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤七：判断主动舱段4和被动舱段5绕Z轴方向位置偏差；地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤八：判断主动舱段4和被动舱段5绕Y轴方向位置偏差；地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤九：获取主动舱段4和被动舱段5位置姿态：根据两个位姿测量相机6获取主动舱段4和被动舱段5位置姿态；
步骤十：计算主动舱段4和被动舱段5位置姿态偏差；根据步骤九中位姿测量相机6获取主动舱段4和被动舱段5位置姿态计算计算主动舱段4和被动舱段5位置姿态偏差；
步骤十一：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Y方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十二：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十三：判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角：地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十四：判断主动舱段4和被动舱段5绕Z轴方向位置偏差；地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十五：判断主动舱段4和被动舱段5绕Y轴方向位置偏差；地面控制台7判断出主动舱段4和被动舱段5间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十六：主动舱段4前进步长；主动对接机构2的主动舱测力传感器2-4、被动对接机构3的被动仓测力传感器3-1和两个位姿测量相机6获取主动舱段4和被动舱段5位置姿态测得的测量偏差为零时，通过两套主动对接机构2的柔性牵引装置2-4驱动主动舱段4前进最小步长，依靠主动对接机构2的柔性牵引装置2-4带动主动舱段向被动舱段靠近；
步骤十七：完成对接：重复利用步骤四至步骤十六的流程直至完成主动舱段向被动舱段的对接。
本实施方式中两个主动对接机构2共同托举主动舱段4。通过两个主动对接机构2上的滚动驱动器2-3同向运动可以实现主动舱段绕X方向的转角调整。通过两个主动对接机构2上的水平位移驱动器2-1同向运动可以实现主动舱段沿Z方向的位置调整。通过两个主动对接机构2上的水平位移驱动器2-1反向运动可以实现主动舱段绕Y方向的转角调整。通过两个主动对接机构2上的垂直升降器2-2同向运动可以实现主动舱段沿Y方向的位置调整。通过两个主动对接机构2上的水平位移驱动器2-1反向运动可以实现主动舱段绕Z方向的转角调整。
本实施方式中所述主动对接机构2和被动对接机构3位于气浮平台1中间位置，绳索牵引装置8绳索的一端和气浮平台1的连接架9固连，绳索牵引装置8绳索的另一端依次串联连接主动对接机构2的支架和被动对接机构3的支架。地面控制台7和两个位姿测量相机6位于气浮平台1的同一侧。
本实施方式中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Y方向偏角、判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角、判断主动舱段4和被动舱段5之间绕X方向偏角、判断主动舱段4和被动舱段5绕Z轴方向位置偏差和判断主动舱段4和被动舱段5绕Y轴方向位置偏差中任意一个偏角或偏差进行调整后将返回流程的初始位置，重新开始获取测力传感器信息。
具体实施方式二：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，步骤四中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Y方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个水平位移驱动器2-1反向运动驱动主动舱段绕Y轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十一中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Y方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个水平位移驱动器2-1反向运动驱动主动舱段绕Y轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，步骤五中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个垂直升降器2-2反向运动驱动主动舱段绕Z轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十二中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕Z方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个垂直升降器2-2反向运动驱动主动舱段绕Z轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，步骤六中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕X方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的滚动驱动器2-3绕X轴转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十三中判断主动舱段4和被动舱段5之间绕X方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构2的滚动驱动器2-3绕X轴转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，步骤七中判断主动舱段4和被动舱段5绕Z轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个水平位移驱动器2-1同向运动进而驱动主动舱段4沿Z轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈；步骤十四中判断主动舱段4和被动舱段5绕Z轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个水平位移驱动器2-1同向运动进而驱动主动舱段4沿Z轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈，其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，步骤八中判断主动舱段4和被动舱段5绕Y轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个垂直升降器2-2同向运动进而驱动主动舱段4沿Y轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈；步骤十五中判断主动舱段4和被动舱段5绕Y轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构2的两个垂直升降器2-2同向运动进而驱动主动舱段4沿Y轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈，其它与具体实施方式一相同。

Claims (6)

1.一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：所述方法是按下述步骤实现的：
步骤一：装卡舱段：将两个主动对接机构(2)和被动对接机构(3)分别放置在气浮平台(1)上，主动对接机构(2)的主动对接机构气足(2-5)和两个被动对接机构(3)的被动对接机构气足(3-2)通气，两个利用气浮平台(1)上的两个主动对接机构(2)装卡主动舱段(4)，利用气浮平台(1)上的两个被动对接机构(3)装卡被动舱段(5)，主动舱段(4)沿长度方向的中心线和被动舱段(5)沿长度方向的中心线重合；
步骤二：获取舱段受力状态：通过两个主动对接机构(2)的主动舱测力传感器(2-4)获取主动舱段(4)的受力，通过两个被动对接机构(3)的被动仓测力传感器(3-1)获取被动舱段(5)的受力；
步骤三：计算舱段位置姿态偏差：通过两个主动对接机构(2)获得的主动舱段(4)受力状态和通过两个被动对接机构(3)获得卡被动舱段(5)受力状态，解算主动舱段(4)和被动舱段(5)的姿态偏置；
步骤四：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Y方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤五：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Z方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤六：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕X方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤七：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Z轴方向位置偏差；地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤八：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Y轴方向位置偏差；地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤九：获取主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态：根据两个位姿测量相机(6)获取主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态；
步骤十：计算主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态偏差；根据步骤九中位姿测量相机(6)获取主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态计算计算主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态偏差；
步骤十一：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Y方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Y轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十二：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Z方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Z轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十三：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Z方向偏角：地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕X轴方向的偏角，偏角为零时继续下一个工序；
步骤十四：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Z轴方向位置偏差；地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Z轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十五：判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Y轴方向位置偏差；地面控制台(7)判断出主动舱段(4)和被动舱段(5)间绕Y轴方向的位置偏差，位置偏差为零时继续下一个工序；
步骤十六：主动舱段(4)前进步长；主动对接机构(2)的主动舱测力传感器(2-4)、被动对接机构(3)的被动仓测力传感器(3-1)和两个位姿测量相机(6)获取主动舱段(4)和被动舱段(5)位置姿态测得的测量偏差为零时，通过两套主动对接机构(2)的柔性牵引装置(2-4)驱动主动舱段(4)前进最小步长，依靠主动对接机构(2)的柔性牵引装置(2-4)带动主动舱段向被动舱段靠近；
步骤十七：完成对接：重复利用步骤四至步骤十六的流程直至完成主动舱段向被动舱段的对接。
2.根据权利要求1所述一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：步骤四中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Y方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个水平位移驱动器(2-1)反向运动驱动主动舱段绕Y轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十一中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Y方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个水平位移驱动器(2-1)反向运动驱动主动舱段绕Y轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈。
3.根据权利要求1所述一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：步骤五中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Z方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个垂直升降器(2-2)反向运动驱动主动舱段绕Z轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十二中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕Z方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个垂直升降器(2-2)反向运动驱动主动舱段绕Z轴方向转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈。
4.根据权利要求1所述一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：步骤六中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕X方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的滚动驱动器(2-3)绕X轴转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈；步骤十三中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)之间绕X方向偏角，当存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的滚动驱动器(2-3)绕X轴转动最小步长，旋转方向为偏差的负反馈。
5.根据权利要求1所述一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：步骤七中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Z轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个水平位移驱动器(2-1)同向运动进而驱动主动舱段(4)沿Z轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈；步骤十四中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Z轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个水平位移驱动器(2-1)同向运动进而驱动主动舱段(4)沿Z轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈。
6.根据权利要求1所述一种基于气浮技术的全自动装配对接方法，其特征在于：步骤八中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Y轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个垂直升降器(2-2)同向运动进而驱动主动舱段(4)沿Y轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈；步骤十五中判断主动舱段(4)和被动舱段(5)绕Y轴方向位置偏差：存在偏差时根据两套主动对接机构(2)的两个垂直升降器(2-2)同向运动进而驱动主动舱段(4)沿Y轴方向移动最小步长，移动方向为偏差的负反馈。
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