【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及工程機(jī)械自動化和高精度機(jī)械加工，尤其是涉及一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人及作業(yè)方法。
技術(shù)介紹
1、隨著目前對進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的容器精度要求提高，這對于反應(yīng)釜封頭的加工精度也提出了更高的要求。
2、在現(xiàn)有生產(chǎn)加工過程中，由于封頭較大(最大直徑可達(dá)到3.5米)，導(dǎo)致人工吊裝時的擺放位置偏差較大、存在加工誤差且每次切割開孔都需要多名工人手動進(jìn)行測量、定位、畫線和確定中心點(diǎn)，這種方法不僅耗時長、效率低，而且存在較大的誤差風(fēng)險，無法滿足高精度的加工需求。特別是在面對大型封頭時，人工操作的穩(wěn)定性和一致性難以保證，成為了切割開孔過程中的瓶頸。
3、目前大型構(gòu)件如航空航天、風(fēng)電機(jī)葉片所使用的移動測量開孔方法為全局測量定位與局部測量定位多尺度結(jié)合方法，如公開號為cn109990701a的專利技術(shù)公開了一種大型復(fù)雜曲面三維形貌機(jī)器人移動測量系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括結(jié)構(gòu)光三維掃描設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、自主移動平臺、立體視覺測量設(shè)備和地面定位靶標(biāo)；所述方法采用上述系統(tǒng)進(jìn)行測量包括如下步驟：標(biāo)定定位靶標(biāo)在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；標(biāo)定機(jī)器人手眼關(guān)系；規(guī)劃自動測量路徑；獲取各站位點(diǎn)云數(shù)據(jù)；獲取各站位點(diǎn)云位姿；多站位點(diǎn)云數(shù)據(jù)對齊。但是，上述多尺度、測量結(jié)合的方法固然精密，但對于普通大型構(gòu)件加工顯然是不小的負(fù)擔(dān)，從測量難度和成本方面考慮，上述定位方法顯然不適用于普通大型構(gòu)件的加工。
4、目前，對于化工反應(yīng)釜封頭加工場景始終存在著工人勞動強(qiáng)度大、工作過程單一、工人開孔加工效率低，并且在一些特定廠房區(qū)域作
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在需要人工測量開孔、龍門架固定開孔不能解決原位測量的缺陷而提供一種包含測量定位、切割開孔的移動作業(yè)一體化的反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人及作業(yè)方法。
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
3、本方案提供了一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，包括控制模塊以及控制模塊連接的移動平臺、多軸機(jī)械臂、測量模塊和開孔模塊；所述多軸機(jī)械臂的一端安裝在移動平臺上，所述測量模塊和開孔模塊集成設(shè)置在多軸機(jī)械臂的另一端；
4、所述移動平臺用于帶動機(jī)器人移動，所述多軸機(jī)械臂根據(jù)控制模塊的指令調(diào)整測量模塊和開孔模塊的位置和姿態(tài)，所述測量模塊用于對封頭進(jìn)行點(diǎn)云掃描，所述開孔模塊用于封頭的開孔和打坡口，所述控制模塊用于接收測量模塊采集的數(shù)據(jù)，并確定封頭的開孔位置，且所述控制模塊用于控制機(jī)器人的動作、測量模塊的測量路徑以及開孔模塊的開孔姿態(tài)。
5、進(jìn)一步地，所述測量模塊包括激光測距傳感器和3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)，所述3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)用于采集封頭的三維形狀，生成對應(yīng)的點(diǎn)云信息，并將點(diǎn)云信息輸送至控制模塊；所述激光測距傳感器用于測量模塊和開孔模塊的定位。
6、進(jìn)一步地，所述開孔模塊包括等離子切割機(jī)和移動導(dǎo)軌，所述移動導(dǎo)軌安裝在多軸機(jī)械臂的末端，所述等離子切割機(jī)可移動安裝在移動導(dǎo)軌上，所述移動導(dǎo)軌用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)的位置；所述等離子切割機(jī)還連接伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)的傾角。
7、進(jìn)一步地，，所述等離子切割機(jī)的一側(cè)安裝有彈簧滾輪，當(dāng)?shù)入x子切割機(jī)作業(yè)時，所述彈簧滾輪與封頭表面接觸。
8、進(jìn)一步地，所述移動平臺上設(shè)有慣性測量單元、視覺相機(jī)和激光雷達(dá)，用于移動平臺的環(huán)境感知與動態(tài)避障；所述移動平臺的下端設(shè)有車輪，所述車輪上設(shè)有鎖緊件，所述鎖緊件用于固定車輪的移動。
9、本方案還提供了一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人的作業(yè)方法，包括以下步驟：
10、獲取封頭的直徑和多軸機(jī)械臂的臂展，并將多軸機(jī)械臂的臂展與封頭的直徑進(jìn)行比較，判斷封頭上開孔位置的測量方法和開孔方法；
