CN112775635A - 航天机电产品自动化对接装配工作站及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航天机电产品自动化对接装配工作站及其运行方法，该对接装配工作站主要由第一支撑装置、第一视觉靶标、相机及其支架、六自由度并联平台、第二支撑及转载装置、转运小车、第七轴转载装置、第二视觉靶标组成，利用视觉对接技术实时测量两对接工件的相对位置及姿态偏差，并通过高精度六自由度并联平台的姿态调整实现工件的对接。该对接装配工作站具备了在满足产品对接精度和可靠性要求的情况下，提高了装配效率及装配质量的能力；本发明不仅节省了人力、减轻了劳动强度，而且柔性化强、对提高航天机电类产品对接的智能化水平具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及壳体类产品自动对接技术，特别是一种航天机电产品自动化对接装配工作站及其运行方法。
背景技术
传统的航天机电产品对接装配主要依靠行车和专用工装由人工操作完成，不仅自动化程度低，而且劳动强度较大，经常发生质量问题，难以保证对接成功。
随着自动化及智能化技术的进步，使得自动对接技术得以发展和应用。如雷神公司红石总装厂建成了全球第一个全自动化总装与检测车间，车间内设有多个自动化对接装配工作站，自动对接机构具有六个方向上的自由度，配合位姿测量系统可实现产品的自动对接。国内近几年也在航空航天制造领域大力发展自动对接技术，但是目前更多是将目标产品固定在对接平台上，随动产品固定在对接架车上，将对接架车沿轨道移动到产品对接位置；通过工人的观察，人工调整产品的位置和姿态来完成对接，整个对接过程对工人的技术水准要求较高，并且存在着较大的安全隐患，从而导致产品的一致性差、产品的品质不稳定等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天机电产品自动化对接装配工作站及其运行方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种航天机电产品自动化对接装配工作站，通过第一产品上的销锥和第二产品上的销孔配合实现定位，对接装配工作站包括第一支撑装置、第一视觉靶标、相机及其支架、六自由度并联平台、第二支撑及转载装置、转运小车、第七轴转载装置、第二视觉靶标，其中：
所述第一支撑装置主要用于对接装配时第一产品的支撑；
所述第一视觉靶标安装在第一产品的定位孔上，第二视觉靶标安装在第二产品的定位销；
所述六自由度并联平台用于对接时的姿态调姿；
所述转运小车作为物流设备，实现第二产品从缓存区到装配工作站的运输；
所述第七轴转载装置安装在六自由度并联平台上，负责将第二支撑及转载装置连带第二产品从转运小车转载到六自由度并联平台上，并将其锁紧。
一种航天机电产品自动化对接装配工作站的运行方法，包括如下步骤：
步骤1、系统根据生产任务，下达作业命令，将第一产品由放置到第一支撑装置上；同时，将第二支撑及转载装置连带第二产品转运至转运小车上；
步骤2、将转运小车移动至指定位置，并将转运滚杠与对接滚杠对齐，将第二支撑及转载装置连带第二产品转运至第七轴转载装置指定位置；
第七轴转载装置的夹紧装置启动，配合定位块，实现第二支撑及转载装置的锁紧；
步骤3、对接开始前，在第二产品的定位销上安装第二视觉靶标，在第一产品的定位孔上安装第一视觉靶标；放置相机及其支架，并标定好相机；
步骤4、对接开始，视觉测量系统利用第二视觉靶标和第一视觉靶标，实现实际对接面与工装面的转换；
视觉测量系统利用第二视觉靶标和第一视觉靶标获得初始位姿，并将测量结果反馈给总控系统，总控系统进行位姿解算，并将结果及调整量反馈给六自由度并联平台控制系统，六自由度并联平台控制系统控制六自由度并联平台各轴进行相应的位姿调整；
步骤5、视觉测量系统利用第二视觉靶标和第一视觉靶标将调整好的位姿进行重新测量，并与之前位姿测得量进行对比；
步骤6、重复步骤4～步骤5直到控制精度达到要求精度，且第一产品和第二产品相距第一距离时，停止调姿；
步骤7、当调姿效果不理想时，重新进行位姿调整直到调姿效果达到效果为止；当调姿效果满足要求时，拆卸第二视觉靶标和第一视觉靶标；
步骤8、第七轴转载装置启动，推动第二产品实现与第一产品的对接，当力传感器检测到力达到阈值时，停止推动；
