CN115936414B - 一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法 - Google Patents
一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一般的控制或调节系统技术领域，具体而言，涉及一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，该方法的步骤包括：输入待装配器件三维模型，基于待装配器件三维模型生成微器件设备信息，对微器件设备信息进行处理，生成装配工艺文件，根据装配工艺文件对装配路径进行仿真计算，形成装配操作控制文件与检测流程控制文件，调用设定算法对装配操作控制文件与检测流程控制文件进行处理，生成装配控制指令流，依次将装配控制指令流发送至柔性装配系统执行装配操作，直至完成微器件的柔性装配。
Description
技术领域
本发明涉及一般的控制或调节系统技术领域，具体而言，涉及一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法。
背景技术
多品种是当前复杂微器件生产的重要特征，其对微器件装配技术提出了向柔性化、智能化发展的要求。就目前而言，现有技术通常为针对特定类别微器件的装配进行柔性装配方法的设计，局限性较大，不能满足多品种微器件的装配需求；另外，采用现有技术对于不同结构和装配工艺的微器件进行装配，需要重新调整装配控制流程与方法，不具备根据装配对象自动生成装配工艺的作用，而重新调整装配控制流程与方法不仅调整周期较长，而且快速响应能力较差。基于此，针对上述问题，我们亟需一种能够应用于多品种复杂微器件的柔性装配方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，根据输入的待装配器件三维模型，获取对应的装配控制指令流执行装配操作，解决了不同结构和装配工艺的微器件进行装配，需要重新调整装配控制流程与方法的问题，同时实现了高效柔性化装配，提高多品种微器件的装配生产效率的效果。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种基于装配工艺与轨迹自规划的微零件柔性装配方法，该方法的步骤包括：
输入待装配器件三维模型，基于待装配器件三维模型生成微器件设备信息，对微器件设备信息进行处理，生成装配工艺文件，根据装配工艺文件对装配路径进行仿真计算，形成装配操作控制文件与检测流程控制文件，调用设定算法对装配操作控制文件与检测流程控制文件进行处理，生成装配控制指令流，依次将装配控制指令流发送至柔性装配系统执行装配操作。
可选的，微器件设备信息包括微器件产品信息及微器件工艺信息，其中，微器件产品信息包括：产品名称、零件名称、组件名称、几何形状与结构尺寸、材料属性，微器件工艺信息包括：配合特征、精度要求。
可选的，所述装配工艺文件的生成过程为：
读取微器件设备信息并通过SWRL规则推理生成装配层次树，通过设定相似度对装配层次树进行计算，生成装配序列，基于混合整数规划算法并以效率优先为原则对装配序列进行优化，经过优化后，基于关联度矩阵以及设定贡献度选取装配系统工辅具，汇总并生成装配工艺文件。
可选的，所述装配系统工辅具包括：执行微操作的机械手、装配机械手、微夹持器、检测光路、上料托盘。
可选的，所述装配控制指令流的生成过程为：
读取装配工艺文件以获取装配操作信息与装配位置信息，根据装配操作信息调用动作函数进行处理，形成装配操作流程信息，根据装配位置信息采用Adams对柔性装配系统进行无碰撞轨迹仿真计算，求得装配运动轨迹数据，结合装配操作流程信息、装配位置信息与装配运动轨迹数据，形成装配操作控制文件与检测流程控制文件，经处理后，生成装配控制指令流，依次将装配控制指令流发送至柔性装配系统执行装配操作。
可选的，所述装配操作控制文件包括：装配操作编号、动作名称与时序、运动起始点位置与轨迹、运动参数信息，上料台编号、上料工位号、夹持器编号、取夹持器工位号、夹持动作时序。
