CN108747095B - 一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六角牛腿口钢节点焊接的上料装置及其上料方法。在加工六角牛腿口钢节点的基础体时，人工定位侧板组位置难度较大。本发明一种六角牛腿口钢节点焊接的上料装置，包括外框架、驱动机构、夹持机构、置物台和工作平台。驱动机构包括第一横移组件、第二横移组件、竖移组件和两轴转动组件。夹持机构包括摄像头、靠山板、吸附电磁铁组、电磁铁固定架和辅助支撑片。工作平台包括工作底架、回转盘和第六驱动件。回转盘的顶面上固定有两根定位销钉。置物台包括置物底架、回转板和第七驱动件。本发明实现了六角牛腿口钢节点的自动夹持及上料的功能，大大缩短了六角牛腿口钢节点的生产时间。

Description

一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法

技术领域

本发明属于钢结构生产技术领域，具体涉及一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法。

背景技术

从19世纪的工业革命以来，钢结构已经在桥梁、体育馆、剧院、展览馆、礼堂、航站楼等大跨度建筑物上广泛使用。具有重量轻、高强度、抗震好、工期短、截面小、净空大、造型美观、经济环保、可回收等优点。而在钢结构建筑结构中，钢结构节点是非常重要的部件。它在钢结构建筑中起着固定钢梁接头和承载重量等重要作用。在钢节点的焊接加工中，传统人工手动定位、焊接，精度低，效率不高，所以采用自动化的焊接装配方法是必然的发展趋势。

六角牛腿口钢节点(如图2所示)在钢结构工程中应用广泛，其由两块一样的六角钢板、两块肋板、侧板组和小板块构成。其中侧板组与六角钢板是构成节点整体形状的基础体，称作六角牛腿口钢节点的基础体(如图1所示)。侧板组由两块一样的母板和四个副板组构成。副板组均包括构成同一矩形口两块四边形板。所有四边形板形状各异。基础体形成了六个矩形口的雏形。而小板块是上下包络各雏形矩形口的板块。在加工基础体时，人工定位侧板组的钢板位置非常麻烦，需要焊上钢筋进行辅助定位，因此，实现六角牛腿口钢节点基础体装配的自动化是解决六角牛腿口钢节点生产效率低的重要办法。

目前，实验阶段的自动装配设备已经研制出来，能够实现对六角牛腿口的节点进行装配。但是，在夹持钢板及其自动上料这一块并没有实现自动化，需要更近一步地研究。而在针对复杂钢节点钢板的自动上料的研究上，最大的难题是需要对不规则的钢板进行精确地夹持，目前从机械结构方面着手的解决方案上并没有找到合适的方法，比如尝试做一些辅助夹具来对钢板进行定位夹持。但是这些辅助夹具对于一些形状、角度比较特殊的钢板成效较差。于是，随着近年来图像识别在各方面的广泛应用，已经形成了非常成熟的技术储备，比如众所周知的人脸识别应用于手机解锁及安全支付。

将图像识别应用于复杂钢节点钢板的自动上料这一块内容尚未发现。经对现有技术的文献检索发现，公开文件“复杂钢结构节点装配方法”(浙江八达建设集团有限公司，2013)针对现有人工装配的不足提出了一种复杂钢节点自动装配的方法，实现了在装配时每块钢板的位姿确立，但实际上并没有实现一体化的自动装配，前期需要人工搬运及钢板上料定位。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法。

本发明采用的上料装置，包括外框架、驱动机构、夹持机构、置物台和工作平台。所述的驱动机构包括第一横移组件、第二横移组件、竖移组件和两轴转动组件。所述的第一横移组件包括第一滑轨、横滑梁和第一驱动件。第一滑轨固定在外框架上。横滑梁与第一滑轨构成滑动副。横滑梁由第一驱动件驱动。所述的第二横移组件包括横移滑板、第二滑轨和第二驱动件。所述的第二滑轨均与横滑梁固定。横移滑板与第二滑轨构成滑动副。横移滑板由第二驱动件驱动。所述的竖移组件包括竖滑柱、第三滑轨和第三驱动件。所述的第三滑轨与竖滑柱固定。第三滑轨与横移滑板构成滑动副。第三滑轨由第三驱动件驱动。所述的两轴转动组件包括第一固定板、第四驱动件、第二固定板和第五驱动件。所述的第一固定板与竖滑柱的底端固定。第二固定板与第一固定板构成转动副。第二固定板由第四驱动件驱动。

所述的夹持机构包括摄像头、靠山板、吸附电磁铁组、电磁铁固定架和辅助支撑片。所述靠山板的安装侧面与第二固定板构成转动副。靠山板由第五驱动件驱动。吸附电磁铁组包括a个吸附电磁铁，1≤a≤10。吸附电磁铁组共有两个。两个吸附电磁铁组内的吸附电磁铁与第一安装板、第二安装板的外侧面分别固定。同一吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面在同一平面内。摄像头固定在靠山板上。辅助支撑片的内侧面与靠山板的一条边缘固定，且高出靠山板的工作侧面b距离。8mm≤b≤40mm。

