CN113977185B - 一种圆形截面管道通用柔性夹持系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆形截面管道通用柔性夹持系统，包括中空立柱、夹持突起和控制器、定位底座、轮廓扫描仪和初定位圆柱平台，在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量，并将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机，下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。本发明的技术方案可适用于不同口径、不同形状的圆形截面管道的夹持作业，也可完成不同作业场合下对圆形截面管道内壁或外壁的夹持作业。

Description

一种圆形截面管道通用柔性夹持系统

技术领域

本发明涉及一种管道夹持领域，特别涉及一种圆形截面管道通用柔性夹持系统。

背景技术

管道的应用市场广泛，且种类繁多，根据应用场景不同，对管道夹持部位也随之不同。目前，市场上管道夹持装置多种多样，申请号为CN202021675166.0的专利公开了一种焊接辅助固定夹具，其通过调节压杆压紧压条完成对焊接管道外壁的夹持，但该夹持只可实现管道与压条的线性接触，且仅依靠手工调节提高两管道焊口的同心度。申请号为CN202120266969.9的专利公开了一种适用于不等管径的管道夹持装置，通过夹紧组件实现对管道的夹取，通过增设组件实现对不等口径的管道的夹紧作业，但该发明只能对管道的外壁进行夹持，当需对管道夹持部位进行作业如焊缝焊接时，需要改变装置夹持位置，这无形中就影响了管道的定位精度。申请号为CN202120310361.1的专利公开了一种给排水用管道连接固定夹具，其只适用于两个管道对接时使用，在需要管道定位作业时无法满足精确定位的要求，且无法适应异径管道的夹持作业。

发明内容

本发明为解决上述技术方案存在的不足，提供了一种圆形截面管道通用柔性夹持系统，本发明的技术方案可适用于不同口径、不同形状的圆形截面管道的夹持作业，也可完成不同作业场合下对圆形截面管道内壁或外壁的夹持作业。

在某种实施例中，一种圆形截面管道通用柔性夹持系统，包括中空立柱、夹持突起、控制器，所述中空立柱间隔一定距离的纬圆上圆周阵列有通孔，所述夹持突起通过所述通孔与所述中空立柱贯穿连接，所述夹持突起包括进给部和夹持部，所述进给部端部连接有夹持部，所述控制器控制所述进给部沿垂直于所述中空立柱中心轴线的方向向内或向外进给以带动所述夹持部完成对管道外壁或者内壁的夹持作业，每个进给部对应一个动力端提供进给的动力。

在某种实施例中，所述进给部为可伸缩机构，所述控制器通过改变进给部的伸缩长度从而改变夹持部沿垂直于所述中空立柱中心轴线的方向向内或向外的进给位移。

在某种实施例中，所述进给部为不可伸缩机构，所述进给部由进给通道和进给件组成，所述进给件一端与所述夹持部连接，所述进给件在进给通道内移动带动所述夹持部移动。

在某种实施例中，圆形截面管道通用柔性夹持系统还包括定位底座，其可更好的保证等口径管道与中空立柱的同心度，用户可根据需要选择是否使用定位底座。所述定位底座包括定位凸台和中心凸台，所述定位凸台为中间开设有同心孔的圆柱，所述定位凸台的外径与所述中空立柱的内径相配合用于将所述中空立柱定位，所述中心凸台为与所述同心孔相配合的圆柱，所述中心凸台上设有管道定位机构，所述管道定位机构用于对管道进行初步定位。

在某种实施例中，所述管道定位机构包括多个收缩臂，所述收缩臂呈圆周阵列在所述中心凸台上，所述收缩臂外端部设有与所述管道内壁相切的支撑球，所述管道定位机构的高度和支撑球外接圆直径可通过所述控制器调节，用于满足对不同直径的管道的定位的直径的定位。

在某种实施例中，所述进给部上设有滑块，所述进给通道内表面设有与滑块配合的滑轨。

在某种实施例中，所述进给部外表面与所述进给通道的内表面设置相配合的螺纹。

在某种实施例中，控制器包括上位机和下位机，两者之间可通信，上位机可对管道的类型及夹持部位进行选型，并可对管道的内径、外径等参数进行设置，也可计算出相应进给部的进给位移以及收缩臂的收缩量，并将进给位移和收缩量传至下位机，下位机控制相应动力端改变对应进给部的进给位移以及收缩臂的收缩量完成管道夹持作业。