可选的，所述检测流程控制文件包括：检测光路编号、检测特征信息、检测方式与算法信息、光源强度。
可选的，所述装配工艺文件具体为电子表格的格式。
可选的，所述柔性装配系统包括：隔震平台、上料模块、微操作机械手、平台基座、零件操作模块、水平显微视觉模块、垂直显微视觉模块；所述上料模块、微操作机械手、平台基座、零件操作模块、水平显微视觉模块、垂直显微视觉模块分别固定布设在隔震平台顶部的各个区域。
可选的，所述上料模块具体设置有多个，且各个上料模块对应固定布设在所述隔震平台的各个角落。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本实施例根据输入的待装配器件三维模型，获取对应的装配控制指令流执行装配操作，能够有效解决不同结构和装配工艺的微器件进行装配，需要重新调整装配控制流程与方法以及调整周期长、智能化程度低等问题，能够实现小批量、多品种微器件的柔性化、智能化自动装配，提高多品种微器件的装配生产效率的效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于装配工艺与轨迹自规划的微零件柔性装配方法的流程示意图；
图2为本发明提供的装配工艺文件的生成方法的流程示意图；
图3为本发明提供的装配控制指令流的生成方法的流程示意图；
图4为本发明提供的柔性装配系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示，本发明提供了第一种实施例：一种基于装配工艺与轨迹自规划的微零件柔性装配方法，该方法的步骤包括：
装配前，输入待装配新类型微器件的三维结构模型STEP文件；
通过装配工艺自动生成方法，自动从STEP文件获取微器件产品信息(包括：产品名称、零件名称、组件名称、几何形状与结构尺寸、材料属性等)与工艺信息(包括：配合特征、精度要求等)，根据产品信息和装配知识库基于知识的装配工艺智能决策算法确定装配流程、装配动作时序、装配工艺参数以及实现装配的装配系统工辅具选择(上料托盘编号、夹持器编号)、装配操作机械手选择、在线检测装配特征与检测方式等信息，并生成装配工艺文件，装配工艺文件为电子表格形成。
通过工艺人机交互模式对自动生成的装配工艺文件进行修改完善与确定，并将电子表格形成传送给自动编程控制系统。
自编程控制系统根据工艺文件获得装配动作时序、装配操作机械手编号、工辅助编号等信息，进行装配路径规划与仿真，形成装配操作控制文件(该文件包括：装配操作手编号、动作名称与时序、运动起始点位置与轨迹、运动速度等运动参数信息，上料台编号、上料工位号、夹持器编号、取夹持器工位号、夹持动作时序等信息)，根据在线检测装配特征与检测方式等信息，形成检测流程控制文件(该文件包括：检测光路编号、检测特征信息、检测方式与算法信息、光源强度等信息)。
根据装配操作控制文件与检测流程控制文件，调用动作库函数和检测算法库函数，生成装配控制指令流。
依次将装配控制指令流发送给柔性装配系统的执行装配操作。
如图2所示，本发明提供了第二种实施例：装配工艺文件的生成方法，该方法的步骤为：
读取待装配新类型微器件的三维结构模型STEP文件获取取微器件产品信息(包括：产品名称、零件名称、组件名称、几何形状与结构尺寸、材料属性等)与工艺信息(包括：配合特征、精度要求等)，利用SWRL规则推理生成装配层次树。
基于装配层次树，通过微器件结构相似度计算、零部件实例相似度计算、装配要求匹配度计算等从装配知识库搜索历史微器件案例，生成装配序列。
根据事先制定的装配时序规则，基于混合整数规划算法按照效率优先原则进行装配工序优化。
根据微器件零部件材料属性、装配工艺信息，基于关联度矩阵以及关键属性对工具选择的贡献度，从装配知识库的装配系统模型库选取执行微操作机械手、微夹持器、检测光路、检测特征信息上料托盘等装配系统工辅具、装配机械手等。
生成电子表格格式的装配工艺文件。
如图3所示，本发明提供了第三种实施例：装配控制指令流的生成方法，该方法的步骤为：