11、若封頭的直徑與多軸機(jī)械臂的臂展的比值小于或等于第一閾值，通過測量模塊采用固定點(diǎn)位測量方法確定封頭上開孔位置，并標(biāo)定關(guān)鍵特征點(diǎn)；
12、若封頭的直徑與多軸機(jī)械臂的臂展的比值大于第一閾值，通過測量模塊配合移動平臺采用多次轉(zhuǎn)站測量方法確定封頭上開孔位置，并標(biāo)定關(guān)鍵特征點(diǎn)；
13、若封頭的直徑與多軸機(jī)械臂的臂展的比值小于或等于第二閾值，通過開孔模塊采用固定點(diǎn)位開孔方法在標(biāo)定的關(guān)鍵特征點(diǎn)位置進(jìn)行開孔和打坡口作業(yè)；
14、若封頭的直徑與多軸機(jī)械臂的臂展的比值大于第二閾值，通過開孔模塊配合移動平臺采用轉(zhuǎn)站開孔方法在標(biāo)定的關(guān)鍵特征點(diǎn)位置進(jìn)行開孔和打坡口作業(yè)。
15、進(jìn)一步地，所述測量模塊包括3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)，所述3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)用于采集封頭的三維形狀，生成對應(yīng)的點(diǎn)云信息，所述固定點(diǎn)位測量方法包括以下步驟：
16、通過3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)獲取封頭的結(jié)構(gòu)輪廓；將封頭的結(jié)構(gòu)輪廓以圓心劃分為三個扇形區(qū)域，各個扇形區(qū)域的圓心角均為120°；由封頭的結(jié)構(gòu)輪廓中心開始，將多軸機(jī)械臂依次在三個扇形區(qū)域內(nèi)移動；
17、通過3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)對每個扇形區(qū)域進(jìn)行掃描，并對各個扇形區(qū)域內(nèi)的掃描數(shù)據(jù)實(shí)時拼接；根據(jù)三個扇形區(qū)域的掃描數(shù)據(jù)，生成封頭的完整點(diǎn)云模型；
18、將封頭的完整點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊，結(jié)合開孔的預(yù)設(shè)位置和尺寸，確定封頭待加工區(qū)域的具體坐標(biāo)，并標(biāo)定關(guān)鍵特征點(diǎn)。
19、進(jìn)一步地，所述多次轉(zhuǎn)站測量方法包括以下步驟：
20、通過測量模塊獲取封頭的結(jié)構(gòu)輪廓；將封頭的結(jié)構(gòu)輪廓以圓心劃分為三個扇形區(qū)域，各個扇形區(qū)域的圓心角均為120°；在封頭三個扇形區(qū)域外設(shè)置對應(yīng)的三個標(biāo)定板，將外置的標(biāo)定板進(jìn)行內(nèi)外參標(biāo)定，獲取對應(yīng)的標(biāo)定參數(shù)；
21、通過移動平臺帶動測量模塊移動，配合測量模塊掃描三個標(biāo)定板，確定測量模塊與封頭的相對位置，對第一個扇形區(qū)域進(jìn)行點(diǎn)云掃描；通過移動平臺帶動測量模塊移動，重復(fù)第一個扇形區(qū)域內(nèi)的掃描動作，獲取第二個和第三個扇形區(qū)域的點(diǎn)云掃描；
22、將三個扇形區(qū)域的點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)融合，得到封頭完整的點(diǎn)云模型，結(jié)合開孔的預(yù)設(shè)位置和尺寸，確定封頭待加工區(qū)域的具體坐標(biāo)，并標(biāo)定關(guān)鍵特征點(diǎn)。
23、進(jìn)一步地，所述開孔模塊包括等離子切割機(jī)，所述固定點(diǎn)位開孔方法包括以下步驟：
24、獲取測量模塊的測量結(jié)果和封頭的設(shè)計(jì)圖紙，計(jì)算封頭上每個開孔的坐標(biāo)、深度和坡口角度；
25、根據(jù)開孔信息，通過控制模塊規(guī)劃多軸機(jī)械臂的移動路徑，通過多軸機(jī)械臂帶動離子切割機(jī)移動；
26、將移動平臺移動到預(yù)設(shè)位置后固定，通過離子切割機(jī)結(jié)合開孔信息，在指定封頭的指定位置進(jìn)行開孔和坡口加工。
27、進(jìn)一步地，所述開孔模塊包括等離子切割機(jī)、伺服電機(jī)和移動導(dǎo)軌，所述移動導(dǎo)軌用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)的位置，所述伺服電機(jī)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)的傾角；所述轉(zhuǎn)站開孔方法包括以下步驟：
28、根據(jù)控制模塊確定的開孔的位本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，包括控制模塊以及控制模塊連接的移動平臺(1)、多軸機(jī)械臂(2)、測量模塊(3)和開孔模塊(4)；所述多軸機(jī)械臂(2)的一端安裝在移動平臺(1)上，所述測量模塊(3)和開孔模塊(4)集成設(shè)置在多軸機(jī)械臂(2)的另一端；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述測量模塊(3)包括激光測距傳感器(31)和3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)，所述3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)用于采集封頭的三維形狀，生