CN115990892A - 一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于飞机装配中的机器人装配领域，为一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，包括第一装配单元、第二装配单元、三坐标工装、零件放置架和上位机；第一装配单元包括第一工业机器人和设于第一工业机器人支臂末端的第一抓取机构，第二装配单元包括第二工业机器人和设于第二工业机器人支臂末端的第二抓取机构；梁的搬运过程中，第一工业机器人和第二工业机器人需要分别抓取梁的两端；设置激光跟踪仪能够在梁的搬运过程中对第一抓取机构和第二抓取机构的位姿进行实时调整，保证将梁无变形地搬运至三坐标工装上；无需专用工装即可完成翼面骨架组件的定位装配任务，无需人工参与，实现全自动装配。

Description

一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统及方法

技术领域

本申请属于飞机装配中的机器人装配领域，特别涉及一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统及方法。

背景技术

近年来，随着新型飞机及飞机生产线的研制，飞机部件装配过程越来越多的使用到机器人设备参与到制孔、涂胶等工作中，为了持续、全面的提升飞机装配自动化水平，突破机器人先进装配定位技术、高效连接关键技术。需要在机器人制孔、涂胶应用的基础上进行多机器人装配应用技术研究，包含协同机器人的设计和使用参数研究、多机器人同步高精度定位和测量技术研究、机器人可重构柔性装配技术研究等。

飞机产品装配过程中大量使用固定式工艺装配，辅助产品的定位和连接，工艺装配的配套准备周期一般超过产品生产、装配总周期的1/3，是影响产品研制效率的重要环节，因此，开展飞机产品多机器人协作装配及航空产品可重构柔性装配技术研究具有重要意义。

目前国内飞机装配技术研究中的可重构、柔性装配技术主要是在传统的工艺装备定位器、卡板等结构基础上进行设计，通过研制可移动式卡板来实现定位点布局方案的重构，研制三向调姿定位末端结构实现产品柔性装配，研究所依托的对象主体仍然是实物工装。

传统的飞机装配主要依赖框架式工装，由工人核对零件后，按照装配指令的要求在工装上进行装配（上架、定位、调整、制孔、连接），而飞机的骨架零件众多，安装精度要求高，传统的飞机装配方式人工的参与度高，装配质量不稳定，装配效率较低；同时工装的柔性差，每个部件均采用专门的装配工装，工装成本巨大，且不能推广至其他型号及部件使用，严重影响飞机的研制进度，因此需要通过自动化装配设备采取柔性装配手段，以提高装配质量、装配效率，实现新型号快速研制的需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统及方法，以解决现有技术中飞机装配采用框架式工装而使得装配效率低、装配质量不稳定的问题。

本申请的技术方案是：一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，包括第一装配单元、第二装配单元、三坐标工装、零件放置架和上位机；所述第一装配单元和第二装配单元并排设于三坐标工装和零件放置架之间，所述第一装配单元包括第一工业机器人和设于第一工业机器人支臂末端的第一抓取机构，所述第二装配单元包括第二工业机器人和设于第二工业机器人支臂末端的第二抓取机构；

所述第一抓取机构和第二抓取机构能够对零件放置架内的零件进行夹持，并且所述第一抓取机构和第二抓取机构上均设有T-Probe，在所述三坐标工装的一侧设置有激光跟踪仪，所述上位机能够实时获取T-Probe位置并根据T-Probe的位置控制第一工业机器人和第二工业机器人的动作；

所述上位机与激光跟踪仪、第一装配单元、第二装配单元和三坐标工装电连接，所述上位机能够根据第一抓取机构和第二抓取机构上T-Probe采集的数据确定第一抓取机构和第二抓取机构之间的相对位置，确认下一步的动作。

优选地，所述第一抓取机构和第二抓取机构均包括快换机构、第一末端执行器和第二末端执行器；所述快换机构能够与第一工业机器人和第二工业机器人上的法兰盘相连；所述第一末端执行器和第二末端执行器能够分别夹持零件放置架内的不同零件；

所述快换机构能够分别与第一末端执行器和第二末端执行器均气动连接，当快换机构插入至第一末端执行器或第二末端执行器内时，对快换机构与第一末端执行器或第二末端执行器之间的连接部充气，控制快换机构与第一末端执行器或第二末端执行器相互固定；对快换机构与第一末端执行器或第二末端执行器之间的连接部抽气，控制快换机构与第一末端执行器或第二末端执行器相互分离。

优选地，所述快换机构包括主架和工业相机，所述主架呈U型结构，所述T-Probe和工业相机分别设于主架外侧壁的两侧，所述T-Probe能够反馈激光跟踪仪发出的激光，所述工业相机能够对零件放置架内的零件进行拍摄；所述快换机构的中部外侧与第一工业机器人和第二工业机器人的法兰盘相连、中部内侧设有气动连接台，所述第一末端执行器和第二末端执行器能够套设于气动连接台上，所述快换机构的侧壁上设有与气动连接台内部连通的气动接口。