在某种实施例中，圆形截面管道通用柔性夹持系统还包括轮廓扫描仪和初定位圆柱平台，初定位圆柱平台台面刻有以台面中心为圆点的初定位极坐标，使用时，将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，通过轮廓扫描仪获取管道轮廓的点云，并将物体轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行轮廓点提取，并根据提取的轮廓点计算出不同位置夹持突起的夹持部的进给位移以完成对物体的夹持作业，当管道为等口径管道时，各夹持突起的进给位移均一致；当管道为异径管道时，可根据轮廓扫描仪获取点云并由控制器上位机获取各夹持突起的进给位移。

一种圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，包括对等口径管道夹持控制方法和对异径管道夹持控制方法。

在某种实施例中，对等口径管道夹持控制方法步骤如下：

S1：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

S2：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量；

S3：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

S4：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。

在某种实施例中，当对等口径管道内壁进行夹持作业时，在上位机上输入等口径管道内径尺寸Din或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道内径尺寸Din，选用的中空立柱的外径Dout小于等口径管道的内径，调整所述中心凸台的高度使其沿所述定位凸台轴线方向外露于所述定位凸台外侧，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，将所述等口径管道套设于所述中心凸台外侧，根据等口径管道内径尺寸调整所述收缩臂从而使所述支撑球与所述等口径管道内壁相切，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道内壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

。

在某种实施例中，当对等口径管道外壁进行夹持作业时，S2中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：在上位机上输入等口径管道外径尺寸Dout或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道外径尺寸Dout，选用的中空立柱的内径Din大于等口径管道的外径，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，使中心凸台保持初始状态，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道外壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

。

在某种实施例中，对异径管道夹持控制方法步骤如下：

P1：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

P2：将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，通过轮廓扫描仪获取物体轮廓点云以及初定位圆柱平台上初定位极坐标的刻度线轮廓；

P3：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量、圆柱面和圆周阵列面与所述初定位极坐标的相对位置；

P4：根据所述相对位置对所述中空立柱进行定位；

P5：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

P6：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。

在某种实施例中，当对异径管道内壁进行夹持作业时，步骤P3中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：通过轮廓扫描仪获取异径管道内壁轮廓的点云，并将异径管道内壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行内壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据内壁的轮廓点云计算出异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，选取中空立柱的外径尺寸Dout小于或者等于该异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，

上位机以所选取的中空立柱的外径尺寸Dout为直径自动模拟出一个置于异径管道内壁轮廓点云内部的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最小圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱外径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道内壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道内壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道内壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

。

在某种实施例中，当对异径管道外壁进行夹持作业时，步骤P3中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：通过轮廓扫描仪获取异径管道外壁轮廓的点云，并将异径管道外壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行外壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据外壁的轮廓点云计算出异径管道外壁的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，选取中空立柱的内径尺寸Din大于或者等于该异径管道的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，

上位机以所选取的中空立柱的内径尺寸Din为直径自动模拟出一个包围在异径管道外壁轮廓点云的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最大圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱内径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道外壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道外壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道外壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

。

附图说明

图1为一种圆形截面管道通用柔性夹持系统的示意图；

图2为夹持突起示意图；

图3为定位底座示意图；

图4为收缩组示意图；

图5为夹持管道外壁时的俯视图；

图6为夹持突起圆周阵列在中空立柱外侧时的示意图；

图7为夹持管道内壁时的俯视图；

图8为夹持突起的进给部向内、外两侧延伸的俯视示意图；

1-中空立柱、2-夹持突起、3-定位底座、4-控制器、5-等口径管道、21-进给部、22-夹持部、

31-定位凸台、32-中心凸台、33-管道定位机构、331-收缩组、332-凹槽、

3311-第一收缩臂、3312-第二收缩臂、3313-支撑臂、41-上位机、42-下位机。

具体实施方式

实施例一：

本实施例中，夹持部为可伸缩机构，夹持对象为等口径管道的外壁。

参见图1，一种圆形截面管道通用柔性夹持系统包括中空立柱1，夹持突起2，定位底座3和控制器4，中空立柱1间隔一定距离的纬圆上圆周阵列有通孔，所述夹持突起2通过通孔与中空立柱1贯穿连接。

参见图2，夹持突起2包括可伸缩进给部21和夹持部22，可伸缩进给部21可为收缩气缸、节式收缩杆，本实施例中，为便于观察，进给部21的示意图为参见图2所示的节式收缩杆，每个进给部21对应一个动力端，动力端可为收缩杆21提供伸缩的动力，动力端可为人工或者电机等。

参见图3，定位底座3包括定位底座包括定位凸台31和中心凸台32，定位凸台31为中间开设有同心孔的圆柱，定位凸台31的外径与中空立柱1的内径相配合用于将所述中空立柱定位，中心凸台32为与同心孔相配合的圆柱，中心凸台32上圆周阵列有管道定位机构33，管道定位机构33用于对管道进行初步定位。

参见图4，管道定位机构33包括多个收缩组331，每个收缩组331包括第一收缩臂3311、第二收缩臂3312和一个支撑臂3313，第一收缩臂3311和第二收缩臂3312呈上下垂直排列，支撑臂3313的两端各与第一收缩臂3311、第二收缩臂3312的一端相连接，中心凸台32上圆周阵列有与收缩组331对应的凹槽332，收缩组331初始状态下处于凹槽332内。

控制器4包括上位机41和下位机42，两者之间可通信，上位机可对管道的类型进行选型，并可对管道的内径、外径、空中立柱的内径等参数进行设置，并计算出相应进给部21以及第一收缩臂3311和第二收缩臂3312的收缩量，并将相应收缩量传至下位机42，从而下位机42控制相应动力端改变对应进给部21的收缩量以及第一收缩臂3311和第二收缩臂3312的收缩量完成管道夹持作业。

本实施例是对等口径管道外壁进行夹持，使用时，选用的中空立柱1的内径大于管道的外径；

首先将管道套设在收缩组331外围；

上位机41对管道类型及夹持部位进行选型，并设置好管道的内径、外径、中空立柱的直径；

上位机41根据管道的内径大小确定第一收缩臂3311和第二收缩臂3312的收缩量从而对管道的内径进行支撑；

上位机41根据中空立柱1的内径以及管道的外径确定进给部21向内所需的进给位移；

将中空立柱1套设在定位凸台31外侧，下位机42接收到上位机41传来的位移信息并指示相应的夹持突起的进给部21向中空立柱1内侧进给相应的位移量以完成对等口径管道5外壁的夹持作业，夹持管道外壁的俯视图参见图5。

实施例二：

夹持部为可伸缩机构，夹持对象为等口径管道的内壁。

参见图6，当需要夹持等口径管道内壁时，夹持突起2圆周阵列在中空立柱1外侧间隔一定距离的纬圆上，夹持等口径管道内壁时，使用时，选用的中空立柱1的外径大于管道的内径；

首先将管道套设在收缩组331外围；

上位机41对管道类型及夹持部位进行选型，并设置好管道的内径、中空立柱的外径等参数；

上位机41根据管道的内径大小确定第一收缩臂3311和第二收缩臂3312的收缩量从而对管道的内径进行支撑；

上位机41根据中空立柱1的外径以及管道的内径确定进给部21向内所需的进给位移；

将中空立柱1套设在定位凸台31外侧，下位机42接收到上位机41传来的位移信息并指示相应的夹持突起的进给部21向中空立柱1外侧进给相应的位移量以完成对等口径管道5内壁的夹持作业，夹持管道内壁的俯视图参见图7。

实施例三：

本实施例中，夹持突起2贯穿中空立柱1上的通孔，即可沿垂直于中空立柱1中心轴的方向向内进给完成对等口径管道外壁的夹持作业，也可沿垂直于中空立柱1中心轴的方向向外进给完成对等口径管道内壁的夹持作业。

实际中，夹持突起的进给部可为向内、外两者方面收缩的可收缩机构，如节式收缩杆，也可为能够向内、外移动的不可伸缩机构，如螺杆、螺纹连接。

为便于读者理解，图8为进给部为节式收缩杆的向内、外两侧延伸的俯视示意图，具体实施方式已在实施例一和实施例二中记载，再此不做过多描述。

实施例四：

本实施例中，夹持突起的进给部为不可伸缩机构。夹持突起由进给部和夹持部组成，进给部包括进给通道和进给件，进给通道和进给件可为螺纹连接，也可为滑动连接。

当进给通道与进给件为螺纹连接时，进给通道可为内表面设置有螺纹的中空筒状圆柱体，进给件可为外表面设置有螺纹的圆柱体，进给件端部连接有夹持部，通过进给件在进给通道内螺纹移动带动夹持部的移动完成对管道的夹持作业。

当进给通道与进给件为滑动连接时，进给通道可为内设滑轨的中空通道，进给件可为与滑轨配合使用的滑块，滑块的端部连接有夹持部，通过滑块在滑轨上移动带动夹持部的移动完成对管道的夹持作业。

实施例五：

圆形截面管道通用柔性夹持系统还包括轮廓扫描仪和初定位圆柱平台，初定位圆柱平台台面刻有以台面中心为圆点的初定位极坐标，使用时，将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，通过轮廓扫描仪获取管道轮廓的点云，并将物体轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行轮廓点提取，并根据提取的轮廓点计算出不同位置夹持突起的夹持部的进给位移以完成对物体的夹持作业，当管道为等口径管道时，各夹持突起的进给位移均一致；当管道为异径管道时，可根据轮廓扫描仪获取点云并由控制器上位机获取各夹持突起的进给位移。