步骤9、对接结束，各机构锁紧。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：本发明提出一种针对航天机电产品对接装配的智能对接装配工作站，实现产品对接质量稳定、对接效率提高、减少作业人员、降低劳动强度的目标，同时具有产品对接一致性好、对接效率高、柔性化强的优点。
附图说明
图1是本发明航天机电产品自动化对接装配工作站的结构示意图。
图2是本发明第二支撑及转载装置的结构示意图。
图3是本发明第七轴转载装置的结构示意图。
图4是本发明转运小车的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种基于六自由度并联平台集物料转运、自动对接、装配于一体的智能化对接装配工作站及其运行方法。
如图1所示，对接装配工作站包括第一支撑装置1、第一产品2、第一视觉靶标3、相机及其支架4、六自由度并联平台5、第二支撑及转载装置6、转运小车7、第七轴转载装置8、第二产品9、第二视觉靶标10。
所述第一产品2和第二产品9是航天机电产品的重要部件，其通过第一产品2上的销锥和第二产品9上的销孔配合实现定位，然后通过螺栓连接实现紧固；
所述第一支撑装置1主要用于对接装配时第一产品2的支撑；
所述第一视觉靶标3安装在第一产品2的定位孔上，第二视觉靶标10安装在第二产品9的定位销；
所述六自由度并联平台5用于对接时的高精度姿态调姿；
所述转运小车7作为物流设备，实现第二产品9从缓存区到装配工作站的运输；
所述第七轴转载装置8负责将第二支撑及转载装置6连带第二产品9从转运小车7转载到六自由度并联平台5上，并将其锁紧；
所述第七轴转载装置8安装在六自由度并联平台5上。
所述第一视觉靶标3第二视觉靶标10和相机及其支架4是视觉测量系统的硬件组成部分；
所述视觉测量系统的作用是实时测量两个对接工件上相应测量点的空间坐标位置，从而计算出第二产品9相对于第一产品2的姿态偏差，包括3个位移和3个姿态角，为工件姿态调整机构的软件系统提供数据链，通过软件算法的解算提供给控制系统指令，控制系统再根据每个运动方向上的调整量驱动电机进行运动轨迹调整，从而完成工件位姿的调整直至完成整个对接过程。
所述在对接之前，需要在第二产品9的定位销上安装第二视觉靶标10及在第一产品2的定位孔上安装第一视觉靶标3，视觉系统通过测量安装靶标上的圆形测量标志，获取相应的坐标信息。
如图2所示，所述第二支撑及转载装置6包括支撑架11、第一托架12、定位块13、安装板14、第二托架15和滚轮组件16；
所述支撑架11共两个，分别安装在安装板14的前后两端；
所述第一托架12和第二托架15组合在一起支撑第二产品9，其分别安装在上述两个支撑架11上；且可通过更换第一托架12和第二托架15，以达到柔性化兼容其他产品的效果；
所述定位孔13共4个，以两个为一组分别安装在安装板14的左右两侧；
所述滚轮组件16共6个，以三个为一组分别安装在安装板14的左右两侧；
如图3所示，所述第七轴转载装置8包括对接滚杠17、滚杠安装架体18、夹紧装置19、直线转载模组20和模组安装板21；
所述对接滚杠17有两个，分别平行安装在滚杠安装架体18的左右两侧；夹紧装置19安装在滚杠安装架体18上；滚杠安装架体18安装在直线转载模组20上；直线转载模组20安装在模组安装板21上；模组安装板21安装在六自由度并联平台5上；
如图4所示，所述转运小车7包括定位螺柱22、转运滚杠23和小推车24；
所述转运滚杠23有两个，分别安装在小推车24的左右两边；定位螺柱22有四个，分别布置在两个转运滚杠23的两端，起到定位第二支撑及转载装置6的作用；图中标记25表示第一托架或第二托架。
所述该智能化对接装配工作站由总控系统和设备控制系统组成，六自由度并联平台5、视觉测量系统等实时性要求高的控制由各设备控制系统自身完成，总体控制由总控系统完成，各设备之间无直接的通信；
上述智能化对接装配工作站的运行方法包括以下步骤：
(1)系统根据生产任务，下达作业命令，利用行车和专用吊具将第一产品2由人工辅助行车放置到第一支撑装置1上；
(2)同时，将第二支撑及转载装置6连带第二产品9转运至转运小车7上，并将四个定位螺柱22放置到指定的安装孔中，防止第二产品转运过程中，第二支撑及转载装置6从转运滚杠23滑出；
(3)将转运小车7推至指定位置，并将转运滚杠23与对接滚杠17对齐，将第二支撑及转载装置6连带第二产品9转运至第七轴转载装置8指定位置；