优选地，所述第一末端执行器能够对零件放置架内的梁进行抓取，所述第一末端执行器包括第一壳体、卡爪、真空吸盘和激光位移传感器，所述第一末端执行器的一端设有与气动连接台相配合的第一气动凹槽，所述第一末端执行器对应第一气动凹槽的周围设有多组第一定位柱，所述快换机构对应设置有能够与第一定位柱配合的多组定位槽；

所述真空吸盘共有多组并且多组真空吸盘设于第一壳体远离第一气动凹槽的一端，所述卡爪设于第一壳体靠近真空吸盘一端的侧壁上，所述激光位移传感器设于第一壳体靠近真空吸盘的一端，所述激光位移传感器与上位机电连接。

优选地，所述第二末端执行器包括第二壳体、第一零点定位器和第二定位柱，所述第二壳体的一端设有与气动连接台相配合的第二气动凹槽，所述第一零点定位器设于第二壳体内并能够对肋进行抓取，所述第二定位柱设于第二壳体靠近第二气动凹槽的一端。

优选地，还包括第一转接件和第二转接件，所述零件放置架内的零件包括梁和肋；所述第一转接件为倒T形结构，倒T形结构的纵板上开设有能够与梁的腹板相连的圆孔，倒T形结构的横板上设有能够与三坐标工装相连的第一短销；

所述第二转接件为平板结构，所述第二转接件上一侧侧壁上连接有能够与肋相连的台阶销、另一侧侧壁上设有能够与第二末端执行器相连的第二短销。

优选地，所述三坐标工装共有三组并且三组三坐标工装并排设置，所述三坐标工装包括支架和设于支架上的装配台，所述支架竖直设置并且支架上设有靶标座，所述装配台与支架的顶部可拆卸连接，所述装配台上设有第二零点定位器。

优选地，还包括第一末端放置架和第二末端放置架，所述第一末端放置架和第二末端放置架均有两组并且两组第一末端放置架和第二末端放置架分别对应第一工业机器人和第二工业机器人设置，所述第一末端放置架能够承载并定位第一末端执行器，所述第二末端放置架能够承载并定位第二末端执行器，所述第一工业机器人和第二工业机器人的末端能够移动到相邻的第一末端放置架或第二末端放置架上对第一末端执行器或第二末端执行器进行抓取。

作为一种具体实施方式，一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配方法，采用如上述所述的协同装配系统，包括：

在选取梁的两端分别开设4个特征孔，将梁的腹板与第一转接件相连，并放置在零件放置架上；将肋的定位孔与第二转接件的台阶销相连，并放置在零件放置架上；

在第一工业机器人和第二工业机器人上安装快换机构，将第一工业机器人的支臂移动至第一末端放置架上，将快换机构与第一末端执行器气动连接；将第二工业机器人的支臂移动至另一第一末端放置架上，将第二工业机器人上的快换机构与另一第一末端放置架上的第一末端执行器气动连接；

控制第一工业机器人和第二工业机器人带动两组第一末端执行器分别移动至梁的两端上方，利用两组工业相机对梁两端的各4个特征孔进行拍照，根据拍照结果计算梁八个特征孔圆心的坐标，确定梁在零件放置架上的角度，根据梁的角度调整第一末端执行器底部平面的角度；

激光位移传感器测量第一末端执行器底部平面与梁腹板之间的距离和角度，而后第一工业机器人和第二工业机器人根据第一末端执行器底部平面与梁腹板之间的距离和角度，调整第一末端执行器的姿态，控制第一末端执行器底部平面与梁腹板外表面平行，而后控制第一末端执行器向下移动，激光位移传感器实时获取第一末端执行器与梁腹板之间的距离，当判断出第一末端执行器与梁腹板之间的距离符合设定要求后，控制第一末端执行器下的真空吸盘打开吸附功能，将梁吸附固定，同时控制卡爪落下，将梁抓紧；

在搬运前，控制T-Probe获得第一工业机器人和第二工业机器人的相对位姿关系，并将位姿关系数据传递给上位机，在上位机中通过Roboteam软件包将两组第一末端执行器相互关联；通过Roboteam软件包实时保持两组第一末端执行器之间的距离不变和相对角度不变，并控制第一工业机器人主动调整下一动作的第一末端执行器姿态，第二工业机器人跟随第一工业机器人同步调整下一动作的另一第一末端执行器姿态，将梁无变形地由零件放置架搬运至三坐标工装，三坐标工装上的第二零点定位器抓取梁上的第一短销将梁固定；

将第一工业机器人和第二工业机器人移动至第一末端放置架上，将第一末端执行器取下，而后移动至第二末端放置架上，通过快换机构连接第二末端执行器；

控制第一工业机器人和第二工业机器人带动第二末端执行器移动至零件放置架上肋的上方，通过工业相机拍摄与第二转接件和肋相连的图像，利用得到的图像检测第二转接件的待抓取点，进行粗定位；移动第一工业机器人和第二工业机器人的支臂将第二末端执行器移动至第二转接件的待抓取点上方，再次拍摄第二转接件，对待抓取点进行精确定位，判断肋的坐标和肋在零件放置架上的位姿；

第一工业机器人和第二工业机器人根据肋在零件放置架上的位姿，调整第二末端执行器的位姿，并向下移动，达到相应的位姿后，第二零点定位器打开，锁紧第二转接件上的第二短销，将肋抓取；