其具体实施方式为：

本实施例中，对等口径管道夹持控制方法步骤如下：

S1：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

S2：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量；

S3：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

S4：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。

本实施例中，当对等口径管道内壁进行夹持作业时，在上位机上输入等口径管道内径尺寸Din或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道内径尺寸Din，选用的中空立柱的外径Dout小于等口径管道的内径，调整所述中心凸台的高度使其沿所述定位凸台轴线方向外露于所述定位凸台外侧，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，将所述等口径管道套设于所述中心凸台外侧，根据等口径管道内径尺寸调整所述收缩臂从而使所述支撑球与所述等口径管道内壁相切，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道内壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

。

本实施例中，当对等口径管道外壁进行夹持作业时，S2中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：在上位机上输入等口径管道外径尺寸Dout或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道外径尺寸Dout，选用的中空立柱的内径Din大于等口径管道的外径，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，使中心凸台保持初始状态，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道外壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

。

本实施例中，对异径管道夹持控制方法步骤如下：

P1：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

P2：将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，通过轮廓扫描仪获取物体轮廓点云以及初定位圆柱平台上初定位极坐标的刻度线轮廓；

P3：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量、圆柱面和圆周阵列面与所述初定位极坐标的相对位置；

P4：根据所述相对位置对所述中空立柱进行定位；

P5：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

P6：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。

本实施例中，当对异径管道内壁进行夹持作业时，步骤P3中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：通过轮廓扫描仪获取异径管道内壁轮廓的点云，并将异径管道内壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行内壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据内壁的轮廓点云计算出异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，选取中空立柱的外径尺寸Dout小于或者等于该异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，

上位机以所选取的中空立柱的外径尺寸Dout为直径自动模拟出一个置于异径管道内壁轮廓点云内部的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最小圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱外径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道内壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道内壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道内壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

。

本实施例中，当对异径管道外壁进行夹持作业时，步骤P3中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：通过轮廓扫描仪获取异径管道外壁轮廓的点云，并将异径管道外壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行外壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据外壁的轮廓点云计算出异径管道外壁的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，选取中空立柱的内径尺寸Din大于或者等于该异径管道的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，

上位机以所选取的中空立柱的内径尺寸Din为直径自动模拟出一个包围在异径管道外壁轮廓点云的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最大圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱内径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道外壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道外壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道外壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

。

Claims (7)

1.一种圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于：所述夹持系统包括中空立柱、夹持突起、定位底座、轮廓扫描仪、初定位圆柱平台和控制器，所述中空立柱间隔一定距离的纬圆上圆周阵列有通孔，所述夹持突起通过所述通孔与所述中空立柱贯穿连接，所述夹持突起包括进给部和夹持部，所述进给部端部连接有夹持部，所述定位底座包括定位凸台和中心凸台，所述定位凸台为中间开设有同心孔的圆柱，所述定位凸台的外径与所述中空立柱的内径相配合用于将所述中空立柱定位，所述中心凸台为与所述同心孔相配合的圆柱，所述中心凸台与所述定位凸台的相对高度可调，所述中心凸台上设有管道定位机构，所述管道定位机构包括多个收缩臂，所述收缩臂呈圆周阵列在所述中心凸台上，所述收缩臂外端部设有与所述管道内壁相切的支撑球，所述管道定位机构的高度和支撑球外接圆直径可通过所述控制器调节，用于满足对不同直径管道的定位，所述初定位圆柱平台台面刻有以台面中心为圆点的初定位极坐标，使用时，将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，所述控制器包括上位机和下位机，上位机可进行管道类型和夹持部位的选型及相关参数设置，并将信息传至下位机，下位机计算出所述进给部的进给位移，并控制所述进给部沿垂直于所述中空立柱中心轴线的方向向内进给以带动所述夹持部完成对管道外壁的夹持作业，也可沿垂直于所述中空立柱中心轴线的方向向外进给以带动所述夹持部完成对管内壁的夹持作业；所述控制方法包括对等口径管道夹持控制方法和对异径管道夹持控制方法，对等口径管道夹持控制方法步骤如下：

