CN114749859A - 一种智能组队门架 - Google Patents

Abstract

本发明属于组队门架技术领域，具体为一种智能组队门架，包括第一门架支腿和第二门架支腿，所述第一门架支腿纵向固定设置在所述第二门架支腿的左端，所述第一门架支腿和第二门架支腿之间横向固定设置有门架主梁，所述门架主梁的上端固定设置有小车运行轨道，所述小车运行轨道的上端滑动设置有智能小车，所述智能小车的下端固定设置有自动夹具，所述第二门架支腿的两侧固定设置有对称的梯子平台，所述第一门架支腿的后端固定设置有运行机构，所述运行机构的上端固定设置有自动划线机，整个操作流程简单，对H型钢材搬运和转移更加简单，大大提高了转运的效率。

Description

一种智能组队门架

技术领域

本发明涉及组队门架技术领域，具体为一种智能组队门架。

背景技术

智能组对门架用于海洋平台甲板片体结构的H型钢组对，为H型钢与相关结构焊接提供定位装配，作为平面分段生产流水线装焊工场的自动化焊接工位的结构型材抓取、运输和安装组对。

该智能组对门架是一种新型的自动化操作装置，主要针对H型钢的组对就位，实现从H型钢托盘中，自动抓取并放置H型钢到指定区域，并实现包括型钢识别、抓取、旋转方向、送至指定区域、收放等整个过程实现无人的全自动化操作，智能组对门架主要由门架结构、自动抓取小车、地面运行机构、电气设备等主要部分和安全围栏、照明报警等附属部分组成，组对门架由两侧支腿运行机构沿的地面固定轨道运行，组对门架主梁上配置自动抓取小车，小车可沿主梁长度方向轨道运行。通过门架的纵向行走系统，小车横移系统，组对门架可覆盖流水线自动焊接工位的100m×24m全部工作区域。

目前海洋平台甲板上当需要对H型钢进行搬运或者转移时，操作比较困难，需要花费大量的人力物力，且转移的效率低，影响工程的进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能组队门架，以解决上述背景技术中提出的目前海洋平台甲板上当需要对H型钢进行搬运或者转移时，操作比较困难，需要花费大量的人力物力，且转移的效率低，影响工程的进行的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能组队门架，包括第一门架支腿和第二门架支腿，所述第一门架支腿纵向固定设置在所述第二门架支腿的左端，所述第一门架支腿和第二门架支腿之间横向固定设置有门架主梁，所述门架主梁的上端固定设置有小车运行轨道，所述小车运行轨道的上端滑动设置有智能小车，所述智能小车的下端固定设置有自动夹具，所述第二门架支腿的两侧固定设置有对称的梯子平台，所述第一门架支腿的后端固定设置有运行机构，所述运行机构的上端固定设置有自动划线机，所述小车运行轨道的上端且位于智能小车和自动划线机之间固定设置有小车和划线机拖链。

优选的，所述第一门架支腿和第二门架支腿均采用倒T字型焊接箱型结构，所述第一门架支腿和第二门架支腿与门架主梁刚性连接，所述第一门架支腿和第二门架支腿分立柱和下横梁，支腿立柱上部法兰板与主梁法兰板用高强度螺栓连接，支腿立柱下部法兰板与支腿下横梁法兰板用高强度螺栓连接。

优选的，所述门架主梁为焊接矩形单箱体梁，两端下部设置法兰板与第一门架支腿和第二门架支腿螺栓连接。

优选的，所述自动划线机由划线机运行驱动、划线机安装架、划线机升降、划线机油墨控制组成。

优选的，所述智能小车由小车架、小车运行机构、提升机构、旋转调整机构、电气控制、监控识别系统组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

组对门架是海洋油气生产平台单层甲板片体生产线中的一个重要工位，组对门架高度集成自动化，可实现工件识别、寻位、抓取、提升、旋转、定位、装配组对等运行控制，具备全面检测感知、自动识别对比、系统自主寻位、自动路径规划、多机构联合动作协同控制、最优决策运算及检测反馈、组对过程各相关点载荷检测控制等集成控制功能。组对门架的控制系统可与外界生产管理系统数据接口互联和数据共享，与生产线其它工位数据互联共赏，控制中心可实时检测监控组对门架在结构组对过程中的运作情况。组对门架与外界控制系统和车间MES系统无线连接，操作人员也可以在远离施工现场的情况下，由MES系统上位机远程控制组对门架作业运行，整个操作流程简单，对H型钢材搬运和转移更加简单，大大提高了转运的效率。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为图1的左视结构示意图；

图3为该组队门架主要技术参数图。

图中：1第一门架支腿、2第二门架支腿、3门架主梁、4智能小车、5自动夹具、6梯子平台、7运行机构、8自动划线机、9小车运行轨道、10小车或划线机拖链。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种智能组队门架，包括第一门架支腿1和第二门架支腿2，第一门架支腿1纵向固定设置在第二门架支腿2的左端，第一门架支腿1和第二门架支腿2之间横向固定设置有门架主梁3，门架主梁3的上端固定设置有小车运行轨道9，小车运行轨道9的上端滑动设置有智能小车4，智能小车4的下端固定设置有自动夹具5，第二门架支腿2的两侧固定设置有对称的梯子平台6，第一门架支腿1的后端固定设置有运行机构7，运行机构7的上端固定设置有自动划线机8，小车运行轨道9的上端且位于智能小车4和自动划线机8之间固定设置有小车和划线机拖链10。

第一门架支腿1和第二门架支腿2均采用倒T字型焊接箱型结构，第一门架支腿1和第二门架支腿2与门架主梁3刚性连接，第一门架支腿1和第二门架支腿2分立柱和下横梁，支腿立柱上部法兰板与主梁法兰板用高强度螺栓连接，支腿立柱下部法兰板与支腿下横梁法兰板用高强度螺栓连接。

门架主梁3为焊接矩形单箱体梁，两端下部设置法兰板与第一门架支腿1和第二门架支腿2螺栓连接。

自动划线机8由划线机运行驱动、划线机安装架、划线机升降、划线机油墨控制组成。

智能小车4由小车架、小车运行机构、提升机构、旋转调整机构、电气控制、监控识别系统组成。

该组对门架设备主要将H型钢的组对就位，即实现从H型钢托盘中，自动抓取并放置H型钢到指定位，主要功能和作业技术参数：

(1)H型钢最大长度：12000mm；

(2)H型钢的主要规格：H150-H800mm各类H型钢(GB)；

(3)吊具或夹具可以多角度旋转；

(4)被吊物定位精度不低于±5mm；

(5)智能组对门架必须覆盖所有机器人焊接工位，并不得与机器人门架等其他设备设施有干涉；

(6)吊具收取后，须有专门存储吊具的工装；

(7)对型钢可以自动识别、抓取；

(8)吊装以及行车行走过程中，对工作环境自动辨识，确保施工安全；

(9)型钢的识别、抓取、旋转、行走运输、环境识别、吊具收取、以及设备状态等信息实时采集并传输至生产执行系统；

(10)主要的配件须采用国际知名品牌，保证运行可靠性；有安全冗余装置，保证运行安全；

(11)支持手工遥控与全自动两种模式；

(12)乙方负责根据国家相关规定，进行智能组对门架的相关取证工作；

(13)其管理及控制由生产执行系统统一执行；

(14)吊装组对过程中，要做到避免因碰撞而造成母材、坡口等位置的损伤，要保证后续焊接机器人焊接时所须的基本条件；

(15)智能行吊设备可以对甲板板进行自动划线，画线位置的选择要合理，避免出现视线盲区；

(16)划线完成后，门架系统给出型材的摆放工艺流程，并把工艺数据传输给设备控制系统；

(17)门架系统可对型钢进行自动扫描、读码，按照工艺要求，自动找出符合条件的型材，扫描精度±1mm；

(18)安装激光扫描测量仪，计算物料三维位置；

(19)按工艺顺序自动识别并在能合理调节误差的基础上，抓取型材；

(20)根据不同的型材规格配有多套吊具，保证适合150mm≤H≤800mm型材的吊装；

(21)根据不同型材提供2套试验转运托盘，数量及尺寸满足甲方生产和安全存放要求，托盘下方高度高于转运AGV小车高度，宽度大于AGV小车宽度；

(22)吊具控制：进行吊具统一调度；

(23)具有现场视频监控功能：对现场环境进行全方面视频监控，在中控室显示。

组对门架主要钢结构包括：门架支腿、门架主梁、小车架、划线机安装架；

金属结构主要采用板梁结构，其强度、刚度、稳定性和焊接制作性能等方面均满足设计规范和使用要求。各传动机构安装在金属结构上；

门架支腿

门架支腿腿采用倒T字型焊接箱型结构。门架支腿与门架主梁刚性连接，门架支腿分立柱和下横梁，支腿立柱上部法兰板与主梁法兰板用高强度螺栓联接，支腿立柱下部法兰板与支腿下横梁法兰板用高强度螺栓联接；

门架支腿主要结构材料为：Q235；

门架支腿焊接箱型结构内部设有电气穿线孔，主梁到运行机构的驱动及其他控制检测线路都布置在箱体内；

门架支腿下横梁两端设有门架运行机构座，运行机构座须机加工控制装配精度，门架支腿与主梁联接法兰板、立柱下横梁法兰板都需要机加工控制装配精度。在有限的情况下，联接法兰板可通过中间垫片消除装配误差；

门架支腿下横梁上设有平台、斜梯和直梯，平台可以放置电控接线柜和人工操作台，司机和检修人员可从地面，通过斜梯进入作业平台；

门架主梁

门架主梁为焊接矩形单箱体梁，两端下部设置法兰板与门架支腿螺栓连接；

门架主梁主要结构材料为：Q235；

主梁顶面设有两根小车轨道，供小车运行，一根小车轨道侧面设有驱动用的齿条，两端设有小车车挡；

主梁一侧面设有两根划线机直线导轨和一根驱动用的齿条，供划线机运行，两端设有划线机车挡；

小车电缆拖链和划线机电缆拖链布置在主梁顶面，主梁中部顶面设有拖链电缆穿线孔；

门架主梁强度和刚度满足使用要求，门架主梁设有预拱，以保证划线机沿主梁运行时的水平性；

门架主梁为焊接矩形箱梁，在内部设有电气控制柜和电气元件；

小车架

小车车架是小车各机构的安装基座。小车车架的各部分主要为板材焊接的组合结构，具有足够的强度和刚度，保证小车架受载后不致影响各机构的正常工作；

小车架分沿主梁方向的小纵梁和垂直主梁方向的小横梁；

小车架主要结构材料为：Q235；

划线机安装架

划线机安装架主要由主桁结构组成。主要机构传动部件固定的安装架上；

划线机安装架是主要受载构件，桁架由50*50方管焊接结构，材料为Q235；

主要机构

组对门架主要传动机构包括：智能小车，门架运行机构，自动划线机等；

智能小车运行和和门架运行可同步进行；

划线机运行和和门架运行可同步进行；

其他机构不可同时进行，只能可分步进行；

智能小车

智能小车具备实施H型钢的识别、抓取、旋转、调整、运输和安装等功能，是组对门架核心部件；

智能小车由小车架、小车运行机构、提升机构、旋转调整机构、电气控制、监控识别系统等组成；

小车运行机构

智能小车布置门架主梁上，可沿主梁顶部的两根轨道直线移动，运行区间为主梁范围，小车运行机构、升降机构、旋转机构结合门架运行机构可实现工位全方位三维运动；

小车运行为双轨4个车轮支承，4个车轮布置在小车四角，均为从动轮，驱动机构为单驱动形式，其中一侧轨道上布置齿轮齿条，由一台伺服电机驱动，伺服电机带制动器可实现驱动和制动驻车；

小车运行机构两侧每端安装水平导向轮机构，防止车轮侧向横移造成的位置误差；

小车导轨两端分别装有限位开关和缓冲器，防止小车冲出导轨极限位置；

提升机构

提升机构采用3套直线滚珠螺杆转动，主要由伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨组成；

提升机构的3套升降螺杆，同步升降，共同抬升夹具和H型钢，每个驱动减速电机位置设置有编码器，可检测每套直线滚珠螺杆升降，保证3套升降螺杆完全同步；

每个升降机构分外固定套管和内升降套管，套管由标准方管和板材焊接而成。外套管和内套管之间设置有直线导轨，直线导轨保证内外套管直线伸缩，直线导轨承受小车的径向力，消除小车横移过程中可能存在晃动，保证起升机构可以平稳的将夹具和型钢上下移动；

旋转调整机构

旋转调整机构主要由上横梁、回转支承、旋转驱动和下转梁等组成；

上横梁上通过3销轴与升降机构的3内套管铰接，上横梁下通回转支承与下转梁连接，旋转驱动上横梁与下转梁的相对转动；

旋转驱动为伺服电机，回转支承为外齿式，伺服电机固定在上横梁上；

旋转调整机构配旋转角度编码器，为保护自动夹具的电缆，旋转机构角度限制在360°范围内；

下转梁下可加挂专用的自动夹具，通过下转梁设有4个快速安装销轴，可快速更换不同型号的自动夹具；

自动夹具

自动夹具分多型号规格；

当抓取不同型钢须夹具时，控制程序提示并指引门架运动制定位更换夹具，通过伺服推杆实现夹持固定；

门架运行机构

组对门架沿两侧支腿下的两根地面轨道运行，组对门架共4个运行车轮，分布门架四角，所有车轮均为从动轮，门架运行驱动共两个，每侧轨道一个，地面侧轨道侧面布置齿轮齿条，运行驱动由一台伺服电机驱动，伺服电机带制动器可实现驱动和制动驻车，运行驱动安装在门架轨道跨内侧；

门架运行机构由两侧的伺服电机驱动，同时安装有行程和绝对值编码器，用以门架两侧速度同步，两侧运行电机可单动，也可同步运行，正常运行时采用同步模式；

门架运行机构两侧每端安装水平导向轮机构，防止车轮侧向横移造成的位置误差；

门架导轨两端分别装有限位开关和缓冲器，防止门架冲出导轨极限位置；

自动划线机

自动划线机由划线机运行驱动、划线机安装架、划线机升降、划线机油墨控制等组成；

划线机采用快干油墨的喷涂画线，可在甲板片体面板材上喷两种以上颜色的标线；

自动划线机单独系统控制，能解析甲板片体设计图，并对甲板片体面板材进行扫描，可以扫描出板材的相对高度、长宽，板材尺寸传送给控制系统，控制系统将数据反馈给门架调度系统。门架调度系统进行分析，传送信号给自动划线装备，划线机系统控制门架运行机构、划线机运行机构和划线机升降机构，通过三维运动控制和喷头开关控制进行钢板喷划线；

划线机完成划线工作后，运行到主梁端头，避免与小车等干涉；

自动划线机布置在主梁的一侧面，可沿主梁铺设的有两根直线导轨运行机构，用齿轮齿条伺服电机驱动划线机运行，两端设有划线机车挡；

电气系统

组对门架电气系统的控制中心集中自动控制整个系统组对作业，控制系统主要由工控机、主PLC、伺服驱动器等电控设备，控制系统外接电源、配置无线通信与外部控制系统连接，由计算机自动控制所有机构运作；

组对门架电气系统与用户中控系统之间配置数据接口，操作人员可在控制中心监控并操纵整个组对门架，用户通过MES系统由中控室远程监控组对门架作业；

组对门架电气系统设计有人工干预中断和重启；

组对门架上的划线机仅由计算机按照程序自动控制对应机构运作，完成划线工作；

操作人员可携带便携式控制器，控制组对门架和小车等机构动作；

组对门架电气系统可实时记录、反馈各机构运行和检测数据。

工作原理：(1)流水线前道工序设备完成平台甲板片体面板放置到位；(2)前道工序完成信号反馈给组队门架，组对门架执行对平台甲板片体面板划线工序，此时组对门架大车运行机构驱动由划线机系统控制；(3)组对门架运行到位对甲板片体面板材进行扫描，可以扫描出板材的相对高度、长度，板材尺寸传送给控制系统，控制系统将数据反馈给门架调度系统，门架调度系统进行分析，传送信号给自动划线门架调度系统，门架调度系统进行分析，传送信号给自动划线装备，划线机系统控制门架运行机构、划线机运行机构和划线机升降机构，通过三维运动控制和喷头开关控制进行钢板喷划线，此时的小车处于主梁端头，不能与划线装备有干涉；(4)划线机完成甲板片体面板材划线后，喷头上升收起，并运行到主梁另一端头，避免与智能小车干涉，划线工序完成，并将工序完成信号反馈给组对门架，组对门架执行型材工序，此时划线机系统交回组对门架大车运行机构驱动控制，门架大车运行机构由门架组对控制；(5)智能组对门架开始H型钢组对工序，组对门架调度给出型材的摆放工艺流程，并把工艺数据传输给设备控制系统；(6)置于智能小车上的H型钢零件识别开始扫描备料区的不同H型钢，扫描时，三维激光测量型材长、宽及顶面高度，并计算出型材中心点；(7)组队门架识别系统移动到型材端部，指定位置，组队门架上方安装的二维码读码器，读取型材端部的二维码信息，获取到型材规格型号和零件编号，用于核对零件编号和型材型号及尺寸；(8)按组对门架调度系统给出的装配组对次序和工艺要求，找出对应的的型材，按工艺顺序抓取对应H型钢型材；(9)组对门架的智能小车的抓取机构移动到型材中心点位，此时抓取机构处于打开状态，垂直Z向下降，根据型材顶部高度坐标及下降高度差，下降到抓取偏差值允许范围，闭合抓取机构，抓住所需的H型钢，确认抓取到位后，提升、转运到焊接区域指定位；(10)转运工序，通过门架运行机构、小车运行机构和小车升降旋转机构组合运动，控制系统智能规划的最佳运动路线转运，转运过程中，抓取机构按工艺要求和计算机控制程序，自动水平旋转调整H型钢角度，避免碰撞障碍物，按照甲板片体设计制造位置调整好装配方向；(11)到位后，小车升降机构，垂直下降，按要求将H型钢装配组对到甲板片体，下降过程控制程序，按型材的高度、底板高度，计算出下降高度，下降到位后，到位信号反馈给组对门架控制系统，抓取机构松开H型钢，小车升降机构上升，预备执行下一个H型钢抓取组对，小车升降机构设有下降到位缓冲和检测开关；(12)组对门架根据控制程序和施工次序，按照抓取、转运和组对作业次序，计算机智能程序自动检测和控制，将不同的H型钢按照不同要求、装配到甲板片体结构不同位置，多机构联合运动完成H型钢作业循环，直到完成所有H型钢组对装配或布置；(13)组对门架完成同一甲板片体结构的H型钢组对工序后，甲板片体结构焊接前，根据划线，人工校正型材位置和组对精度，如果系统精度足够，可能不需要人工校正；(14)根据工艺效率要求，可以在扫描型材时完成对型材的全部识别，包括二维码读取。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种智能组队门架，包括第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)，其特征在于，所述第一门架支腿(1)纵向固定设置在所述第二门架支腿(2)的左端，所述第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)之间横向固定设置有门架主梁(3)，所述门架主梁(3)的上端固定设置有小车运行轨道(9)，所述小车运行轨道(9)的上端滑动设置有智能小车(4)，所述智能小车(4)的下端固定设置有自动夹具(5)，所述第二门架支腿(2)的两侧固定设置有对称的梯子平台(6)，所述第一门架支腿(1)的后端固定设置有运行机构(7)，所述运行机构(7)的上端固定设置有自动划线机(8)，所述小车运行轨道(9)的上端且位于智能小车(4)和自动划线机(8)之间固定设置有小车和划线机拖链(10)。

2.根据权利要求1所述的一种智能组队门架，其特征在于：所述第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)均采用倒T字型焊接箱型结构，所述第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)与门架主梁(3)刚性连接，所述第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)分立柱和下横梁，支腿立柱上部法兰板与主梁法兰板用高强度螺栓连接，支腿立柱下部法兰板与支腿下横梁法兰板用高强度螺栓连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能组队门架，其特征在于：所述门架主梁(3)为焊接矩形单箱体梁，两端下部设置法兰板与第一门架支腿(1)和第二门架支腿(2)螺栓连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能组队门架，其特征在于：所述自动划线机(8)由划线机运行驱动、划线机安装架、划线机升降、划线机油墨控制组成。

5.根据权利要求1所述的一种智能组队门架，其特征在于：所述智能小车(4)由小车架、小车运行机构、提升机构、旋转调整机构、电气控制、监控识别系统组成。

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