第一工业机器人和第二工业机器人对肋进行搬运，通过快换机构上的T-Probe实时获取第二末端执行器的实际绝对位置，计算实际绝对位置与理论位置之间的误差，并引导第一工业机器人和第二工业机器人运动，直至误差在设定要求的范围之内，将肋搬运至梁上的理论位置；

对搬运至理论位置的肋，通过第一工业机器人和第二工业机器人对肋的一侧进行定位压紧、另一侧进行制孔连接，直至将肋固定到梁上。

优选地，所述第一工业机器人和第二工业机器人对梁进行搬运的具体方法为：

以第一工业机器人的基坐标点为原点，建立三维空间坐标系，其中YOZ平面通过第一工业机器人和第二工业机器人，通过上位机进行路径规划，先将两组第一末端执行器调整至通过YOZ平面对应的两个搬运初始点，开始搬运，利用T-Probe实时获取第一工业机器人和第二工业机器人的位姿，上位机按照路径规划确定第一工业机器人和第二工业机器人的下一动作，同时通过Roboteam软件包控制两组第一末端执行器4的相对位姿保持不变，并每隔一定时间获取第一工业机器人上的第一末端执行器的实际位姿，判断第一工业机器人上的第一末端执行器的位姿是否与该位置处的理论位姿相符，若否，则根据理论位姿与实际位姿之间的偏差调整该第一末端执行器的位姿，直至调整至理论位置，并继续按照当前的路径规划进行搬运，直至将梁搬运至三坐标工装上。

本申请的一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，包括第一装配单元、第二装配单元、三坐标工装、零件放置架和上位机；第一装配单元包括第一工业机器人和设于第一工业机器人支臂末端的第一抓取机构，第二装配单元包括第二工业机器人和设于第二工业机器人支臂末端的第二抓取机构；梁的搬运过程中，第一工业机器人和第二工业机器人需要分别抓取梁的两端；设置激光跟踪仪来实时获取第一抓取机构和第二抓取机构的位姿，能够在梁的搬运过程中对第一抓取机构和第二抓取机构的位姿进行实时调整，保证将梁无变形地搬运至三坐标工装上；无需专用工装即可完成翼面骨架组件的定位装配任务，无需人工参与，实现全自动装配，并且能够快速切换至其他型号或翼面骨架类组件使用，可实现新型号的快速研制。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请整体结构示意图；

图2为本申请第一工业机器人、快换机构和第一末端执行器的爆炸结构示意图；

图3为本申请快换机构结构示意图；

图4为本申请第一末端执行器结构示意图；

图5为本申请第二末端执行器机构示意图；

图6为本申请第一转接件结构示意图；

图7为本申请第二转接件结构示意图；

图8为本申请支架结构示意图。

1、第一工业机器人；2、梁；3、三坐标工装；4、第一末端执行器；5、第二工业机器人；6、第二末端执行器；7、肋；8、零件放置架；9、第二末端放置架；10、激光跟踪仪；11、第一转接件；12、第二转接件；13、快换机构；14、T-Probe；15、工业相机；16、卡爪；17、激光位移传感器；18、真空吸盘；19、第一零点定位器；20、第一末端放置架；21、气动连接台；22、第二定位柱；23、第一短销；24、第二短销；25、支架。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，如图1所示，包括第一装配单元、第二装配单元、三坐标工装3、零件放置架8和上位机。零件放置架8上放置有梁2和肋7两种零件，本实施例中梁2为C型结构，肋7能够与该梁2相适配。

第一装配单元和第二装配单元并排设于三坐标工装3和零件放置架8之间，第一装配单元和第二装配单元均能够单独控制，第一装配单元包括第一工业机器人1和设于第一工业机器人1支臂末端的第一抓取机构，第二装配单元包括第二工业机器人5和设于第二工业机器人5支臂末端的第二抓取机构。第一工业机器人1和第二工业机器人5均为6自由度机器人，能够任意调整第一抓取机构和第二抓取机构的位姿。

第一抓取机构和第二抓取机构能够对零件放置架8内的零件进行夹持，并且第一抓取机构和第二抓取机构上均设有T-Probe14，在三坐标工装3的一侧设置有激光跟踪仪10，上位机能够实时获取T-Probe14的位置并根据T-Probe14的位置控制第一工业机器人1和第二工业机器人5的动作。通过激光跟踪仪10对T-Probe14进行实时定位，能够判断第一抓取机构和第二抓取机构的位姿。T-Probe14与激光跟踪仪10为成套设备。

上位机与激光跟踪仪10、第一装配单元、第二装配单元和三坐标工装3电连接，上位机能够根据第一抓取机构和第二抓取机构上T-Probe14采集的数据确定第一抓取机构和第二抓取机构之间的相对位置，确认下一步的动作。

进行梁2和肋7的装配时，先通过第一抓取机构和第二抓取机构对梁2或肋7抓取到第一工业机器人1和第二工业机器人5上，再通过第一工业机器人1和第二工业机器人5的协同配合将梁2和肋7分别搬运到三坐标工装3上，并在三坐标工装3上完成梁2和肋7的装配。