S1：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

S2：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量；

S3：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

S4：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业；

对异径管道夹持控制方法步骤如下：

P0：在上位机上对管道类型和夹持部位进行选型；

P1：将管道放置于所述初定位圆柱平台台面上，通过轮廓扫描仪获取物体轮廓点云以及初定位圆柱平台上初定位极坐标的刻度线轮廓；

P2：控制器根据管道类型和夹持部位确定各夹持突起的进给位移量、圆柱面和圆周阵列面与所述初定位极坐标的相对位置；

P3：根据所述相对位置对所述中空立柱进行定位；

P4：将各夹持突起的进给位移量传至控制器的下位机；

P5：下位机指示相应的进给部完成对应的进给位移量从而完成圆形截面管道的夹持作业。

2.如权利要求1所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于，所述进给部为可伸缩机构，所述控制器通过改变进给部的伸缩长度从而改变夹持部沿垂直于所述中空立柱中心轴线的方向向内或向外的进给位移。

3.如权利要求1所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于，所述进给部为不可伸缩机构，所述进给部由进给通道和进给件组成，所述进给件一端与所述夹持部连接，所述进给件在进给通道内移动带动所述夹持部移动。

4.如权利要求3所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于，所述进给部上设有滑块，所述进给通道内表面设有与滑块配合的滑轨。

5.如权利要求3所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于，所述进给部外表面与所述进给通道的内表面通过螺纹配合连接。

6.如权利要求1所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于：所述S2中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：

S21：当对等口径管道内壁进行夹持作业时，在上位机上输入等口径管道内径尺寸Din或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道内径尺寸Din，选用的中空立柱的外径Dout小于等口径管道的内径，调整所述中心凸台的高度使其沿所述定位凸台轴线方向外露于所述定位凸台外侧，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，将所述等口径管道套设于所述中心凸台外侧，根据等口径管道内径尺寸调整所述收缩臂从而使所述支撑球与所述等口径管道内壁相切，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道内壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

；

S22：当对等口径管道外壁进行夹持作业时，在上位机上输入等口径管道外径尺寸Dout或者利用轮廓扫描仪测量出等口径管道外径尺寸Dout，选用的中空立柱的内径Din大于等口径管道的外径，将所述中空立柱套设在所述定位凸台上，使中心凸台保持初始状态，初始状态下夹持部相对于中空立柱中心的距离为D1，则夹持等口径管道外壁时夹持突起的进给部的进给位移量D为：

。

7.如权利要求1所述的圆形截面管道通用柔性夹持系统的控制方法，其特征在于：所述P2中各夹持突起的进给位移量计算步骤如下：

P21：当对异径管道内壁进行夹持作业时，通过轮廓扫描仪获取异径管道内壁轮廓的点云，并将异径管道内壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行内壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据内壁的轮廓点云计算出异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，选取中空立柱的外径尺寸Dout小于或者等于该异径管道的最小圆形截面的内径尺寸Dmin，

上位机以所选取的中空立柱的外径尺寸Dout为直径自动模拟出一个置于异径管道内壁轮廓点云内部的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最小圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱外径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道内壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道内壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道内壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

；

P22：当对异径管道外壁进行夹持作业时，通过轮廓扫描仪获取异径管道外壁轮廓的点云，并将异径管道外壁轮廓点云通过通信协议上传至控制器，控制器进行外壁轮廓点提取，步骤如下：

上位机根据外壁的轮廓点云计算出异径管道外壁的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，选取中空立柱的内径尺寸Din大于或者等于该异径管道的最大圆形截面的内径尺寸Dmax，

上位机以所选取的中空立柱的内径尺寸Din为直径自动模拟出一个包围在异径管道外壁轮廓点云的圆柱面，所述圆柱面与所述异径管道的最大圆形截面同心，所述圆柱面相当于虚拟的中空立柱内径所在的圆柱面，

进行轮廓线提取：上位机在所述圆柱面上自动模拟出第一层夹持突起所在纬圆的位置高度，并以两相邻布置有夹持突起的纬圆的纵向间距L为基准进行异径管道外壁轮廓的轮廓线提取：以所述第一层夹持突起所在纬圆所在面为参考基准面，依次提取纵向间距为L的基准面，提取出所述基准面与所述异径管道外壁轮廓点云重合的轮廓线，

进行夹持点提取：上位机根据中空立柱同一纬圆上夹持突起的个数N以及夹持突起的实际角度位置自动生成N个垂直于所述圆柱面的圆周阵列面，各圆周阵列面与所述轮廓线的交界点即相当于夹持突起夹持异径管道外壁时的夹持点，

计算各夹持部的进给位移量：以布置有夹持突起纬圆的中心点为原点O依次建立2D极坐标系，设同一极角下对应的夹持部的原始极径为D1，对应的所述夹持点的极径为D2，则对应的夹持部的进给位移量D为：

。

Images