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一種基于機(jī)械臂的管路彎制過(guò)程自適應(yīng)上下料系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):40651597發(fā)布日期:2025-01-10 18:58閱讀:9來(lái)源:國(guó)知局
一種基于機(jī)械臂的管路彎制過(guò)程自適應(yīng)上下料系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及機(jī)械制造和上下料系統(tǒng),具體而言,涉及一種基于機(jī)械臂的管路彎制過(guò)程自適應(yīng)上下料系統(tǒng)。


背景技術(shù):

1、目前管路自動(dòng)化上下料過(guò)程中,主要為機(jī)械臂末端配備定尺寸剛性?shī)A具,并采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)示教或離線(xiàn)編程的路徑規(guī)劃方式,而針對(duì)航天產(chǎn)品管路品種多、批量小、空間結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、產(chǎn)品精度要求高等特點(diǎn),定尺寸剛性?shī)A具難以兼容多種規(guī)格的管路,需頻繁更換夾具,且管路彎制完成后由于慣性存在一定抖動(dòng),對(duì)夾持動(dòng)作要求較高。同時(shí),傳統(tǒng)的路徑規(guī)劃方式,需人工對(duì)每一根管路進(jìn)行路徑編程,效率低、人工成本高。

2、當(dāng)前管路彎制過(guò)程中的機(jī)械臂上下料路徑規(guī)劃主要以現(xiàn)場(chǎng)人工示教為主,針對(duì)航天產(chǎn)品管路品種多、批量小、空間結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、產(chǎn)品精度要求高等特點(diǎn),主要存在以下問(wèn)題:①現(xiàn)場(chǎng)人工示教過(guò)程會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)暫停,且對(duì)操作人員有一定的素質(zhì)要求;②路徑示教更適合于大批量、簡(jiǎn)單重復(fù)性的產(chǎn)品生產(chǎn),很難滿(mǎn)足目前多品種、小批量的生產(chǎn)需求;③對(duì)于形狀復(fù)雜、空間尺寸大的產(chǎn)品,示教編程過(guò)程復(fù)雜,占用時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,人員勞動(dòng)強(qiáng)度大;④在進(jìn)行示教過(guò)程中,若出現(xiàn)人為失誤會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人與產(chǎn)品、設(shè)備之間的碰撞,使設(shè)備受損,甚至人員安全受到威脅;⑤人工示教過(guò)程以目測(cè)為主,會(huì)存在一定誤差,導(dǎo)致偏離目標(biāo);⑥管路彎制完成后存在抖動(dòng),需等待一定時(shí)間才能夾持。

3、綜上所述,存在如下至少一種技術(shù)問(wèn)題:

4、現(xiàn)場(chǎng)人工示教過(guò)程會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)暫停,且對(duì)操作人員有一定的素質(zhì)要求;

5、路徑示教更適合于大批量、簡(jiǎn)單重復(fù)性的產(chǎn)品生產(chǎn),很難滿(mǎn)足目前多品種、小批量的生產(chǎn)需求;

6、對(duì)于形狀復(fù)雜、空間尺寸大的產(chǎn)品,示教編程過(guò)程復(fù)雜,占用時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,人員勞動(dòng)強(qiáng)度大;

7、在進(jìn)行示教過(guò)程中,若出現(xiàn)人為失誤會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人與產(chǎn)品、設(shè)備之間的碰撞,使設(shè)備受損,甚至人員安全受到威脅;

8、人工示教過(guò)程以目測(cè)為主,會(huì)存在一定誤差,導(dǎo)致偏離目標(biāo);

9、管路彎制完成后存在抖動(dòng),需等待一定時(shí)間才能夾持。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于機(jī)械臂的管路彎制過(guò)程自適應(yīng)上下料系統(tǒng),以解決現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)場(chǎng)人工示教過(guò)程會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線(xiàn)暫停,且對(duì)操作人員有一定的素質(zhì)要求;路徑示教更適合于大批量、簡(jiǎn)單重復(fù)性的產(chǎn)品生產(chǎn),很難滿(mǎn)足目前多品種、小批量的生產(chǎn)需求;對(duì)于形狀復(fù)雜、空間尺寸大的產(chǎn)品,示教編程過(guò)程復(fù)雜,占用時(shí)間長(zhǎng),生產(chǎn)效率低,人員勞動(dòng)強(qiáng)度大;在進(jìn)行示教過(guò)程中,若出現(xiàn)人為失誤會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人與產(chǎn)品、設(shè)備之間的碰撞,使設(shè)備受損,甚至人員安全受到威脅;人工示教過(guò)程以目測(cè)為主,會(huì)存在一定誤差,導(dǎo)致偏離目標(biāo);管路彎制完成后存在抖動(dòng),需等待一定時(shí)間才能夾持中至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面,提供了一種基于機(jī)械臂的管路彎制過(guò)程自適應(yīng)上下料系統(tǒng),包括:

3、雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng),所述雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)用于識(shí)別管路姿態(tài)和位置;

4、機(jī)械臂,所述機(jī)械臂用于帶動(dòng)柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)移動(dòng);

5、柔性?shī)A持機(jī)構(gòu),所述柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)設(shè)置在機(jī)械臂上,所述柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)用于夾持管件;

6、機(jī)械臂末端力控系統(tǒng),所述機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)用于輕觸管件,抑制管件振動(dòng);

7、控制器,所述控制器用于控制雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)、機(jī)械臂、柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)和用于計(jì)算抓取點(diǎn)位置確定空間姿態(tài),進(jìn)行軌跡規(guī)劃。