梁2的搬运过程中，第一工业机器人1和第二工业机器人5需要分别抓取梁2的两端；由于第一工业机器人1和第二工业机器人5抓取的梁2的位置固定，在搬运过程中需要实时保持梁2上的两个抓取点的位置不变，这样第一工业机器人1和第二工业机器人5的支臂需要根据不同的位置而不断调整位姿，才能够保证梁2不发生变形，本申请通过设置激光跟踪仪10和激光位移传感器17来实时获取第一抓取机构和第二抓取机构的位姿，从而能够在梁2的搬运过程中对第一抓取机构和第二抓取机构的位姿进行实时调整，保证将梁2无变形地搬运至三坐标工装3上。

肋7的搬运过程中，第一工业机器人1和第二工业机器人5分别抓取一个肋7，通过激光跟踪仪10实时测量第一抓取机构和第二抓取机构的位姿，保证肋7零件所到达的位置与理论位置相符，提高了装配质量。

这样无需专用工装即可完成翼面骨架组件的定位装配任务，无需人工参与，实现全自动装配，并且能够快速切换至其他型号或翼面骨架类组件使用，可实现新型号的快速研制。

如图2-5所示，优选地，第一抓取机构和第二抓取机构均包括快换机构13、第一末端执行器4和第二末端执行器6；快换机构13能够与第一工业机器人1和第二工业机器人5上的法兰盘相连；第一末端执行器4能够对梁2进行夹持，第二末端执行器6能够对肋7进行夹持。

在搬运之前，先将快换机构13与第一工业机器人1和第二工业机器人5上的法兰盘相连，而后根据需要，当需要对梁2进行抓取时，控制快换机构13与第一末端执行器4气动连接，如图2，当需要对肋7进行抓取时，控制快换机构13与第二末端执行器6气动连接。

快换机构13能够分别与第一末端执行器4和第二末端执行器6均气动连接，当快换机构13插入至第一末端执行器4或第二末端执行器6内时，对快换机构13与第一末端执行器4或第二末端执行器6之间的连接部充气，控制快换机构13与第一末端执行器4或第二末端执行器6相互固定；对快换机构13与第一末端执行器4或第二末端执行器6之间的连接部抽气，控制快换机构13与第一末端执行器4或第二末端执行器6相互分离。

通过气动连接，能够较为便捷地实现快换机构13与第一末端执行器4或第二末端执行器6之间的快拆和快装，在快拆或快装时只需要按照连接部进行对准装配、而后充气或者放气即可，不需要人工参与，从而保证装配效率和质量。

优选地，如图3，快换机构13还包括主架和工业相机15，主架呈U型结构，T-Probe14和工业相机15分别设于主架外侧壁的两侧，T-Probe14能够反馈激光跟踪仪10发出的激光，工业相机15能够对零件放置架8内的零件进行拍摄；快换机构13的中部外侧与第一工业机器人1和第二工业机器人5的法兰盘相连、中部内侧设有气动连接台21，第一末端执行器4和第二末端执行器6能够套设于气动连接台21上，快换机构13的侧壁上设有与气动连接台21内部连通的气动接口。

T-Probe14为与激光跟踪仪10配套设置的一种激光位置感应器，与激光跟踪仪10进行信息交互能够确定第一末端执行器4和第二末端执行器6的实际绝对位置和所处角度，工业相机15通过对零件进行拍摄，而后通过上位机进行处理后，能够确定零件的位姿。气动连接台21用于在充气时连接第一末端执行器4或第二末端执行器6、在放气时松开第一末端执行器4和第二末端执行器6，气动接口用于气动连接台21的充放气，气动接口与气泵、气站等设备连通。

优选地，第一末端执行器4能够对零件放置架8内的梁2进行抓取，如图4，第一末端执行器4包括第一壳体、卡爪16、真空吸盘18和激光位移传感器17，第一末端执行器4的一端设有与气动连接台21相配合的第一气动凹槽，第一末端执行器4对应第一气动凹槽的周围设有多组第一定位柱，快换机构13对应设置有能够与第一定位柱配合的多组定位槽；

真空吸盘18共有多组并且多组真空吸盘18设于第一壳体远离第一气动凹槽的一端，卡爪16设于第一壳体靠近真空吸盘18一端的侧壁上，激光位移传感器17设于第一壳体靠近真空吸盘18的一端，激光位移传感器17与上位机电连接，激光位移传感器17能够测量与第一末端执行器4与梁2腹板之间的距离和梁腹板的角度。

气动连接台21上设有滚珠，在充气时滚珠沿径向向外移动，与第一气动凹槽的内壁相抵，形成固定连接；在抽气时滚珠缩回至气动连接台21内，与第一气动凹槽分离。该设计为现有技术，具体不再赘述，本申请使用这种连接模式能够实现第一末端执行器4与快拆机构的准确快拆与快装。

