CN111889951A - 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法，机器人包括：六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、承载小车、电磁锁、凹型槽、光源、工控机、显示屏，其特征在于：六轴位移台放在承载小车上，在六轴位移台上安装凹型槽并且在凹型槽底部安装电磁铁，在六轴位移台的下部安装一个短支架，在短支架上安装一个线激光视觉模块，在承载小车上部安装一个长支架，在长支架上安装了2D视觉模块，在2D视觉模块的左右分别安装一个光源，在运载小车上安装工控机以及显示屏，工控机分别与六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、显示屏、光源相连。本发明可以完成不同管道对位的不同角度的要求，操作简单、效率高、实用性强、可推广应用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于建筑工程角度可调管道对位装置，具体涉及一种角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法，应用于工程管道装配领域。
背景技术
在工程管道装配领域，管道对位、焊接的实际应用的过程中，因管道存在加工误差，管道靠近不能得到预期的角度，需要进行人工测量，得到所需的角度。由于管道质量较大，通过人工手动搬运方式进行精密对位，现场人员工作强度大，且操作难度高；工人通过观察投射的十字激光线，来判断管道对位角度是否合格，整个过程都是通过人眼观察，并不能做到对角度的精密控制，产品一致性差。传统人工方案不能满足现场需要，针对此情况特设计一种角度可调管道组对机器人，提高了产品的一致性，提高了生产效率，降低人工成本，降低工作强度。
发明内容
本发明为了克服上述存在的工程管道角度对位需要人工测量及调整，工作强度大操作难度高的问题，提供一种角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法，本发明的角度可调管道组对机器人适用于不同管道的不同角度需求的对位，起到快捷、方便、节约成本，确保施工进度及安全的作用。
本发明的技术方案为：
角度可调管道组对机器人，包括：六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、承载小车、电磁锁、凹型槽、光源、工控机、显示屏，其特征在于：六轴位移台放在承载小车上，在六轴位移台上安装凹型槽并且在凹型槽底部安装电磁铁，在六轴位移台的下部安装一个短支架，在短支架上安装一个线激光视觉模块，在承载小车上部安装一个长支架，在长支架上安装了2D视觉模块，在2D视觉模块的左右分别安装一个光源，在运载小车上安装工控机以及显示屏，工控机分别与六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、显示屏、光源相连。
所述承载小车的方向轮为全向轮，从而能够实现多个方向平移，极大的提高了对位小车的灵活性；所述的凹型槽，能提高放置管道的便利性以及安全性，所述的电磁锁，能吸附柱管道，运行平稳，对位精度高；将上面所述所有设备全部集成在运载小车上，可以根据施工场地的不同，可以实现快速转场，可有效提高本系统的利用率。
利用所述的角度可调管道组对机器人进行管道组角度调节方法，以设备安装的地面为X-Y坐标，高度值为Z坐标，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一.人工推动角度可调管道组对机器人，使待对接的管道A和待对接的管道B对位接口尽量靠近，要求：XYZ轴方向间距≤30mm；
步骤二.人工用行吊将待对接管道A摆放至工作台，并固定；
步骤三.人工用行吊将待对接的管道B摆放至对位承载小车，通过物理按键，打开电磁锁，将待对接的管道B固定；
步骤四.通过工控机的软件界面，设置对管角度、相关管道参数，开启自动对位，在无人工干预的情况下，工控机按以下步骤进行待对接管道A 和待对接管道B的自动对位：
(1)在2D视觉模块的引导下，工控机通过多方向的Sobel算子与霍夫直线变换算法来提取两个待对接管道的边缘，来计算管道两个边缘分别所成角度的平均值，来确定角度，2D视觉模块实时检测管道A和管道B的夹角，控制六轴位移台的绕Z轴的旋转，来控制两个管道的对位角度，以此达到所需对位的最佳角度；
(2)在2D视觉模块的引导下，工控机通过管口X和Y轴相对位置计算算法来分别提取管道A、管道B的两个边缘角点，即可计算出两个管道的中点坐标，控制六轴位移台沿着X轴左右移动，使得管道A和管道B中心的X坐标相同；
(3)利用线激光视觉模块，工控机通过线激光算法分别提取两个管道上线激光上合适的两点，分别计算，得到管道A和管道B的斜率程度，通过线激光，实时监测两个管道的倾斜程度，控制六轴位移台绕X轴做俯仰运动，达到两个管道的倾斜程度一致；
(4)利用线激光视觉模块，工控机通过线激光算法提取两管道末端的线激光的坐标，计算得到管道A和管道B的高度信息，线激光视觉模块实时监测高度，控制六轴位移台沿着Z轴上下运动，让管道A和管道B处于同一高度；
(5)在2D视觉模块的引导下，工控机通过角点提取算法来提取管道 A和管道B的中心管道边缘的两个角点，得到角点坐标，计算得出两个管道的中点坐标，控制六轴位移台的前后移动，当提取到的管道A和管道B 的两个边缘角点和通过计算得出的管道A和管道B的中点时，这三个点任意一个点相互靠近，对位停止，通过界面颜色提醒操作员，即完成对位，人工点焊，采用行吊吊走管道。
本发明的具有以下优点：
1)可以根据需求完成不同角度对位要求，解决了管道对位角度测量难的问题；
2)视觉方式测量管道空间位置，六轴位移台实现管道移动，通过机器人中的视觉模块和六轴位移台的闭环控制，可以实现全自动对位过程。
3)通过本发明工控机的控制软件，操作简单，用户只需要填写对位角度，管道参数(非必须)，即可开始自动管道对位。
本发明解决了工程管道装配领域管道对位、焊接的实际应用的过程中，由于管道加工的误差，管道质量大，造成人工管道对位困难，精度低，产品一致性差的，角度可调管道组对机器人操作简单、实用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的凹槽安装电磁铁固定管道图。
图3为本发明的操作流程图。
图4为本发明的管道边缘提取图。
图5为本发明的管道角点提取图。
图6为本发明的角度可调管道组对算法流程图。
具体实施方式
附图对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明角度可调管道组对机器人，包括：六轴位移台1、 2D视觉模块2、线激光视觉模块3、承载小车4、六个电磁锁5、三个凹型槽6、两个光源7、工控机8、显示屏9，其特征在于：六轴位移台1放在承载小车4上，在六轴位移台1上安装三个凹型槽6，每个凹型槽6底部里面安装放有两个电磁锁5，在六轴位移台1的下部安装一个短支架，在短支架上安装一个线激光视觉模块3，在承载小车4上部安装一个长支架，在长支架上安装了2D视觉模块2，在2D视觉模块2的左右分别安装一个光源7，在承载小车4上安装工控机8以及显示屏9，工控机8分别与六轴位移台1、2D视觉模块2、线激光视觉模块3、显示屏9、光源7相连。所述的承载小车4利用钢管组装成小车的模型并且进行焊接，在上面安装4 个全方向轮。六轴位移台1、2D视觉模块2、线激光视觉模块3和工控机8 的结构为现有的，均从市场购买得到，本发明算用的算法及软件均为现有的。
本发明的操作流程如下：
利用所述的角度可调管道组对机器人进行管道组角度调节方法，对于以下所有发明项，均基于此坐标系进行说明：设备安装的地面为X-Y坐标，高度值为Z坐标；其特征在于按以下步骤进行：如图3所示，
步骤一.人工推动角度可调管道组对机器人，如图1所示，使待对接的管道A和待对接的管道B对位接口尽量靠近，要求：XYZ轴方向间距≤30mm；
步骤二.人工用行吊将待对接管道A摆放至工作台，并固定；
步骤三.人工用行吊将待对接的管道B10摆放至对位承载小车4，通过物理按键，打开电磁锁5，将待对接的管道B10固定；
步骤四.通过工控机的软件界面，设置对管角度、相关管道参数，开启自动对位，在无人工干预的情况下，工控机按以下步骤进行对接管道A和待对接管道B的自动对位，流程如图6所示：
(1).在2D视觉模块引导下，工控机主要通过多方向的Sobel算子与霍夫直线变换算法来提取两个管道的边缘，来计算管道两个边缘分别所成角度的平均值，来确定角度，2D视觉模块实时检测管道A和管道B的夹角，控制六轴位移台的绕Z轴的旋转，来控制两个管道的对位角度，以此达到我们所需对位的最佳角度；边缘提取如图4所示；通过计算管道A上边缘与管道B的左边缘的角度，管道A下边缘与管道B的右边缘的角度，再取平均值为最终的角度值。
(2).在2D视觉模块的引导下，工控机通过管口X，Y轴相对位置计算算法来分别提取管道A、管道B的两个边缘角点(a1，a2,b1,b2)，控制六轴位移台沿着X轴左右移动，使得管道A和管道B中心的X坐标相同，角点提取如图5所示；通过2D视觉模块提取管道A两个边缘角点a1(x1,y1) 和a2(x2,y2),计算管道A的中点坐标(x3,y3)，通过2D视觉模块提取管道B两个边缘角点b1(x1’,y1’),b2(x2’,y2’)，计算管道B的中点坐标(x4,y4)，即x3＝x4；
(3).利用线激光视觉模块，工控机通过线激光算法分别提取两个管道上线激光上合适的两点，分别计算，得到管道A和管道B的斜率程度，通过线激光，实时监测两个管道的倾斜程度，控制六轴位移台绕X轴做俯仰运动，达到两个管道的倾斜程度一致；
(4).利用线激光视觉模块，通过线激光算法提取两管道末端的线激光的坐标，计算得到管道A和管道B的高度信息，线激光视觉模块实时监测高度，控制六轴位移台沿着Z轴上下运动，让管道A和管道B处于同一高度；
(5).在2D视觉模块的引导下，工控机通过角点提取算法来提取管道A，管道B的中心管道边缘的两个角点，得到角点坐标，计算得出两个管道的中点坐标，控制六轴位移台的前后移动，当提取到的管道A和管道B的两个边缘角点和通过计算得出的管道A和管道B的中点时，这三个点任意一个点相互靠近，对位停止，通过颜色界面颜色提醒操作员，即完成对位，人工点焊，采用行吊吊走管道；
本发明的角度可调管道对位机器人的整个算法控制流程如图6所示。因各批次管道的工件加工的误差，无法完全完美合缝对齐，所以，一旦有一点靠近就停止对位。