(4)第七轴转载装置8的夹紧装置19启动，配合定位块13，实现第二支撑及转载装置6的锁紧；
(5)对接开始前，在第二产品9的定位销上安装第二视觉靶标10及在第一产品2的定位孔上安装第一视觉靶标3；
(6)放置好相机及其支架4，并标定好相机；
(7)对接开始，视觉测量系统利用第二视觉靶标10和第一视觉靶标3，实现实际对接面与工装面的转换；
(8)视觉测量系统利用第二视觉靶标10和第一视觉靶标3获得初始位姿，并将测量结果反馈给总控系统，总控系统进行位姿解算，并将结果及调整量反馈给六自由度并联平台5控制系统，六自由度并联平台5控制系统控制六自由度并联平台5各轴进行相应的位姿调整；
(9)视觉测量系统利用第二视觉靶标10和第一视觉靶标3将调整好的位姿进行重新测量，并与之前位姿测得量进行对比；
(10)重复步骤(8)—(9)直到控制精度达到要求精度，且第一产品2和第二产品9相距150mm时，停止调姿；
(11)人工确认调姿效果，当调姿效果不理想时，重新进行位姿调整直到调姿效果达到效果为止；
(12)当调姿效果满足要求时，拆卸第二视觉靶标10和第一视觉靶标3；
(13)第七轴转载装置8启动，推动第二产品9实现与第一产品2的对接，当力传感器检测到力达到阈值时，停止推动；
(14)对接结束，各机构锁紧，完成螺钉安装；
(15)产品对接完成，六自由度并联平台5按照既定程序将第二支撑及转载装置6与第二产品9分离，并运动到指定位置；
(16)将转运小车7推至指定位置，并将转运滚杠23与对接滚杠17对齐，将第二支撑及转载装置6转运至转运小车7上；
将转运小车7推至指定位置，并将第二支撑及转载装置6放置到缓存区指定缓存架上。
Claims (10)
1.一种航天机电产品自动化对接装配工作站，通过第一产品(2)上的销锥和第二产品(9)上的销孔配合实现定位，其特征在于，对接装配工作站包括第一支撑装置(1)、第一视觉靶标(3)、相机及其支架(4)、六自由度并联平台(5)、第二支撑及转载装置(6)、转运小车(7)、第七轴转载装置(8)、第二视觉靶标(10)，其中：
所述第一支撑装置(1)主要用于对接装配时第一产品(2)的支撑；
所述第一视觉靶标(3)安装在第一产品(2)的定位孔上，第二视觉靶标(10)安装在第二产品(9)的定位销；
所述六自由度并联平台(5)用于对接时的姿态调姿；
所述转运小车(7)作为物流设备，实现第二产品(9)从缓存区到装配工作站的运输；
所述第七轴转载装置(8)安装在六自由度并联平台(5)上，负责将第二支撑及转载装置(6)连带第二产品(9)从转运小车(7)转载到六自由度并联平台(5)上，并将其锁紧。
2.根据权利要求1所述的航天机电产品自动化对接装配工作站，其特征在于，所述第一视觉靶标(3)、第二视觉靶标(10)、相机及其支架(4)为视觉测量系统的组成部分，所述视觉测量系统用于实时测量两个对接工件上相应测量点的空间坐标位置，从而计算出第二产品(9)相对于第一产品(2)的姿态偏差。
3.根据权利要求2所述的航天机电产品自动化对接装配工作站，其特征在于，在对接之前，所述视觉测量系统通过测量第一视觉靶标(3)、第二视觉靶标(10)上的圆形测量标志，获取相应的坐标信息。
4.根据权利要求1所述的航天机电产品自动化对接装配工作站，其特征在于，所述第二支撑及转载装置(6)包括支撑架(11)、第一托架(12)、定位块(13)、安装板(14)、第二托架(15)和滚轮组件(16)；
所述支撑架(11)共两个，分别安装在安装板(14)的前后两端；
所述第一托架(12)和第二托架(15)组合在一起支撑第二产品(9)，其分别安装在上述两个支撑架(11)上；
所述定位块(13)共4个，以两个为一组分别安装在安装板(14)的左右两侧；
所述滚轮组件(16)共6个，以三个为一组分别安装在安装板(14)的左右两侧。
5.根据权利要求1所述的航天机电产品自动化对接装配工作站，其特征在于，所述第七轴转载装置(8)包括对接滚杠(17)、滚杠安装架体(18)、夹紧装置(19)、直线转载模组(20)和模组安装板(21)；
所述对接滚杠(17)有两个，分别平行安装在滚杠安装架体(18)的左右两侧；夹紧装置(19)安装在滚杠安装架体(18)上；滚杠安装架体(18)安装在直线转载模组(20)上；直线转载模组(20)安装在模组安装板(21)上；模组安装板(21)安装在六自由度并联平台(5)上。