由于滚珠无法实现周向定位，本申请通过设置第一定位柱来实现对第一末端执行器4的周向固定，防止其旋转。

在对梁2进行夹持时，先通过真空吸盘18对梁2腹板的壁面进行吸附，而后两侧的卡爪16夹持住两的两侧，从而实现对梁2的稳定夹持。

为了进一步防止梁2变形，设置真空吸盘18的极限载荷值，当两个第一末端执行器4的姿态不一致时，各个真空吸盘18的状态发生变化，当某一真空吸盘18的载荷超出极限载荷值时发生漏气，梁2从真空吸盘18上落下，搬运进程暂停，需重新优化上位机的程序。

优选地，如图5，第二末端执行器6包括第二壳体、第一零点定位器19和第二定位柱22，第二壳体的一端设有与气动连接台21相配合的第二气动凹槽，第一零点定位器19设于第二壳体内并能够对肋7进行抓取，第二定位柱22设于第二壳体靠近第二气动凹槽的一端。第二气动凹槽的设计与第一气动凹槽相同，具体不再赘述，第二定位柱22与第一定位柱位置相同，用于实现第二末端执行器6的周向定位。

对肋7进行安装时，先在肋7上设置带有短销的转接件，而后第一零点定位器19通过真空抽吸对短销进行吸附，从而对肋7进行快速准确夹持。

结合图6-7，优选地，一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，还包括第一转接件11和第二转接件12，零件放置架8内的零件包括梁2和肋7；第一转接件11为倒T形结构，倒T形结构的纵板上开设有能够与梁2的腹板相连的圆孔，圆孔内可以通过插销或者螺栓来连接梁2；倒T形结构的横板上设有能够与三坐标工装3相连的第一短销23。第一短销23用于将梁2搬运到三坐标工装3的对应位置后，将梁2固定到三坐标工装3上。

第二转接件12为平板结构，第二转接件12一侧侧壁上连接有能够与肋7相连的台阶销、另一侧侧壁上设有能够与第二末端执行器6相连的第二短销24。通过台阶销能够将第二转接件12固定到肋7上，通过第二短销24能够将第二转接件12通过气动连接到第二末端执行器6上。

结合图8，优选地，三坐标工装3共有三组并且三组三坐标工装3并排设置，三坐标工装3包括支架25和设于支架25上的装配台，支架25竖直设置并且支架25上设有靶标座，靶标座可以通过激光跟踪仪10配套的靶标球获取并传递三坐标工装3的位置信息。

装配台与支架25的顶部通过螺栓或销钉等结构连接，装配台上的结构与第二末端执行器6基本相同，装配台上设有第二零点定位器，通过第二零点定位器充气时对第一转接件11上的第一短销23进行吸附，从而能够将梁2固定到三坐标工装3上，在抽气时能够将组装完成的梁2与肋7抽出，运输较为方便。

优选地，一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，还包括第一末端放置架20和第二末端放置架9，第一末端放置架20和第二末端放置架9均有两组并且两组第一末端放置架20和第二末端放置架9分别对应第一工业机器人1和第二工业机器人5设置，第一末端放置架20上设有凸台，能够承载并定位第一末端执行器4；第二末端放置架9上设有凸台，能够承载并定位第二末端执行器6，第一工业机器人1和第二工业机器人5的末端能够移动到相邻的第一末端放置架20或第二末端放置架9上对第一末端执行器4或第二末端执行器6进行抓取。

通过设置第一末端放置架20和第二末端放置架9，在需要某一类型的末端执行器时，工业机器人的末端移动到指定的末端放置架上即可，不会发生错乱，也不需要人工参与，较为方便。

在第一末端放置架20和第二末端放置架9上均设置有电控防尘盖，电控防尘盖通过设置气缸或者电机进行打开与关闭，当需要抓取第一末端执行器4或第二末端执行器6时，上位机控制电控防尘盖打开；抓取完成后，上位机控制电控防尘盖关闭。

作为一种具体实时方式，还包括一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配方法，采用上述的协同装配系统，包括：

步骤S100，零件准备：在选取梁2的两端分别开设4个特征孔，将梁2的腹板与第一转接件11相连，并放置在零件放置架8上，梁2的C型开口朝下，第一转接件11的底端朝外，以方便抓取；将肋7的定位孔与第二转接件12的台阶销相连，并放置在零件放置架8上，第二转接件12上的第二短销24朝上，以方便抓取；

步骤S200，机器人安装第一末端执行器4：在第一工业机器人1和第二工业机器人5上安装快换机构13，将第一工业机器人1的支臂移动至第一末端放置架20上，将快换机构13与第一末端执行器4气动连接；将第二工业机器人5的支臂移动至另一第一末端放置架20上，将第二工业机器人5上的快换机构13与另一第一末端放置架20上的第一末端执行器4气动连接；一个第一末端执行器4分别识别一侧的4个特征孔，用于定位；

步骤S300，梁2的姿态识别：控制第一工业机器人1和第二工业机器人5带动两组第一末端执行器4分别移动至梁2的两端上方，利用两组工业相机15对梁2两端的各4个特征孔进行拍照，根据拍照结果计算梁2八个特征孔圆心的坐标，确定梁2在零件放置架8上的角度，根据梁2的角度调整第一末端执行器4底部平面的角度；

