CN108274231B - 舱段类零件自动对接装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种舱段类零件自动对接装置，包括六自由度调资平台、对接测量平台、对接控制平台、对接上位机监控平台等。六自由度调资平台包括六自由度托架、五自由度托架、底架，所述的对接测量平台包括支架、齿条、直线导轨、工业相机、激光位移传感器、悬臂梁；所述的对接上位机监控平台其功能实现对接数据参数和质量特性分析数据的存储和记录。本发明主要用于不同舱段类零件自动对接与质量质心在线测量，形成具有舱段精准对接、数据实时可视、过程在线控制特征的舱段装配新模式，提升装配效率，降低装配劳动力，最终实现推动航天制造业进一步提升核心竞争力。

Description

舱段类零件自动对接装置及控制方法

技术领域

本发明涉及自动化装配领域，具体地，舱段类零件自动对接装置及控制方法。

背景技术

目前舱段类零件对接采用传统“手工为主”装配模式，零部件装配是将标准件、电缆网及设备等专用件等装配在舱段内，主要由手工完成，对工人的经验依赖程度大；舱段之间的对接在架车上完成，通过人工调节两个架车的高度及角度，使两个舱段中心线对齐后进行装配；其它零部件装配由人工完成，装配自动化水平低，人员需求量大；现有装配模式存在人员参与度高、经验依赖大、劳动强度大；装配、测量分离，吊装环节多；测量手段落后，高精度在线测量应用不足；信息分散，难以集中管控等问题。

随着航天舱段类零件装配需求量的增大，亟需一种新的自动化对接装置及在线测量方法来降低人员的劳动强度，提高其生产效率，确保型号产品的质量可控。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种舱段类零件自动对接装置及控制方法。

实现本发明目的的技术方案是：所提供的一种舱段类零件自动对接装置，包括，六自由度调资平台、对接测量平台、对接控制平台、对接上位机监控平台等。

所述六自由度调资平台包括六自由度托架两个、五自由度托架两个、底架，所述的六自由度托架和五自由度托架安装在所述的底架上。

所述的对接测量平台包括支架、齿轮齿条、直线导轨、工业相机、激光位移传感器、悬臂梁、伺服电机，所述的工业相机和激光位移传感器安装在所述的悬臂梁上，其功能在于对所述的六自由度托架上的所述的前舱段和所述的五自由度托架上的所述的后舱段的对接截面进行拍照测量和解析位姿，所述悬臂梁安装在直线导轨上，所述的齿条和直线导轨安装在所述的支架上；

所述的对接控制平台包括操作台，其功能为控制所述的六自由度托架实现六自由度对接运动，控制所述的五自由度托架实现五自由度对接基准运动，对接完成后，实现对整个舱段的质量特性检测，并传送数据至所述的对接上位机监控平台；

所述的对接上位机监控平台其功能实现对接数据参数和质量特性分析数据的存储和记录，并与MES互联。

进一步，所述的两个六自由度托架协同完成六自由度运动，所述的六自由度运动包括X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴、绕Y轴即B轴、绕Z轴即C轴运动。所述的两个五自由度托架协同完成五自由度运动，所述的五自由度运动包括：X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴，绕Z轴即C轴运动；

所述的一种舱段类零件自动对接装置的控制方法，后舱段放入五自由度托架作为对接基准，前舱段放入六自由度托架作为待对接部件，对接测量系统对舱段位姿精确测量，解析位姿状态为舱段对接的各运动轴行程规划，输入到所述对接控制平台，控制所述六自由度调资平台的六自由度托架和五自由度托架的伺服电机实现X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、C轴的六自由度调姿对接，对接完成后，所述对接控制平台的质量在线检测系统对整个舱段进行质量特性分析，对接数据参数和质量特性分析数据上传到所述对接上位机监控平台进行数据库存储和记录。

所述的一种舱段类零件自动对接装置的控制方法的控制系统，包括倍福TwinCATNC运动控制器、Parker经济型P系列伺服系统、质量特性参数在线检测系统、光栅尺、接近开关等；倍福TwinCAT NC 运动控制器通过EtherCAT总线与伺服驱动器连接；系统的开关、指示灯等通过TwinCAT NC IO模块控制；质量特性参数在线测量系统采用RS485与TwinCAT NC连接；对接测量平台与上位机监控平台兼容，实现测量、反馈的闭环控制。

优选地，所述的对接测量平台，其对接测量机构用于带动激光位移传感器和工业相机沿X轴往复运动对舱体进行扫描和销孔及销的拍照，通过图像处理技术及复杂的算法计算和补偿优化后，解析到准确的舱段圆柱轴线的空间位姿。

优选地，所述的六自由度托架，实现六自由度运动其X轴平动、Y轴平动、Z轴平动、绕X轴即A轴为伺服电机驱动，绕Y轴即B轴、绕Z轴即C轴为柔性运动；所述的五自由度托架，实现五自由度运动，其沿X轴的平动、沿Z轴的平动通过伺服电机实现，沿Y轴的平动、绕Z轴即C轴的转动以及绕X轴即A轴的转动无动力驱动，通过弹簧实现柔性，依靠电磁抱闸和气动导轨夹持器实现刚柔切换。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明在制造过程中，能够实现舱段类零件自动对接装配，并对对接全过程数据采集与监控，降低人员的参与度，减少劳动力，降低劳动强度，提供装配生产效率。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的装置的结构示意图。

图2是本发明的控制方法流程图。

图3是本发明的控制系统架构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明公开了一种舱段类零件自动对接装置，如图1所示，其中：1-前舱段，2-后舱段，3-五自由度托架，4-电气操作台，5-底架，6-六自由度托架，7-工业相机，8-支架，9-齿条，10-直线导轨，11-激光位移传感器，12-抱爪，13-X轴伺服，14-绕X轴旋转伺服，15-Y轴伺服，16-悬臂梁，17-测量X轴运动伺服，包括六自由度调资平台、对接测量平台、对接控制平台、对接上位机监控平台。

六自由度调资平台包括六自由度托架6两个、五自由度托架3两个、底架5，

对接测量平台包括支架8、齿条9、直线导轨10、工业相机7、激光位移传感器11、悬臂梁16；

对接上位机监控平台其功能实现对接数据参数和质量特性分析数据的存储和记录。

与此同时，所述舱段类零件自动对接装置的控制方法包括，后舱段2放入五自由度托架3作为对接基准，前舱段1放入六自由度托架6作为待对接部件，对接测量系统对舱段位姿精确测量，解析位姿状态为舱段对接的各运动轴行程规划，控制所述六自由度调资平台实现X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、C轴的六自由度调姿对接，对接完成后，所述对接控制平台的质量在线检测系统对整个舱段进行质量特性分析，对接数据参数和质量特性分析数据上传到所述对接上位机监控平台进行数据库存储和记录。

具体地，如图1所示，根据本发明提供的一种舱段类零件自动对接装置及控制方法，包括，六自由度调资平台、对接测量平台、对接控制平台、对接上位机监控平台等。

所述六自由度调资平台包括六自由度托架6两个、五自由度托架3两个、底架5，所述的六自由度托架6和五自由度托架3安装在所述的底架5上，所述的两个六自由度托架6协同完成六自由度运动，所述的六自由度运动包括X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴、绕Y轴即B轴、绕Z轴即C轴运动。所述的两个五自由度托架3协同完成五自由度运动，所述的五自由度运动包括：X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴，绕Z轴即C轴运动；

所述的对接测量平台包括支架8、齿条9、直线导轨10、工业相机7、激光位移传感器11、悬臂梁16、伺服电机，所述的工业相机7和激光位移传感器11安装在所述的悬臂梁16上，其功能在于对所述的六自由度托架6上的所述的前舱段1和所述的五自由度托架3上的所述的后舱段2的对接截面进行拍照测量和解析位姿，所述悬臂梁16安装在直线导轨10上，所述的齿条9和直线导轨10安装在所述的支架8上；

所述的对接控制平台包括操作台，其功能为控制所述的六自由度托架6实现六自由度对接运动，控制所述的五自由度托架3实现五自由度对接基准运动，对接完成后，实现对整个舱段的质量特性检测，并传送数据至所述的对接上位机监控平台；

所述的对接上位机监控平台其功能实现对接数据参数和质量特性分析数据的存储和记录，并与MES互联。

如图2所示，所述的一种舱段类零件自动对接装置的控制方法，包含如下步骤：

步骤1，后舱段放入五自由度托架作为对接基准；

步骤2，前舱段放入六自由度托架作为待对接部件；

步骤3，对接测量系统对舱段轴切面位姿精确测量；

步骤4， 解析位姿状态为舱段对接的各运动轴行程规划，输入到所述对接控制平台；

步骤5，控制所述六自由度调资平台的六自由度托架和五自由度托架的伺服电机实现X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、C轴的六自由度调姿对接；

步骤6，对接完成后，所述对接控制平台的质量在线检测系统对整个舱段进行质量特性分析；

步骤7，对接数据参数和质量特性分析数据上传到所述对接上位机监控平台进行数据库存储和记录。

如图3所示，所述的一种舱段类零件自动对接装置的控制方法的控制系统，包括倍福TwinCAT NC运动控制器、Parker经济型P系列伺服系统、质量特性参数在线检测系统、光栅尺、接近开关等；倍福TwinCAT NC 运动控制器通过EtherCAT总线与伺服驱动器连接；系统的开关、指示灯等通过TwinCAT NC IO模块控制；质量特性参数在线测量系统采用RS485与TwinCAT NC连接；对接测量平台与上位机监控平台兼容，实现测量、反馈的闭环控制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种舱段类零件自动对接装置，其特征在于，包括六自由度调资平台、对接测量平台、对接控制平台、对接上位机监控平台；

所述六自由度调资平台包括六自由度托架两个、五自由度托架两个、底架，所述的六自由度托架和五自由度托架安装在所述的底架上；

所述的对接测量平台包括支架、齿轮齿条、直线导轨、工业相机、激光位移传感器、悬臂梁、伺服电机，所述的工业相机和激光位移传感器安装在所述的悬臂梁上，其功能在于对所述的六自由度托架上的前舱段和所述的五自由度托架上的后舱段的对接截面进行拍照测量和解析位姿，所述悬臂梁安装在直线导轨上，齿条和直线导轨安装在所述的支架上；

所述的对接控制平台包括操作台，其功能为控制所述的六自由度托架实现六自由度对接运动，控制所述的五自由度托架实现五自由度对接基准运动，对接完成后，实现对整个舱段的质量特性检测，并传送数据至所述的对接上位机监控平台；

所述的对接上位机监控平台其功能实现对接数据参数和质量特性分析数据的存储和记录，并与MES互联;

所述对接测量平台，其对接测量机构用于带动激光位移传感器和工业相机对舱体进行扫描和销孔及销的拍照，伺服电机通过齿轮齿条带动悬臂梁沿直线导轨在X轴方向往复运动，通过激光位移传感器的测量和工业相机的视觉测量，经过复杂的算法计算和补偿优化后，解析到准确的舱段圆柱轴线的空间位姿;

两个所述六自由度托架协同完成六自由度运动，所述的六自由度运动包括X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴、绕Y轴即B轴、绕Z轴即C轴运动。

2.根据权利要求1所述的一种舱段类零件自动对接装置，其特征在于，两个所述五自由度托架协同完成五自由度运动，所述的五自由度运动包括：X轴、Y轴、Z轴、绕X轴即A轴，绕Z轴即C轴运动。

3.基于权利要求1所述的一种舱段类零件自动对接装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，后舱段放入五自由度托架作为对接基准；

步骤2，前舱段放入六自由度托架作为待对接部件；

步骤3，对接测量系统对舱段轴切面位姿精确测量；

步骤4， 解析位姿状态为舱段对接的各运动轴行程规划，输入到所述对接控制平台；

步骤5，控制所述六自由度调资平台的六自由度托架和五自由度托架的伺服电机实现X轴、Y轴、Z轴、A轴、B轴、C轴的六自由度调姿对接；

步骤6，对接完成后，所述对接控制平台的质量在线检测系统对整个舱段进行质量特性分析；

步骤7，对接数据参数和质量特性分析数据上传到所述对接上位机监控平台进行数据库存储和记录;

所述六自由度托架夹持前舱段实现六自由度调姿，单个六自由度托架实现包括X轴、Y轴、Z轴的平动，两个六自由度托架夹持舱段时完成的调姿动作包括俯仰调姿、偏摆调姿以及绕舱体轴线旋转三个动作;

所述的五自由度托架，实现五自由度运动，其沿X轴的平动、沿Z轴的平动通过伺服电机实现，沿Y轴的平动、绕Z轴即C轴的转动以及绕X轴即A轴的转动无动力驱动，通过弹簧实现柔性，依靠电磁抱闸和气动导轨夹持器实现刚柔切换。

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