读取装配工艺文件，获取装配动作时序、动作名称、执行装配动作的微操作机械手编号、微夹持器编号、上料托盘编号、检测光路编号等装配操作信息。
根据获取的装配操作信息从装配动作库调用动作函数，形成装配操作流程。
根据机械手编号、微夹持器编号、上料托盘编号与动作名称从事先预设的工位库中获得位置信息为装配动作运动目标位置。
根据位置信息，采用Adams对装配过程微操作机械手进行无碰撞轨迹规划仿真获得运动轨迹数据，结合上述所获取的信息，生成装配控制文本(即第一种实施例中所述的装配操作控制文件与检测流程控制文件)。
根据装配控制文本生成装配控制指令流，并依次发送给柔性装配系统执行装配操作。
在具体应用中，本发明结合上述三种实施例提供了一种实际应用案例，其工作步骤为：
在上述应用实例的实现过程中，装配前构建微器件装配知识库，包括装配工艺案例库、装配动作库、工艺规则库、柔性装配系统模型库。其中，装配工艺案例库：微器件A[装配工艺属性(工序Gg，工步Gb，动作Dz，对象Dx，特性Tx，)，对象信息(结构属性Jg，装配关系Zp，精度要求Jz)]。装配动作库：将每个器件的装配分为八个基本装配动作，包括取微夹持器、取器件、运送、检测、调整、装配、放置器件、放置夹持器等。在取器件动作中，主要描述取件过程中需要使用的夹持器及其相关属性。工艺规则库：取夹持器规则、取零件规则、运送规则、放置零件规则、检测规则、调整规则、装配规则和放置零件规则，每个规则对应装配动作库中的每个工步。每个工步中的规则包括工具选择规则和装配动作规则等。经过规则推理得到的微器件装配知识为面向柔性装配系统的微器件装配工艺生成提供依据。柔性装配系统模型库：概念信息(包括功能、行为、结构)、对象属性、数据属性；如夹持器[Act＝Op(张开)or Cl(闭合)，Function＝H(柱形零件)or F(方形)，Date No(编号)，M(张开量)，F(夹持力)]。
在上述应用实例的实现过程中，输入新的微器件A(微器件A由组件a1、a2，零件a3组成,组件a1、a2由零件a1、零件a2组成)三维结构模型STEP文件；从STEP文件自动获取微器件A产品信息(微器件A，零件a1-a2-a3、a1a2、Au…)与工艺信息(如：轴孔配合、同轴度5μm等)，根据产品信息和装配知识库基于知识的装配工艺智能决策算法确定：
在本应用实例的具体应用中，本应用实例的装配流程为：工序一(装配零件a1、零件a2)——工序二(组件a1a2与零件a3装配)；其中，工序一装配动作时序：机械手R1取1#夹持器——机械手R1取零件a1——机械手R2取2#夹持器——机械手R2取零件a2——机械手R1、R2运送零件至装配工位——垂直视觉检测零件a1中心相对零件a2中心的位置——机械手R1调整零件a1——装配。
进一步的，通过工艺人机交互模方式对自动生成的装配工艺文件进行修改完善与确定，并将电子表格形成传送给自动编程控制系统。自动编程控制系统装配前针对装配动作库，编写对应的动作函数库；如取零件动作函数PickPartAct[RobertNo，PickNo，PartLoadNo，PartLocaNo…]。
进一步的，自编程控制系统根据工艺文件获得装配动作时序、装配操作机械手编号、工辅助编号等信息，进行装配路径规划与仿真，形成装配操作控制文件，该文件包括：装配操作手编号、动作名称与时序、运动起始点位置与轨迹、运动速度等运动参数信息，上料台编号、上料工位号、夹持器编号、取夹持器工位号等信息；根据在线检测装配特征与检测方式等信息，形成检测流程控制文件，该文件包括：检测光路编号、检测特信息、检测方式与算法信息、光源强度等信息。
进一步的，根据装配操作控制文件与检测流程控制文件，从工位库调取工位信息，将工位信息作为函数输入参数调用动作库函数和检测算法库函数，生成装配控制指令流。如：从上料台1#取零件a1，PickPartAct[R1,XYZTxTyTz,S,Load-1#,PartLo-1#-1#,Pick-1#,PickLo-1#-1#]
进一步的，依次将装配控制指令流发送给柔性装配系统的执行装配操作。
参照图4所示，更为具体的，在上述实施例及应用实例的具体实现过程中，所述的柔性装配系统包括：隔震平台1、上料模块2、微操作机械手3、平台基座4、零件操作模块5、水平显微视觉模块6、垂直显微视觉模块7；所述上料模块2、微操作机械手3、平台基座4、零件操作模块5、水平显微视觉模块6、垂直显微视觉模块7分别固定布设在隔震平台1顶部的各个区域，所述上料模块2具体设置有多个，且各个上料模块2对应固定布设在所述隔震平台1的各个角落。所示柔性装配系统用以根据装配控制指令流执行装配操作。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
输入待装配器件三维模型，基于待装配器件三维模型生成微器件设备信息，对微器件设备信息进行处理，生成装配工艺文件，根据装配工艺文件对装配路径进行仿真计算，形成装配操作控制文件与检测流程控制文件，调用设定算法对装配操作控制文件与检测流程控制文件进行处理，生成装配控制指令流，依次将装配控制指令流发送至柔性装配系统执行装配操作，直至完成微器件的柔性装配；
所述装配工艺文件的生成过程为：
读取待装配新类型微器件的三维结构模型STEP文件获取微器件产品信息与工艺信息，利用SWRL规则推理生成装配层次树，其中，微器件产品信息包括：产品名称、零件名称、组件名称、几何形状与结构尺寸、材料属性，微器件工艺信息包括：配合特征、精度要求；
基于装配层次树，通过微器件结构相似度计算、零部件实例相似度计算、装配要求匹配度计算从装配知识库搜索历史微器件案例，生成装配序列；
根据事先制定的装配时序规则，基于混合整数规划算法按照效率优先原则进行装配工序优化；
根据微器件零部件材料属性、装配工艺信息，基于关联度矩阵以及关键属性对工具选择的贡献度，从装配知识库的装配系统模型库选取执行微操作的机械手、装配机械手、微夹持器、检测光路、上料托盘；
生成电子表格格式的装配工艺文件；
所述装配控制指令流的生成过程为：
读取装配工艺文件以获取装配操作信息与装配位置信息，根据装配操作信息调用动作函数进行处理，形成装配操作流程信息，根据装配位置信息采用Adams对柔性装配系统进行无碰撞轨迹仿真计算，求得装配运动轨迹数据，结合装配操作流程信息、装配位置信息与装配运动轨迹数据，形成装配操作控制文件与检测流程控制文件，经处理后，生成装配控制指令流，依次将装配控制指令流发送至柔性装配系统执行装配操作。
2.根据权利要求1所述的基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，所述装配操作控制文件包括：装配操作编号、动作名称与时序、运动起始点位置与轨迹、运动参数信息，上料台编号、上料工位号、夹持器编号、取夹持器工位号、夹持动作时序。
3.根据权利要求2所述的基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，所述检测流程控制文件包括：检测光路编号、检测特征信息、检测方式与算法信息、光源强度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，所述装配工艺文件具体为电子表格的格式。
5.根据权利要求1所述的基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，所述柔性装配系统包括：隔震平台（1）、上料模块（2）、微操作机械手（3）、平台基座（4）、零件操作模块（5）、水平显微视觉模块（6）、垂直显微视觉模块（7）；所述上料模块（2）、微操作机械手（3）、平台基座（4）、零件操作模块（5）、水平显微视觉模块（6）、垂直显微视觉模块（7）分别固定布设在隔震平台（1）顶部的各个区域。
6.根据权利要求5所述的基于装配工艺与轨迹自规划的微器件柔性装配方法，其特征在于，所述上料模块（2）具体设置有多个，且各个上料模块（2）对应固定布设在所述隔震平台（1）的各个角落。
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