步骤S400，梁2的吸附：激光位移传感器17测量第一末端执行器4底部平面与梁2腹板之间的距离和角度，而后第一工业机器人1和第二工业机器人5根据第一末端执行器4底部平面与梁2腹板之间的距离和角度，调整第一末端执行器4的姿态，控制第一末端执行器4底部平面与梁2腹板外表面平行，而后控制第一末端执行器4向下移动，激光位移传感器17实时获取第一末端执行器4与梁2腹板之间的距离，当判断出第一末端执行器4与梁2腹板之间的距离符合设定要求后，控制第一末端执行器4下的真空吸盘18打开吸附功能，将梁2吸附固定，同时控制卡爪16落下，将梁2抓紧；

步骤S500，梁2的协同搬运定位：在搬运前，控制T-Probe14获得第一工业机器人1和第二工业机器人5的相对位姿关系，并将位姿关系数据传递给上位机，在上位机中通过Roboteam软件包将两组第一末端执行器4相互关联；通过Roboteam软件包实时保持两组第一末端执行器4之间的距离不变和相对角度不变，并控制第一工业机器人1主动调整下一动作的第一末端执行器4姿态，第二工业机器人5跟随第一工业机器人1同步调整下一动作的另一第一末端执行器4姿态，将梁2无变形地由零件放置架8搬运至三坐标工装3，三坐标工装3上的第二零点定位器抓取梁2上的第一短销23将梁2固定；

优选地，第一工业机器人1和第二工业机器人5对梁2进行搬运的具体方法为：

以第一工业机器人1的基坐标点为原点，建立三维空间坐标系，X方向为第一工业机器人1朝向三坐标工装3的方向，Y方向为第二工业机器人5指向第一工业机器人1的方向，Z方向为竖直方向。

YOZ平面通过第一工业机器人1和第二工业机器人5，通过上位机进行路径规划，先将两组第一末端执行器4调整至通过YOZ平面对应的两个搬运初始点，开始搬运，利用T-Probe14实时获取第一工业机器人1和第二工业机器人5的位姿，上位机按照路径规划确定第一工业机器人1和第二工业机器人5的下一动作，同时通过Roboteam软件包控制两组第一末端执行器4的相对位姿保持不变，并每隔一定时间获取第一工业机器人1上的第一末端执行器4的实际位姿，判断第一工业机器人1上的第一末端执行器4的位姿是否与该位置处的理论位姿相符，若否，则根据理论位姿与实际位姿之间的偏差调整两该第一末端执行器4的位姿，直至调整至理论位置，并继续按照当前的路径规划进行搬运，直至将梁2搬运至三坐标工装3上。当第一工业机器人1上的第一末端执行器4的位姿调整时，另一第一末端执行器4会通过Roboteam软件包跟随调整，以实现高效调节。

这样第一工业机器人1和第二工业机器人5上的末端执行器按照基本按照对应的位姿进行调整即可，两个工业机器人的路径同样处于对应状态，从而比较方便地对第一工业机器人1和第二工业机器人5进行协同控制。

优选地，为了进一步防止梁2变形，在第一末端执行器4或者第一转接件11上设置压力传感器，压力传感器采集搬运梁2时的压力，当压力到达一定数值时，停止向前搬运，调整两个第一末端执行器4的位姿，以防止梁2发生变形。

步骤S600，机器人更换第二末端执行器6：将第一工业机器人1和第二工业机器人5移动至第一末端放置架20上，将第一末端执行器4取下，而后移动至第二末端放置架9上，通过快换机构13连接第二末端执行器6；

步骤S700，肋7的姿态识别：控制第一工业机器人1和第二工业机器人5带动第二末端执行器6移动至零件放置架8上肋7的上方，通过工业相机15拍摄与第二转接件12和肋7相连的图像，利用得到的图像检测第二转接件12的待抓取点，进行粗定位；移动第一工业机器人1和第二工业机器人5的支臂将第二末端执行器6移动至第二转接件12的待抓取点上方，再次拍摄第二转接件12，对待抓取点进行精确定位，判断肋7的坐标和肋7在零件放置架8上的位姿；

步骤S800，肋7的抓取：第一工业机器人1和第二工业机器人5根据肋7在零件放置架8上的位姿，调整第二末端执行器6的位姿，并向下移动，达到相应的位姿后，第二零点定位器打开，锁紧第二转接件12上的第二短销24，将肋7抓取；

步骤S900，肋7的搬运定位：第一工业机器人1和第二工业机器人5对肋7进行搬运，通过快换机构13上的T-Probe14实时获取第二末端执行器6的实际绝对位置，计算实际绝对位置与理论位置之间的误差，并引导第一工业机器人1和第二工业机器人5运动，直至误差在设定要求的范围之内，将肋7搬运至梁2上的理论位置；

步骤S1000，梁2与肋7的制孔连接：对搬运至理论位置的肋7，通过第一工业机器人1和第二工业机器人5对肋7的一侧进行定位压紧、另一侧进行制孔连接，直至将肋7固定到梁2上。定位压紧和制孔连接为工业机器人的基本功能，具体不再赘述。