所述的工作平台设置在两根第一滑轨之间的下方，包括工作底架、回转盘和第六驱动件。所述的工作底架与外框架固定。回转盘与工作底架构成转动副。回转盘由第六驱动件驱动。回转盘的顶面上固定有两根定位销钉。

所述的置物台包括置物底架、回转板和第七驱动件。所述的置物底架设置在工作平台的一侧，且与外框架固定。回转板与置物底架构成转动副。回转板由第七驱动件驱动。回转板上固定有标准长度块。

进一步地，所述的电磁铁固定架包括第一安装板、第二安装板和连接柱。所述的第一安装板及第二安装板均与靠山板可拆卸连接。四根连接柱的一端与第一安装板内侧面的四个角分别固定，另一端与第二安装板内侧面的四个角分别固定。摄像头位于第一安装板与第二安装板之间。

进一步地，第一驱动件包括第一电机、第一同步带轮、第一同步带、第一传动轴、第一齿轮和第一齿条。第一齿条与其中一根第一滑轨固定。第一电机固定在横滑梁上。第一传动轴支承在横滑梁的底部。两个第一同步带轮与第一电机的输出轴、第一传动轴分别固定，并通过第一同步带连接。第一齿轮与第一传动轴固定，并与第一齿条啮合。

第二驱动件包括第二电机、第二齿轮和第二齿条。第二齿条与横滑梁固定。第二电机与横移滑板固定。第二电机的输出轴与第二齿轮固定。第二齿轮与第二齿条啮合。

第三驱动件包括第三电机、第三齿轮和第三齿条。第三齿条与竖滑柱固定。第三电机与横移滑板固定。第三电机的输出轴与第三齿轮固定。第三齿轮与第三齿条啮合。第一滑轨、第二滑轨、第三滑轨的轴线方向两两互相垂直。

进一步地，第四驱动件包括第一减速器和第四电机。第一减速器与第一固定板固定。第四电机与第一减速器固定。第四电机的输出轴与第一减速器的输入口固定。第二固定板与第一减速器的输出轴固定。

第五驱动件包括第二减速器和第五电机。第二减速器固定在第二固定板上。第五电机与第二减速器固定。第五电机的输出轴与第二减速器的输入口固定。靠山板的安装侧面与第二减速器的输出轴固定。第一减速器的输出轴轴线与第二减速器的输出轴轴线互相垂直。

进一步地，第六驱动件包括第三减速器、第三安装板、第二同步带、第二同步带轮和第六电机。第三减速器与工作底架固定。第三安装板与第三减速器固定。第六电机固定在第三安装板上。两个第二同步带轮与第六电机的输出轴、第三减速器的输入轴分别固定，并通过第二同步带连接。第三减速器的输出轴与回转盘的底面固定。第三减速器的输出轴位于两根定位销钉的正中位置。

第七驱动件包括第四减速器、第四安装板、第三同步带、第三同步带轮和第七电机。第四减速器与置物底架固定。第四安装板与第四减速器固定。第七电机固定在第四安装板上。两个第三同步带轮与第七电机的输出轴、第四减速器的输入轴分别固定，并通过第三同步带连接。第四减速器的输出轴与回转板的底面固定。

该六角牛腿口钢节点焊接的上料方法具体如下：

步骤一、在第一六角钢板上开设两个销钉孔。两个销钉孔的孔径等于回转盘上定位销钉的直径。两个销钉孔的中心距等于回转盘上两根定位销钉的中心距。

步骤二、将第一六角钢板放置到工作平台，并使得工作平台上的两根定位销钉分别插入第一六角钢板上的两个定位销孔。

步骤三、将待焊六角牛腿口钢节点的侧板组放置到置物台上。侧板组包括两块母板、第一副板组、第二副板组、第三副板组和第四副板组。第一副板组包括两块第一副板。第二副板组包括两块第二副板。第三副板组包括两块第三副板。第四副板组包括两块第四副板。

步骤四、第四驱动件及第五驱动件运动，使得摄像头朝向正下方。第一驱动件和第二驱动件运动，使得摄像头到达置物台的正上方。摄像头拍摄置物台侧板组的照片。确定两块母板、两块第一副板、两块第二副板、两块第三副板和两块第四副板的位置及空间位姿。

步骤五、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件运动，使得靠山板与第一块母板的其中一条矩形口对应边接触，辅助支撑片与第一块母板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与第一块母板的一个侧面接触。与第一块母板接触的吸附电磁铁组内所有吸附电磁铁均通电。第一块母板的夹持角点为第一块母板的一个矩形口角点。

步骤六、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件均运动，使得靠山板与第二块母板的其中一条矩形口对应边接触，辅助支撑片与第二块母板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与第二块母板的一个侧面接触。并使得两块母板在特征平面上的投影重合。特征平面为一个平行于吸附电磁铁上吸附侧面的平面。与第二块母板接触的吸附电磁铁组内所有吸附电磁铁均通电。第二块母板的夹持角点为第二块母板的一个矩形口角点。

步骤七、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第六驱动件运动，使得母板上的两个相邻的连接角点与第一六角钢板的两个不相邻、不相对的角点分别接触，且两块母板的侧面均竖直设置。连接角点是母板上不作为矩形口角点的角点。

步骤八、将两块母板与第一六角钢板焊接在一起。并将与第一六角钢板完全相同的第二六角钢板焊接到两块母板上。所有吸附电磁铁均断电。

步骤九、n＝1,2,3,4，依次执行步骤十、十一、十二和十三。

步骤十、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件运动，使得靠山板与其中一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片与该第n副板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触。与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁通电。第n副板的夹持角点为第n副板的一个矩形口角点。

步骤十一、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件运动和第七驱动件运动，使得靠山板与另一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片与该第n副板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触。与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁通电。使得两块第n副板上的两条矩形口对应边上的角点组成一个矩形的四个角点。两块第n副板上的两条矩形口对应边的对边上的角点组成一个平行四边形的四个角点。

步骤十二、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第六驱动件运动，使得两块第n副板上的一个连接角点与第一六角钢板的两个相邻角点分别接触，另一个连接角点与第二六角钢板的两个相邻角点分别接触。

步骤十三、将两块第n副板与第一六角钢板、第二六角钢板焊接在一起。所有吸附电磁铁均断电。

进一步地，步骤一中，第一六角钢板上开设的两个销钉孔对中设置的第一六角钢板几何中心的两侧。

进一步地，步骤五和六中母板夹持角点的确定方法具体如下：

1.提取步骤四中拍摄的照片中母板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的八条边。得到母板轮廓处理图。

2.对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与母板轮廓处理图中八条边的长度，得到母板八条边的实际长度。并在侧板数据库中根据母板八条边的长度及两两之间的角度确定对应的母板模型图。侧板数据库中具有所有母板模型图。母板模型图中含有母板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点。

3.以母板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余七个角点沿母板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点、第五角点、第六角点、第七角点、第八角点。令m＝1。

4.将母板轮廓处理图的第m角点与对应的母板模型图的夹持角点重合。并将母板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°。若母板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足母板重合条件，则将m增大一并重复本步骤。若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第m角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点。

母板重合条件如下：构成母板轮廓处理图第m角点的其中一条边与构成母板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成母板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成母板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

进一步地，步骤十和十一中第n副板夹持角点的确定方法具体如下：

1、提取步骤四中拍摄的照片中第n副板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的四条边。得到第n副板轮廓处理图。

2、对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与第n副板轮廓处理图中四条边的长度，得到第n副板四条边的实际长度。并在侧板数据库中根据第n副板四条边的长度及两两之间的角度确定对应的副板模型图。侧板数据库中具有所有副板模型图。副板模型图中含有副板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点。

3.以第n副板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余三个角点沿第n副板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点。令l＝1。

4.将第n副板轮廓处理图的第l角点与对应的母板模型图的夹持角点重合。并将第n副板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°。若第n副板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足副板重合条件，则将l增大一并重复本步骤(步骤4)。若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第l角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点。

副板重合条件如下：构成第n副板轮廓处理图第l角点的其中一条边与构成副板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成第n副板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成副板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

进一步地，一个吸附电磁铁组中吸附电磁铁的数量为三个。在步骤五和六中，在两块母板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁断电。

步骤十和十一中，在两块第n副板板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁通电，其余两个吸附电磁铁断电。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明实现了六角牛腿口钢节点的自动夹持及上料的功能，大大缩短了六角牛腿口钢节点的生产时间。

2、本发明利用图像识别技术，减少了传统研究设计中传感器的使用，节省了硬件成本，并且执行效果更智能。

3、本发明保证了不同副板的上料顺序，避免了人工操作的失误导致钢节点安装错误乃至影响整个工程的效益。

4、本发明自动化程度高，操作简单，节省人工，只需一位传统的钢节点焊接装配材料员即可操作。

5、本发明的精度高，提升了钢结构工程项目的质量。

附图说明

图1为六角牛腿口钢节点完成体的示意图；

图2为六角牛腿口钢节点基础体的示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图4为本发明中第一横移组件的示意图；

图5为本发明中第二横移组件的示意图；

图6为本发明中竖移组件的示意图；

图7为本发明中两轴转动组件的示意图；

图8为本发明中夹持机构的示意图；

图9为本发明中工作平台的示意图；

图10为本发明中置物台的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图3和4所示，一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法采用的上料装置，包括外框架1、驱动机构、夹持机构7、置物台8和工作平台6。驱动机构包括第一横移组件2、第二横移组件3、竖移组件4和两轴转动组件5。第一横移组件2包括第一滑轨2-1、横滑梁2-2和第一驱动件。两根互相平行的第一滑轨2-1间隔固定在外框架上。横滑梁2-2的两端与第一滑轨2-1的两端分别构成滑动副。第一驱动件包括第一电机2-3、第一同步带轮2-4、第一同步带2-5、第一传动轴2-6、第一齿轮2-7和第一齿条2-8。第一齿条2-8与其中一根第一滑轨2-1固定。第一电机2-3固定在横滑梁2-2上。第一传动轴2-6支承在横滑梁2-2的底部。两个第一同步带轮2-4与第一电机2-3的输出轴、第一传动轴2-6分别固定，并通过第一同步带2-4连接。第一齿轮2-7与第一传动轴2-6固定，并与第一齿条2-8啮合。

如图3和5所示，第二横移组件3包括横移滑板3-1、第二滑轨3-3和第二驱动件。互相平行的两根第二滑轨3-3均与横滑梁2-2固定。横移滑板3-1与两根第二滑轨3-3构成滑动副。第二驱动件包括第二电机3-4、第二齿轮3-5和第二齿条3-2。第二齿条3-2与横滑梁2-2固定。第二电机3-4与横移滑板3-1固定。第二电机3-4的输出轴与第二齿轮3-5固定。第二齿轮3-5与第二齿条3-2啮合。

如图3和6所示，竖移组件4包括竖滑柱4-1、第三滑轨4-2和第三驱动件。第三滑轨4-2与竖滑柱4-1固定。第三滑轨4-2与横移滑板3-1构成滑动副。第三驱动件包括第三电机4-3、第三齿轮4-5和第三齿条4-4。第三齿条4-4与竖滑柱4-1固定。第三电机4-3与横移滑板3-1固定。第三电机4-3的输出轴与第三齿轮4-5固定。第三齿轮4-5与第三齿条4-4啮合。第一滑轨2-1、第二滑轨3-3、第三滑轨4-3的轴线方向两两互相垂直。

如图3和7所示，两轴转动组件5包括第一固定板5-2、第四驱动件、第二固定板5-5和第五驱动件。第一固定板5-2与竖滑柱4-1的底端固定。第四驱动件包括第一减速器5-4和第四电机5-3。第一减速器5-4与第一固定板5-2固定。第四电机5-3与第一减速器5-4固定。第四电机5-3的输出轴与第一减速器5-4的输入口固定。第二固定板5-5与第一减速器5-4的输出轴固定。可以看做第一固定板5-2与第二固定板5-5通过第一减速器5-4构成转动副。第五驱动件包括第二减速器5-6和第五电机5-1。第二减速器5-6固定在第二固定板5-5上。第五电机5-1与第二减速器5-6固定。第五电机5-1的输出轴与第二减速器5-7的输入口固定。第一减速器5-4的输出轴轴线与第二减速器5-6的输出轴轴线互相垂直。

如图3和8所示，夹持机构包括摄像头7-4、靠山板7-1、吸附电磁铁组、电磁铁固定架和辅助支撑片7-5。靠山板7-1的安装侧面与第二减速器5-6的输出轴固定。电磁铁固定架包括第一安装板7-2、第二安装板7-7和连接柱7-6。第一安装板7-2及第二安装板7-7均与靠山板7-1可拆卸连接。四根连接柱7-6的一端与第一安装板7-2内侧面的四个角分别固定，另一端与第二安装板7-7内侧面的四个角分别固定。吸附电磁铁组包括三个吸附电磁铁7-3。吸附电磁铁组共有两个。两个吸附电磁铁组内的吸附电磁铁7-3与第一安装板7-2、第二安装板7-7的外侧面分别固定。同一吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3的吸附侧面(远离电磁铁固定架的侧面)在同一平面内。通过更换不同长度的连接柱7-6即可调节两个吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3的吸附侧面间距。所有吸附电磁铁7-3均独立控制。摄像头7-4固定在靠山板7-1上，且位于第一安装板7-2与第二安装板7-7之间。辅助支撑片7-5的内侧面与靠山板7-1的一条边缘固定，且高出靠山板7-1的工作侧面10mm。

如图3和9所示，工作平台6设置在两根第一滑轨2-1之间的下方，包括工作底架6-1、回转盘6-7和第六驱动件。工作底架6-1与外框架1固定。第六驱动件包括第三减速器6-6、第三安装板6-5、第二同步带6-4、第二同步带轮6-3和第六电机6-2。第三减速器6-6与工作底架6-1固定。第三安装板6-5与第三减速器6-6固定。第六电机6-2固定在第三安装板6-5上。两个第二同步带轮6-3与第六电机6-2的输出轴、第三减速器6-6的输入轴分别固定，并通过第二同步带6-4连接。第三减速器6-6的输出轴与回转盘6-7的底面固定。回转盘的顶面上固定有两根定位销钉6-8。第三减速器6-6的输出轴位于两根定位销钉6-8的正中位置。

如图3和10所示，置物台8包括置物底架8-1、回转板8-7和第七驱动件。置物底架8-1设置在工作平台6的一侧，且与外框架1固定。第七驱动件包括第四减速器8-6、第四安装板8-3、第三同步带8-5、第三同步带轮8-4和第七电机8-2。第四减速器8-6与置物底架8-1固定。第四安装板8-3与第四减速器8-6固定。第七电机8-2固定在第四安装板8-3上。两个第三同步带轮8-4与第七电机8-2的输出轴、第四减速器8-6的输入轴分别固定，并通过第三同步带8-5连接。第四减速器8-6的输出轴与回转板8-7的底面固定。回转板上装有带方向的标准长度块8-8。

该六角牛腿口钢节点焊接的上料上料方法具体如下：

步骤一、在第一六角钢板上开设两个销钉孔。两个销钉孔对中设置的第一六角钢板几何中心的两侧。两个销钉孔的孔径等于回转盘上定位销钉的直径。两个销钉孔的中心距等于回转盘上两根定位销钉的中心距。

步骤二、将第一六角钢板放置到工作平台6，并使得工作平台6上的两根定位销钉6-8分别插入第一六角钢板上的两个定位销孔。

步骤三、将待焊六角牛腿口钢节点的侧板组放置到置物台8上。侧板组包括两块母板、第一副板组、第二副板组、第三副板组和第四副板组。第一副板组包括两块用于构成六角牛腿口钢节点一个矩形口的第一副板。第二副板组包括两块用于构成六角牛腿口钢节点一个矩形口的第二副板。第三副板组包括两块用于构成六角牛腿口钢节点一个矩形口的第三副板。第四副板组包括两块用于构成六角牛腿口钢节点一个矩形口的第四副板。

步骤四、第四电机5-3及第五电机5-1转动，使得摄像头7-4朝向正下方。第一电机2-3和第二电机3-4转动，使得摄像头7-4到达置物台8的正上方。摄像头7-4拍摄置物台8侧板组的照片。确定两块母板、第一副板组、第二副板组、第三副板组和第四副板组的位置及空间位姿。

步骤五、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1和第七电机8-2转动，使得靠山板7-1与第一块母板的其中一条矩形口对应边(拼接成六角牛腿口钢节点时作为矩形口一条边的母板边缘)接触，辅助支撑片7-5与第一块母板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3的吸附侧面与第一块母板的一个侧面接触。与第一块母板接触的吸附电磁铁组内的三个均吸附电磁铁7-3通电。第一块母板的夹持角点为第一块母板的一个矩形口角点。(矩形口角点为六角牛腿口钢节点上矩形口的角点)

步骤六、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1和第七电机8-2均转动，使得靠山板7-1与第二块母板的其中一条矩形口对应边接触，辅助支撑片7-5与第二块母板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内的三个均吸附电磁铁7-3的吸附侧面与第二块母板的一个侧面接触。并使得两块母板在特征平面上的投影重合。特征平面为一个平行于吸附电磁铁7-3上吸附侧面的平面。与第二块母板接触的吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3通电。

步骤七、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1和第六电机6-2转动，使得母板上的两个相邻的连接角点与第一六角钢板的两个不相邻、不相对的角点分别接触，且两块母板的侧面均竖直设置。母板的连接角点是母板上不作为六角牛腿口钢节点矩形口角点的角点。

步骤八、将两块母板与第一六角钢板焊接在一起，并将与第一六角钢板完全相同的第二六角钢板焊接到两块母板(这一步由人工完成)。所有吸附电磁铁7-3均断电。

步骤九、n＝1,2,3,4，依次执行步骤十、十一、十二和十三。

步骤十、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1和第七电机8-2转动，使得靠山板7-1与其中一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片7-5与该第n副板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触。与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁7-3通电。

步骤十一、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1转动和第七电机8-2转动，使得靠山板7-1与另一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片7-5与该第n副板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁7-3的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触。与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁7-3通电。令两块第n副板上的两条矩形口对应边上的角点构成一个矩形(即两块第n副板的矩形口对应边成为一个矩形的两条对边)。两块第n副板上的两条矩形口对应边的对边上的角点构成一个平行四边形(即两块第n副板的矩形口对应边的对边成为一个平行四边形的两条对边)。

步骤十二、第一电机2-3、第二电机3-4、第三电机4-3、第四电机5-3、第五电机5-1和第六电机6-2转动，使得两块第n副板上的一个连接角点与第一六角钢板的两个相邻角点分别接触，另一个连接角点与第二六角钢板的两个相邻角点分别接触。第n副板的连接角点是第n副板上不作为六角牛腿口钢节点矩形口角点的角点。

步骤十三、将两块第n副板与第一六角钢板、第二六角钢板焊接在一起。所有吸附电磁铁7-3均断电。

步骤五和六中母板夹持角点的确定方法具体如下：

1.提取步骤四中拍摄的照片中母板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的八条边。得到母板轮廓处理图。

2.对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与母板轮廓处理图中八条边的长度，得到母板八条边的实际长度。并在侧板数据库中根据母板八条边的长度及两两之间的角度确定对应的母板模型图。侧板数据库中具有所有母板模型图。母板模型图中含有母板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点。

3.以母板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余七个角点沿母板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点、第五角点、第六角点、第七角点、第八角点。令m＝1。

4.将母板轮廓处理图的第m角点与对应的母板模型图的夹持角点重合。并将母板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°。若母板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足母板重合条件，则将m增大一并重复本步骤(步骤4)。若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第m角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点。

母板重合条件如下：构成母板轮廓处理图第m角点的其中一条边与构成母板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成母板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成母板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

步骤十和十一中第n副板夹持角点的确定方法具体如下：

1.提取步骤四中拍摄的照片中第n副板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的四条边。得到第n副板轮廓处理图。

2.对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与第n副板轮廓处理图中四条边的长度，得到第n副板四条边的实际长度。并在侧板数据库中根据第n副板四条边的长度及两两之间的角度确定对应的副板模型图。侧板数据库中具有所有副板模型图。副板模型图中含有副板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点。

3.以第n副板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余三个角点沿第n副板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点。令l＝1。

4.将第n副板轮廓处理图的第l角点与对应的母板模型图的夹持角点重合。并将第n副板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°。若第n副板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足副板重合条件，则将l增大一并重复本步骤(步骤4)。若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第l角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点。

副板重合条件如下：构成第n副板轮廓处理图第l角点的其中一条边与构成副板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成第n副板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成副板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

在步骤五和六中，同一吸附电磁铁组内的三个电磁铁同步通额定电压220V，产生2400N的吸附力。由于吸附电磁铁的表层镀镍，与以低碳钢为材料的母板的摩擦系数为0.64。故能够吸附电磁铁夹持重力小于1536N的物品。而母板的质量小于35kg，故在三个电磁铁能够稳定带动母板在空中翻转。在两块母板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁断电。进而达到节能的效果。

步骤十和十一中，同一吸附电磁铁组内的两个电磁铁同步通额定电压220V，产生1600N的吸附力。由于吸附电磁铁的表层镀镍，与以低碳钢为材料的母板的摩擦系数为0.64。故能够吸附电磁铁夹持重力小于1024N的物品。而单块第n副板的质量小于13kg，故在两个电磁铁能够稳定带动第n副板在空中翻转。在两块第n副板板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁通电，其余两个吸附电磁铁断电。进而达到节能的效果。

Claims (9)

1.一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：采用的上料装置，包括外框架、驱动机构、夹持机构、置物台和工作平台；所述的驱动机构包括第一横移组件、第二横移组件、竖移组件和两轴转动组件；所述的第一横移组件包括第一滑轨、横滑梁和第一驱动件；第一滑轨固定在外框架上；横滑梁与第一滑轨构成滑动副；横滑梁由第一驱动件驱动；所述的第二横移组件包括横移滑板、第二滑轨和第二驱动件；所述的第二滑轨均与横滑梁固定；横移滑板与第二滑轨构成滑动副；横移滑板由第二驱动件驱动；所述的竖移组件包括竖滑柱、第三滑轨和第三驱动件；所述的第三滑轨与竖滑柱固定；第三滑轨与横移滑板构成滑动副；第三滑轨由第三驱动件驱动；所述的两轴转动组件包括第一固定板、第四驱动件、第二固定板和第五驱动件；所述的第一固定板与竖滑柱的底端固定；第二固定板与第一固定板构成转动副；第二固定板由第四驱动件驱动；

所述的夹持机构包括摄像头、靠山板、吸附电磁铁组、电磁铁固定架和辅助支撑片；所述靠山板的安装侧面与第二固定板构成转动副；靠山板由第五驱动件驱动；吸附电磁铁组包括a个吸附电磁铁，1≤a≤10；吸附电磁铁组共有两个；两个吸附电磁铁组内的吸附电磁铁与第一安装板、第二安装板的外侧面分别固定；同一吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面在同一平面内；摄像头固定在靠山板上；辅助支撑片的内侧面与靠山板的一条边缘固定，且高出靠山板的工作侧面b距离；8mm≤b≤40mm；

所述的工作平台包括工作底架、回转盘和第六驱动件；所述的工作底架与外框架固定；回转盘与工作底架构成转动副；回转盘由第六驱动件驱动；回转盘的顶面上固定有两根定位销钉；

所述的置物台包括置物底架、回转板和第七驱动件；所述的置物底架设置在工作平台的一侧，且与外框架固定；回转板与置物底架构成转动副；回转板由第七驱动件驱动；回转板上固定有标准长度块；

该六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，步骤如下：

步骤一、在第一六角钢板上开设两个销钉孔；两个销钉孔的孔径等于回转盘上定位销钉的直径；两个销钉孔的中心距等于回转盘上两根定位销钉的中心距；

步骤二、将第一六角钢板放置到工作平台，并使得工作平台上的两根定位销钉分别插入第一六角钢板上的两个定位销孔；

步骤三、将待焊六角牛腿口钢节点的侧板组放置到置物台上；侧板组包括两块母板、第一副板组、第二副板组、第三副板组和第四副板组；第一副板组包括两块第一副板；第二副板组包括两块第二副板；第三副板组包括两块第三副板；第四副板组包括两块第四副板；

步骤四、第四驱动件及第五驱动件运动，使得摄像头朝向正下方；第一驱动件和第二驱动件运动，使得摄像头到达置物台的正上方；摄像头拍摄置物台侧板组的照片；确定两块母板、两块第一副板、两块第二副板、两块第三副板和两块第四副板的位置及空间位姿；

步骤五、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件运动，使得靠山板与第一块母板的其中一条矩形口对应边接触，辅助支撑片与第一块母板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与第一块母板的一个侧面接触；与第一块母板接触的吸附电磁铁组内所有吸附电磁铁均通电；第一块母板的夹持角点为第一块母板的一个矩形口角点；

步骤六、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件均运动，使得靠山板与第二块母板的其中一条矩形口对应边接触，辅助支撑片与第二块母板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与第二块母板的一个侧面接触；并使得两块母板在特征平面上的投影重合；特征平面为一个平行于吸附电磁铁上吸附侧面的平面；与第二块母板接触的吸附电磁铁组内所有吸附电磁铁均通电；第二块母板的夹持角点为第二块母板的一个矩形口角点；

步骤七、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第六驱动件运动，使得母板上的两个相邻的连接角点与第一六角钢板的两个不相邻、不相对的角点分别接触，且两块母板的侧面均竖直设置；连接角点是母板上不作为矩形口角点的角点；

步骤八、将两块母板与第一六角钢板焊接在一起；并将与第一六角钢板完全相同的第二六角钢板焊接到两块母板上；所有吸附电磁铁均断电；

步骤九、n＝1,2,3,4，依次执行步骤十、十一、十二和十三；

步骤十、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第七驱动件运动，使得靠山板与其中一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片与该第n副板的夹持角点接触，且其中一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触；与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁通电；第n副板的夹持角点为第n副板的一个矩形口角点；

步骤十一、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件运动和第七驱动件运动，使得靠山板与另一块第n副板的矩形口对应边接触，辅助支撑片与该第n副板的夹持角点接触，且另一个吸附电磁铁组内吸附电磁铁的吸附侧面与该第n副板的一个侧面接触；与该第n副板接触的吸附电磁铁组内的两个吸附电磁铁通电；使得两块第n副板上的两条矩形口对应边上的角点组成一个矩形的四个角点；两块第n副板上的两条矩形口对应边的对边上的角点组成一个平行四边形的四个角点；

步骤十二、第一驱动件、第二驱动件、第三驱动件、第四驱动件、第五驱动件和第六驱动件运动，使得两块第n副板上的一个连接角点与第一六角钢板的两个相邻角点分别接触，另一个连接角点与第二六角钢板的两个相邻角点分别接触；

步骤十三、将两块第n副板与第一六角钢板、第二六角钢板焊接在一起；所有吸附电磁铁均断电。

2.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：所述的电磁铁固定架包括第一安装板、第二安装板和连接柱；所述的第一安装板及第二安装板均与靠山板可拆卸连接；四根连接柱的一端与第一安装板内侧面的四个角分别固定，另一端与第二安装板内侧面的四个角分别固定；摄像头位于第一安装板与第二安装板之间。

3.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：第一驱动件包括第一电机、第一同步带轮、第一同步带、第一传动轴、第一齿轮和第一齿条；第一齿条与其中一根第一滑轨固定；第一电机固定在横滑梁上；第一传动轴支承在横滑梁的底部；两个第一同步带轮与第一电机的输出轴、第一传动轴分别固定，并通过第一同步带连接；第一齿轮与第一传动轴固定，并与第一齿条啮合；

第二驱动件包括第二电机、第二齿轮和第二齿条；第二齿条与横滑梁固定；第二电机与横移滑板固定；第二电机的输出轴与第二齿轮固定；第二齿轮与第二齿条啮合；

第三驱动件包括第三电机、第三齿轮和第三齿条；第三齿条与竖滑柱固定；第三电机与横移滑板固定；第三电机的输出轴与第三齿轮固定；第三齿轮与第三齿条啮合；第一滑轨、第二滑轨、第三滑轨的轴线方向两两互相垂直。

4.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：第四驱动件包括第一减速器和第四电机；第一减速器与第一固定板固定；第四电机与第一减速器固定；第四电机的输出轴与第一减速器的输入口固定；第二固定板与第一减速器的输出轴固定；

第五驱动件包括第二减速器和第五电机；第二减速器固定在第二固定板上；第五电机与第二减速器固定；第五电机的输出轴与第二减速器的输入口固定；靠山板的安装侧面与第二减速器的输出轴固定；第一减速器的输出轴轴线与第二减速器的输出轴轴线互相垂直。

5.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：第六驱动件包括第三减速器、第三安装板、第二同步带、第二同步带轮和第六电机；第三减速器与工作底架固定；第三安装板与第三减速器固定；第六电机固定在第三安装板上；两个第二同步带轮与第六电机的输出轴、第三减速器的输入轴分别固定，并通过第二同步带连接；第三减速器的输出轴与回转盘的底面固定；第三减速器的输出轴位于两根定位销钉的正中位置；

第七驱动件包括第四减速器、第四安装板、第三同步带、第三同步带轮和第七电机；第四减速器与置物底架固定；第四安装板与第四减速器固定；第七电机固定在第四安装板上；两个第三同步带轮与第七电机的输出轴、第四减速器的输入轴分别固定，并通过第三同步带连接；第四减速器的输出轴与回转板的底面固定。

6.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：步骤一中，第一六角钢板上开设的两个销钉孔对中设置的第一六角钢板几何中心的两侧。

7.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：步骤五和六中母板夹持角点的确定方法具体如下：

①.提取步骤四中拍摄的照片中母板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的八条边；得到母板轮廓处理图；

②.对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与母板轮廓处理图中八条边的长度，得到母板八条边的实际长度；并在侧板数据库中根据母板八条边的长度及两两之间的角度确定对应的母板模型图；侧板数据库中具有所有母板模型图；母板模型图中含有母板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点；

③.以母板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余七个角点沿母板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点、第五角点、第六角点、第七角点、第八角点；令m＝1；

④.将母板轮廓处理图的第m角点与对应的母板模型图的夹持角点重合；并将母板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°；若母板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足母板重合条件，则将m增大一并重复本步骤；若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第m角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点；

母板重合条件如下：构成母板轮廓处理图第m角点的其中一条边与构成母板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成母板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成母板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

8.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：步骤十和十一中第n副板夹持角点的确定方法具体如下：

①.提取步骤四中拍摄的照片中第n副板的边缘像素点，并利用最小二乘法对所得边缘轮廓点进行拟合，形成首尾依次相连的四条边；得到第n副板轮廓处理图；

②.对比步骤四中拍摄的照片中标准长度块的长度与第n副板轮廓处理图中四条边的长度，得到第n副板四条边的实际长度；并在侧板数据库中根据第n副板四条边的长度及两两之间的角度确定对应的副板模型图；侧板数据库中具有所有副板模型图；副板模型图中含有副板的形状信息及夹持角点信息，即夹持角点为母板或副板的一个矩形口对应点；

③.以第n副板轮廓处理图的其中一个角点为第一角点，其余三个角点沿第n副板轮廓处理图的顺时针方向依次为第二角点、第三角点、第四角点；令l＝1；

④.将第n副板轮廓处理图的第l角点与对应的母板模型图的夹持角点重合；并将第n副板轮廓处理图以第一角点为圆心进行旋转360°；若第n副板轮廓处理图旋转360°的过程中，一直未满足副板重合条件，则将l增大一并重复本步骤；若母板轮廓处理图旋转过程中，出现母板重合条件，则第l角点即为母板轮廓处理图对应母板的夹持角点；

副板重合条件如下：构成第n副板轮廓处理图第l角点的其中一条边与构成副板模型图夹持角点的其中一条边的夹角小于1°，且构成第n副板轮廓处理图第m角点的另一条边与构成副板模型图夹持角点的另一条边的夹角小于1°。

9.根据权利要求1所述的一种六角牛腿口钢节点焊接的上料方法，其特征在于：一个吸附电磁铁组中吸附电磁铁的数量为三个；

在步骤五和六中，在两块母板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁断电；

步骤十和十一中，在两块第n副板板的侧面均达到竖直状态后，两个吸附电磁铁组内位于中间的吸附电磁铁通电，其余两个吸附电磁铁断电。