成對應(yīng)的點(diǎn)云信息，并將點(diǎn)云信息輸送至控制模塊；所述激光測距傳感器(31)用于測量模塊(3)和開孔模塊(4)的定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述開孔模塊(4)包括等離子切割機(jī)(41)和移動導(dǎo)軌(42)，所述移動導(dǎo)軌(42)安裝在多軸機(jī)械臂(2)的末端，所述測量模塊(3)和等離子切割機(jī)(41)分別可移動安裝在移動導(dǎo)軌(42)上，所述移動導(dǎo)軌(42)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)(41)的位置；所述等離子切割機(jī)(41)還連接伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)用于
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述等離子切割機(jī)(41)的一側(cè)安裝有彈簧滾輪，當(dāng)?shù)入x子切割機(jī)(41)作業(yè)時，所述彈簧滾輪與封頭表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述移動平臺(1)上設(shè)有慣性測量單元、視覺相機(jī)和激光雷達(dá)，用于移動平臺(1)的環(huán)境感知與動態(tài)避障；所述移動平臺的下端設(shè)有車輪，所述車輪上設(shè)有鎖緊件，所述鎖緊件用于固定車輪的移動。
6.一種基于權(quán)利要求1-5任一所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人的作業(yè)方法，其特征在于，包括以下步驟：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述測量模塊(3)包括3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)，所述3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)用于采集封頭的三維形狀，生成對應(yīng)的點(diǎn)云信息，所述固定點(diǎn)位測量方法包括以下步驟：
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述多次轉(zhuǎn)站測量方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述開孔模塊(4)包括等離子切割機(jī)(41)，所述固定點(diǎn)位開孔方法包括以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述開孔模塊(4)包括等離子切割機(jī)(41)、伺服電機(jī)和移動導(dǎo)軌(42)，所述移動導(dǎo)軌(42)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)(41)的位置，所述伺服電機(jī)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)(41)的傾角；所述轉(zhuǎn)站開孔方法包括以下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，包括控制模塊以及控制模塊連接的移動平臺(1)、多軸機(jī)械臂(2)、測量模塊(3)和開孔模塊(4)；所述多軸機(jī)械臂(2)的一端安裝在移動平臺(1)上，所述測量模塊(3)和開孔模塊(4)集成設(shè)置在多軸機(jī)械臂(2)的另一端；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述測量模塊(3)包括激光測距傳感器(31)和3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)，所述3d結(jié)構(gòu)光相機(jī)(32)用于采集封頭的三維形狀，生成對應(yīng)的點(diǎn)云信息，并將點(diǎn)云信息輸送至控制模塊；所述激光測距傳感器(31)用于測量模塊(3)和開孔模塊(4)的定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述開孔模塊(4)包括等離子切割機(jī)(41)和移動導(dǎo)軌(42)，所述移動導(dǎo)軌(42)安裝在多軸機(jī)械臂(2)的末端，所述測量模塊(3)和等離子切割機(jī)(41)分別可移動安裝在移動導(dǎo)軌(42)上，所述移動導(dǎo)軌(42)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)(41)的位置；所述等離子切割機(jī)(41)還連接伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)用于調(diào)節(jié)等離子切割機(jī)(41)的傾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種反應(yīng)釜封頭移動測量與開孔一體化機(jī)器人，其特征在于，所述等離子切割機(jī)(41)的一側(cè)安裝有彈簧...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：崔國華，張澤祺，錢波，岳義，張振山，楊杰，劉勇博，
申請(專利權(quán))人：上海工程技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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