通过按照上述步骤对梁2和肋7进行装配，从而实现全自动、高效、精确的飞机大型翼面类骨架的装配，同时能够适配多种型号，使用范围较广。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：包括第一装配单元、第二装配单元、三坐标工装(3)、零件放置架(8)和上位机；所述第一装配单元和第二装配单元并排设于三坐标工装(3)和零件放置架(8)之间，所述第一装配单元包括第一工业机器人(1)和设于第一工业机器人(1)支臂末端的第一抓取机构，所述第二装配单元包括第二工业机器人(5)和设于第二工业机器人(5)支臂末端的第二抓取机构；

所述第一抓取机构和第二抓取机构能够对零件放置架(8)内的零件进行夹持，并且所述第一抓取机构和第二抓取机构上均设有T-Probe(14)，在所述三坐标工装(3)的一侧设置有激光跟踪仪(10)，所述上位机能够实时获取T-Probe(14)的位置并根据T-Probe(14)的位置控制第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的动作；

所述上位机与激光跟踪仪(10)、第一装配单元、第二装配单元和三坐标工装(3)电连接，所述上位机能够根据第一抓取机构和第二抓取机构上T-Probe(14)采集的数据确定第一抓取机构和第二抓取机构之间的相对位置，确认下一步的动作。

2.如权利要求1所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述第一抓取机构和第二抓取机构均包括快换机构(13)、第一末端执行器(4)和第二末端执行器(6)；所述快换机构(13)能够与第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)上的法兰盘相连；所述第一末端执行器(4)和第二末端执行器(6)能够分别夹持零件放置架(8)内的不同零件；

所述快换机构(13)能够分别与第一末端执行器(4)和第二末端执行器(6)均气动连接，当快换机构(13)插入至第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)内时，对快换机构(13)与第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)之间的连接部充气，控制快换机构(13)与第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)相互固定；对快换机构(13)与第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)之间的连接部抽气，控制快换机构(13)与第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)相互分离。

3.如权利要求2所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述快换机构(13)还包括主架和工业相机(15)，所述主架呈U型结构，所述T-Probe(14)和工业相机(15)分别设于主架外侧壁的两侧，所述T-Probe(14)能够反馈激光跟踪仪(10)发出的激光，所述工业相机(15)能够对零件放置架(8)内的零件进行拍摄；所述快换机构(13)的中部外侧与第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的法兰盘相连、中部内侧设有气动连接台(21)，所述第一末端执行器(4)和第二末端执行器(6)能够套设于气动连接台(21)上，所述快换机构(13)的侧壁上设有与气动连接台(21)内部连通的气动接口。

4.如权利要求3所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述第一末端执行器(4)能够对零件放置架(8)内的梁(2)进行抓取，所述第一末端执行器(4)包括第一壳体、卡爪(16)、真空吸盘(18)和激光位移传感器(17)，所述第一末端执行器(4)的一端设有与气动连接台(21)相配合的第一气动凹槽，所述第一末端执行器(4)对应第一气动凹槽的周围设有多组第一定位柱，所述快换机构(13)对应设置有能够与第一定位柱配合的多组定位槽；

所述真空吸盘(18)共有多组并且多组真空吸盘(18)设于第一壳体远离第一气动凹槽的一端，所述卡爪(16)设于第一壳体靠近真空吸盘(18)一端的侧壁上，所述激光位移传感器(17)设于第一壳体靠近真空吸盘(18)的一端，所述激光位移传感器(17)与上位机电连接。

5.如权利要求3所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述第二末端执行器(6)包括第二壳体、第一零点定位器(19)和第二定位柱(22)，所述第二壳体的一端设有与气动连接台(21)相配合的第二气动凹槽，所述第一零点定位器(19)设于第二壳体内并能够对肋(7)进行抓取，所述第二定位柱(22)设于第二壳体靠近第二气动凹槽的一端。

6.如权利要求2所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：还包括第一转接件(11)和第二转接件(12)，所述零件放置架(8)内的零件包括梁(2)和肋(7)；所述第一转接件(11)为倒T形结构，倒T形结构的纵板上开设有能够与梁(2)的腹板相连的圆孔，倒T形结构的横板上设有能够与三坐标工装(3)相连的第一短销(23)；

所述第二转接件(12)为平板结构，所述第二转接件(12)上一侧侧壁上连接有能够与肋(7)相连的台阶销、另一侧侧壁上设有能够与第二末端执行器(6)相连的第二短销(24)。

7.如权利要求1所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述三坐标工装(3)共有三组并且三组三坐标工装(3)并排设置，所述三坐标工装(3)包括支架(25)和设于支架(25)上的装配台，所述支架(25)竖直设置并且支架(25)上设有靶标座，所述装配台与支架(25)的顶部可拆卸连接，所述装配台上设有第二零点定位器。

8.如权利要求2所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配系统，其特征在于：还包括第一末端放置架(20)和第二末端放置架(9)，所述第一末端放置架(20)和第二末端放置架(9)均有两组并且两组第一末端放置架(20)和第二末端放置架(9)分别对应第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)设置，所述第一末端放置架(20)能够承载并定位第一末端执行器(4)，所述第二末端放置架(9)能够承载并定位第二末端执行器(6)，所述第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的末端能够移动到相邻的第一末端放置架(20)或第二末端放置架(9)上对第一末端执行器(4)或第二末端执行器(6)进行抓取。

9.一种面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配方法，采用如权利要求1-8任一所述的协同装配系统，其特征在于，包括：

在选取梁(2)的两端分别开设4个特征孔，将梁(2)的腹板与第一转接件(11)相连，并放置在零件放置架(8)上；将肋(7)的定位孔与第二转接件(12)的台阶销相连，并放置在零件放置架(8)上；

在第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)上安装快换机构(13)，将第一工业机器人(1)的支臂移动至第一末端放置架(20)上，将快换机构(13)与第一末端执行器(4)气动连接；将第二工业机器人(5)的支臂移动至另一第一末端放置架(20)上，将第二工业机器人(5)上的快换机构(13)与另一第一末端放置架(20)上的第一末端执行器(4)气动连接；

控制第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)带动两组第一末端执行器(4)分别移动至梁(2)的两端上方，利用两组工业相机(15)对梁(2)两端的各4个特征孔进行拍照，根据拍照结果计算梁(2)八个特征孔圆心的坐标，确定梁(2)在零件放置架(8)上的角度，根据梁(2)的角度调整第一末端执行器(4)底部平面的角度；

激光位移传感器(17)测量第一末端执行器(4)底部平面与梁(2)腹板之间的距离和角度，而后第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)根据第一末端执行器(4)底部平面与梁(2)腹板之间的距离和角度，调整第一末端执行器(4)的姿态，控制第一末端执行器(4)底部平面与梁(2)腹板外表面平行，而后控制第一末端执行器(4)向下移动，激光位移传感器(17)实时获取第一末端执行器(4)与梁(2)腹板之间的距离，当判断出第一末端执行器(4)与梁(2)腹板之间的距离符合设定要求后，控制第一末端执行器(4)下的真空吸盘(18)打开吸附功能，将梁(2)吸附固定，同时控制卡爪(16)落下，将梁(2)抓紧；

在搬运前，控制T-Probe(14)获得第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的相对位姿关系，并将位姿关系数据传递给上位机，在上位机中通过Roboteam软件包将两组第一末端执行器(4)相互关联；通过Roboteam软件包实时保持两组第一末端执行器(4)之间的距离不变和相对角度不变，并控制第一工业机器人(1)主动调整下一动作的第一末端执行器(4)姿态，第二工业机器人(5)跟随第一工业机器人(1)同步调整下一动作的另一第一末端执行器(4)姿态，将梁(2)无变形地由零件放置架(8)搬运至三坐标工装(3)，三坐标工装(3)上的第二零点定位器抓取梁(2)上的第一短销(23)将梁(2)固定；

将第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)移动至第一末端放置架(20)上，将第一末端执行器(4)取下，而后移动至第二末端放置架(9)上，通过快换机构(13)连接第二末端执行器(6)；

控制第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)带动第二末端执行器(6)移动至零件放置架(8)上肋(7)的上方，通过工业相机(15)拍摄与第二转接件(12)和肋(7)相连的图像，利用得到的图像检测第二转接件(12)的待抓取点，进行粗定位；移动第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的支臂将第二末端执行器(6)移动至第二转接件(12)的待抓取点上方，再次拍摄第二转接件(12)，对待抓取点进行精确定位，判断肋(7)的坐标和肋(7)在零件放置架(8)上的位姿；

第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)根据肋(7)在零件放置架(8)上的位姿，调整第二末端执行器(6)的位姿，并向下移动，达到相应的位姿后，第二零点定位器打开，锁紧第二转接件(12)上的第二短销(24)，将肋(7)抓取；

第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)对肋(7)进行搬运，通过快换机构(13)上的T-Probe(14)实时获取第二末端执行器(6)的实际绝对位置，计算实际绝对位置与理论位置之间的误差，并引导第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)运动，直至误差在设定要求的范围之内，将肋(7)搬运至梁(2)上的理论位置；

对搬运至理论位置的肋(7)，通过第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)对肋(7)的一侧进行定位压紧、另一侧进行制孔连接，直至将肋(7)固定到梁(2)上。

10.如权利要求9所述的面向大型翼面类骨架的双机器人协同装配方法，其特征在于，所述第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)对梁(2)进行搬运的具体方法为：

以第一工业机器人(1)的基坐标点为原点，建立三维空间坐标系，其中YOZ平面通过第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)，在搬运时通过上位机进行路径规划，先将两组第一末端执行器(4)调整至通过YOZ平面对应的两个搬运初始点，开始搬运，利用T-Probe(14)实时获取第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的位姿，上位机按照路径规划确定第一工业机器人(1)和第二工业机器人(5)的下一动作，同时通过Roboteam软件包控制两组第一末端执行器(4)的相对位姿保持不变，并每隔一定时间获取第一工业机器人(1)上的第一末端执行器(4)的实际位姿，判断第一工业机器人(1)上的第一末端执行器(4)的位姿是否与该位置处的理论位姿相符，若否，则根据理论位姿与实际位姿之间的偏差调整该第一末端执行器(4)的位姿，直至调整至理论位置，并继续按照当前的路径规划进行搬运，直至将梁(2)搬运至三坐标工装(3)上。

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