Claims (3)
1.角度可调管道组对机器人，包括：六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、承载小车、电磁锁、凹型槽、光源、工控机、显示屏，其特征在于：六轴位移台放在承载小车上，在六轴位移台上安装凹型槽并且在凹型槽底部安装电磁铁，在六轴位移台的下部安装一个短支架，在短支架上安装一个线激光视觉模块，在承载小车上部安装一个长支架，在长支架上安装了2D视觉模块，在2D视觉模块的左右分别安装一个光源，在运载小车上安装工控机以及显示屏，工控机分别与六轴位移台、2D视觉模块、线激光视觉模块、显示屏、光源相连。
2.根据权利要求1所述的角度可调管道组对机器人，其特征在于：所述承载小车的方向轮为全向轮。
3.利用权利要求1所述的角度可调管道组对机器人进行管道组角度调节方法，以设备安装的地面为X-Y坐标，高度值为Z坐标，其特征在于按以下步骤进行：
步骤一.人工推动角度可调管道组对机器人，使待对接的管道A和待对接的管道B对位接口尽量靠近，要求：XYZ轴方向间距≤30mm；
步骤二.人工用行吊将待对接管道A摆放至工作台，并固定；
步骤三.人工用行吊将待对接的管道B摆放至对位承载小车，通过物理按键，打开电磁锁，将待对接的管道B固定；
步骤四.通过工控机的软件界面，设置对管角度、相关管道参数，开启自动对位，在无人工干预的情况下，工控机按以下步骤进行待对接管道A和待对接管道B的自动对位：
(1)在2D视觉模块的引导下，工控机通过多方向的Sobel算子与霍夫直线变换算法来提取两个待对接管道的边缘，来计算管道两个边缘分别所成角度的平均值，来确定角度，2D视觉模块实时检测管道A和管道B的夹角，控制六轴位移台的绕Z轴的旋转，来控制两个管道的对位角度，以此达到所需对位的最佳角度；
(2)在2D视觉模块的引导下，工控机通过管口X和Y轴相对位置计算算法来分别提取管道A、管道B的两个边缘角点，即可计算出两个管道的中点坐标，控制六轴位移台沿着X轴左右移动，使得管道A和管道B中心的X坐标相同；
(3)利用线激光视觉模块，工控机通过线激光算法分别提取两个管道上线激光上合适的两点，分别计算，得到管道A和管道B的斜率程度，通过线激光，实时监测两个管道的倾斜程度，控制六轴位移台绕X轴做俯仰运动，达到两个管道的倾斜程度一致；
(4)利用线激光视觉模块，工控机通过线激光算法提取两管道末端的线激光的坐标，计算得到管道A和管道B的高度信息，线激光视觉模块实时监测高度，控制六轴位移台沿着Z轴上下运动，让管道A和管道B处于同一高度；
(5)在2D视觉模块的引导下，工控机通过角点提取算法来提取管道A和管道B的中心管道边缘的两个角点，得到角点坐标，计算得出两个管道的中点坐标，控制六轴位移台的前后移动，当提取到的管道A和管道B的两个边缘角点和通过计算得出的管道A和管道B的中点时，这三个点中任意一个点相互靠近，对位停止，通过界面颜色提醒操作员，即完成对位，人工点焊，采用行吊吊走管道。
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|---|---|---|---|
| CN202010658879.4A CN111889951A (zh) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
| PCT/CN2021/105119 WO2022007872A1 (zh) | 2020-07-09 | 2021-07-08 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
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| CN202010658879.4A CN111889951A (zh) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
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| CN202010658879.4A Pending CN111889951A (zh) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022007872A1 (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
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2020
- 2020-07-09 CN CN202010658879.4A patent/CN111889951A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022007872A1 (zh) * | 2020-07-09 | 2022-01-13 | 中建三局第二建设工程有限责任公司 | 角度可调管道组对机器人及管道组角度调节方法 |
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