8、優(yōu)選的,所述柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)采用啟動(dòng)柔性?shī)A爪,通過(guò)充氣彎曲變形,自適應(yīng)地包覆住目標(biāo)物體,進(jìn)行抓握動(dòng)作;通過(guò)抽氣反向變形,進(jìn)行放置或預(yù)抓取。

9、優(yōu)選的,所述控制器包括中央處理器、雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)控制模塊、機(jī)械臂控制模塊、柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)控制模塊、機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)控制模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊和規(guī)劃模塊,所述中央處理器分別與雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)控制模塊、機(jī)械臂控制模塊、柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)控制模塊、機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)控制模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊和規(guī)劃模塊相連。

10、優(yōu)選的,所述雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)控制模塊與雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)相連,所述機(jī)械臂控制模塊與機(jī)械臂相連,所述柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)控制模塊與柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)相連,所述機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)控制模塊與機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)相連。

11、優(yōu)選的,所述雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)管件尺寸、深度信息和表面特征獲取,并對(duì)周?chē)鳂I(yè)環(huán)境信息采集,獲取障礙物分布信息,所述雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)將采集的信息傳輸給控制器,控制器對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行空間建模。

12、優(yōu)選的,所述控制器的數(shù)據(jù)計(jì)算模塊用于計(jì)算抓取位置,通過(guò)預(yù)加工數(shù)據(jù),建立管件數(shù)字模型,明確管路質(zhì)心位置,并根據(jù)質(zhì)心位置進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

13、優(yōu)選的,所述控制器通過(guò)深度信息對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾,僅保存閾值范圍內(nèi)的特征,過(guò)濾掉復(fù)雜的背景信息,對(duì)彎管圖像進(jìn)行二值化、圖像濾波預(yù)處理操作,并利用輪廓提取算法,對(duì)彎管輪廓特征進(jìn)行提取,然后根據(jù)拍攝到的部分特征及尺寸,與數(shù)模內(nèi)彎管模型進(jìn)行比對(duì),將計(jì)算出的抓取點(diǎn)位置映射到機(jī)器人基座標(biāo)系下,確定其空間位姿信息。

14、優(yōu)選的,所述控制器根據(jù)機(jī)器人可達(dá)性、避障約束、運(yùn)動(dòng)平滑性和效率,對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行空間建模,獲取障礙物分布信息,并結(jié)合軌跡生成算法生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

15、優(yōu)選的,所述控制器通過(guò)預(yù)加工數(shù)據(jù)建立管路數(shù)字模型,以直管中心p0作為分界點(diǎn),將直管分為左右兩側(cè),并結(jié)合已知的管路模型加工數(shù)據(jù)信息,計(jì)算出直管中心點(diǎn)p0兩側(cè)彎管質(zhì)心位置p1、p2,將p1與p2點(diǎn)在空間內(nèi)連接,并取其連線(xiàn)中點(diǎn)p3作為彎管空間質(zhì)心點(diǎn),過(guò)p3點(diǎn),做與p1、p2連線(xiàn)相垂直的平面,此平面將與彎管形成交點(diǎn)p4,p4即可作為彎管抓取點(diǎn);當(dāng)抓取點(diǎn)剛好落在彎曲處時(shí),機(jī)器人無(wú)法穩(wěn)定抓取彎管,需將抓取點(diǎn)沿彎管路軸向兩側(cè)平移,平移距離為管路彎曲半徑與夾爪寬度之和。

16、優(yōu)選的,所述機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)安裝在機(jī)械臂側(cè)面位置,采用柔性材料搭載力傳感器的結(jié)構(gòu),所述機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)將傳感器的檢測(cè)信息作為力反饋信號(hào),再將其轉(zhuǎn)化為機(jī)器人的控制信號(hào),在執(zhí)行力控運(yùn)動(dòng)指令時(shí),控制器根據(jù)力控傳感器檢測(cè)到的力的大小與方向?qū)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與軌跡進(jìn)行調(diào)整,使機(jī)械臂能夠?qū)苈愤M(jìn)行抑抖且不與管路發(fā)生剛性碰撞。

17、應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案,具有如下技術(shù)效果:

18、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)管路彎制過(guò)程中機(jī)械臂的柔性化、自動(dòng)化上下料,管路自適應(yīng)上下料系統(tǒng)包括機(jī)械臂末端柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)、抓取位置空間位姿映射及軌跡規(guī)劃、抓取位置計(jì)算以及抓取過(guò)程振動(dòng)抑制系統(tǒng)。末端柔性?shī)A持機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)柔性?shī)A爪,通過(guò)充氣實(shí)現(xiàn)彎曲形變,自適應(yīng)地包覆住目標(biāo)物體,完成抓握動(dòng)作;通過(guò)抽氣實(shí)現(xiàn)反向形變,完成放置動(dòng)作。抓取位置空間位姿映射及軌跡規(guī)劃通過(guò)在機(jī)器人末端建立雙目視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng),同時(shí)進(jìn)行彎管尺寸檢測(cè)、深度信息和表面特征提取,對(duì)作業(yè)環(huán)境進(jìn)行空間建模,獲取障礙物分布信息,并結(jié)合算法生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。抓取位置計(jì)算通過(guò)預(yù)加工數(shù)據(jù),建立管路數(shù)字模型,明確管路質(zhì)心位置,并根據(jù)質(zhì)心位置情況進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。抓取過(guò)程振動(dòng)抑制方法通過(guò)機(jī)械臂末端力控系統(tǒng)輕觸管件,加快管路振動(dòng)停止。能夠?qū)崿F(xiàn)管路彎制過(guò)程的機(jī)械臂柔性化、自適應(yīng)上下料,減少夾具更換、路徑規(guī)劃的時(shí)間浪費(fèi),極大提高多品種、小批量生產(chǎn)模式下的生產(chǎn)效率,并且具有廣泛的適用性。

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