6.根据权利要求1所述的航天机电产品自动化对接装配工作站，其特征在于：所述转运小车(7)包括定位螺柱(22)、转运滚杠(23)和小推车(24)；
所述转运滚杠(23)有两个，分别安装在小推车(24)的左右两边；定位螺柱(22)有四个，分别布置在两个转运滚杠(23)的两端，用于定位第二支撑及转载装置(6)。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述航天机电产品自动化对接装配工作站的运行方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、系统根据生产任务，下达作业命令，将第一产品(2)由放置到第一支撑装置(1)上；同时，将第二支撑及转载装置(6)连带第二产品(9)转运至转运小车(7)上；
步骤2、将转运小车(7)移动至指定位置，并将转运滚杠(23)与对接滚杠(17)对齐，将第二支撑及转载装置(6)连带第二产品(9)转运至第七轴转载装置(8)指定位置；
第七轴转载装置(8)的夹紧装置(19)启动，配合定位块(13)，实现第二支撑及转载装置(6)的锁紧；
步骤3、对接开始前，在第二产品(9)的定位销上安装第二视觉靶标(10)，在第一产品(2)的定位孔上安装第一视觉靶标(3)；放置相机及其支架(4)，并标定好相机；
步骤4、对接开始，视觉测量系统利用第二视觉靶标(10)和第一视觉靶标(3)，实现实际对接面与工装面的转换；
视觉测量系统利用第二视觉靶标(10)和第一视觉靶标(3)获得初始位姿，并将测量结果反馈给总控系统，总控系统进行位姿解算，并将结果及调整量反馈给六自由度并联平台控制系统，六自由度并联平台控制系统控制六自由度并联平台(5)各轴进行相应的位姿调整；
步骤5、视觉测量系统利用第二视觉靶标(10)和第一视觉靶标(3)将调整好的位姿进行重新测量，并与之前位姿测得量进行对比；
步骤6、重复步骤4～步骤5直到控制精度达到要求精度，且第一产品(2)和第二产品(9)相距第一距离时，停止调姿；
步骤7、当调姿效果不理想时，重新进行位姿调整直到调姿效果达到效果为止；当调姿效果满足要求时，拆卸第二视觉靶标(10)和第一视觉靶标(3)；
步骤8、第七轴转载装置(8)启动，推动第二产品(9)实现与第一产品(2)的对接，当力传感器检测到力达到阈值时，停止推动；
步骤9、对接结束，各机构锁紧。
8.根据权利要求7所述航天机电产品自动化对接装配工作站的运行方法，其特征在于，所述步骤5中，当第一产品(2)和第二产品(9)相距150mm时，停止调姿。
9.根据权利要求7所述航天机电产品自动化对接装配工作站的运行方法，其特征在于，所述步骤1中，将第二支撑及转载装置(6)连带第二产品(9)转运至转运小车(7)上，并将四个定位螺柱(22)放置到指定的安装孔中。
10.根据权利要求7所述航天机电产品自动化对接装配工作站的运行方法，其特征在于，产品对接完成后，六自由度并联平台(5)将第二支撑及转载装置6与第二产品(9)分离，并运动到指定位置；转运小车(7)移动至指定位置，并将转运滚杠(23)与对接滚杠(17)对齐，将第二支撑及转载装置(6)转运至转运小车(7)上。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210006 Qinhuai District, Nanjing City, Jiangsu province No.1 School Road Applicant after: NANJING CHENGUANG GROUP Co.,Ltd. Applicant after: JIANGSU JINLING INSTITUTE OF INTELLIGENT MANUFACTURING Co.,Ltd. Address before: Qinhuai District of Nanjing city in Jiangsu province is 210006 Road No. 1 Applicant before: JIANGSU JINLING INSTITUTE OF INTELLIGENT MANUFACTURING Co.,Ltd. Applicant before: NANJING CHENGUANG GROUP Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |