【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械制造和上下料系统，具体而言，涉及一种基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统。
技术介绍
1、目前管路自动化上下料过程中，主要为机械臂末端配备定尺寸刚性夹具，并采用传统的现场示教或离线编程的路径规划方式，而针对航天产品管路品种多、批量小、空间结构形状复杂、产品精度要求高等特点，定尺寸刚性夹具难以兼容多种规格的管路，需频繁更换夹具，且管路弯制完成后由于惯性存在一定抖动，对夹持动作要求较高。同时，传统的路径规划方式，需人工对每一根管路进行路径编程，效率低、人工成本高。
2、当前管路弯制过程中的机械臂上下料路径规划主要以现场人工示教为主，针对航天产品管路品种多、批量小、空间结构形状复杂、产品精度要求高等特点，主要存在以下问题：①现场人工示教过程会导致生产线暂停，且对操作人员有一定的素质要求；②路径示教更适合于大批量、简单重复性的产品生产，很难满足目前多品种、小批量的生产需求；③对于形状复杂、空间尺寸大的产品，示教编程过程复杂，占用时间长，生产效率低，人员劳动强度大；④在进行示教过程中，若出现人为失误会导致机器人与产品、设备之间的碰撞，使设备受损，甚至人员安全受到威胁；⑤人工示教过程以目测为主，会存在一定误差，导致偏离目标；⑥管路弯制完成后存在抖动，需等待一定时间才能夹持。
3、综上所述，存在如下至少一种技术问题：
4、现场人工示教过程会导致生产线暂停，且对操作人员有一定的素质要求；
5、路径示教更适合于大批量、简单重复性的产品生产，很难满足目前多品种、小批量的生产需求；
6、对于形状复杂、空间尺寸大的产品，示教编程过程复杂，占用时间长，生产效率低，人员劳动强度大；
7、在进行示教过程中，若出现人为失误会导致机器人与产品、设备之间的碰撞，使设备受损，甚至人员安全受到威胁；
8、人工示教过程以目测为主，会存在一定误差，导致偏离目标；
9、管路弯制完成后存在抖动，需等待一定时间才能夹持。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，以解决现有技术中现场人工示教过程会导致生产线暂停，且对操作人员有一定的素质要求；路径示教更适合于大批量、简单重复性的产品生产，很难满足目前多品种、小批量的生产需求；对于形状复杂、空间尺寸大的产品，示教编程过程复杂，占用时间长，生产效率低，人员劳动强度大；在进行示教过程中，若出现人为失误会导致机器人与产品、设备之间的碰撞，使设备受损，甚至人员安全受到威胁；人工示教过程以目测为主，会存在一定误差，导致偏离目标；管路弯制完成后存在抖动，需等待一定时间才能夹持中至少一个技术问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，包括：
3、双目视觉检测系统，所述双目视觉检测系统用于识别管路姿态和位置；
4、机械臂，所述机械臂用于带动柔性夹持机构移动；
5、柔性夹持机构，所述柔性夹持机构设置在机械臂上，所述柔性夹持机构用于夹持管件；
6、机械臂末端力控系统，所述机械臂末端力控系统用于轻触管件，抑制管件振动；
7、控制器，所述控制器用于控制双目视觉检测系统、机械臂、柔性夹持机构、机械臂末端力控系统和用于计算抓取点位置确定空间姿态，进行轨迹规划。
8、优选的，所述柔性夹持机构采用启动柔性夹爪，通过充气弯曲变形，自适应地包覆住目标物体，进行抓握动作；通过抽气反向变形，进行放置或预抓取。
9、优选的，所述控制器包括中央处理器、双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块，所述中央处理器分别与双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块相连。
10、优选的，所述双目视觉检测系统控制模块与双目视觉检测系统相连，所述机械臂控制模块与机械臂相连，所述柔性夹持机构控制模块与柔性夹持机构相连，所述机械臂末端力控系统控制模块与机械臂末端力控系统相连。
11、优选的，所述双目视觉检测系统用于对管件尺寸、深度信息和表面特征获取，并对周围作业环境信息采集，获取障碍物分布信息，所述双目视觉检测系统将采集的信息传输给控制器，控制器对作业环境进行空间建模。
12、优选的，所述控制器的数据计算模块用于计算抓取位置，通过预加工数据，建立管件数字模型，明确管路质心位置，并根据质心位置进行适应性调整。
13、优选的，所述控制器通过深度信息对图像数据进行过滤，仅保存阈值范围内的特征，过滤掉复杂的背景信息，对弯管图像进行二值化、图像滤波预处理操作，并利用轮廓提取算法，对弯管轮廓特征进行提取，然后根据拍摄到的部分特征及尺寸，与数模内弯管模型进行比对，将计算出的抓取点位置映射到机器人基座标系下，确定其空间位姿信息。
14、优选的，所述控制器根据机器人可达性、避障约束、运动平滑性和效率，对作业环境进行空间建模，获取障碍物分布信息，并结合轨迹生成算法生成机器人的运动轨迹。
15、优选的，所述控制器通过预加工数据建立管路数字模型，以直管中心p0作为分界点，将直管分为左右两侧，并结合已知的管路模型加工数据信息，计算出直管中心点p0两侧弯管质心位置p1、p2，将p1与p2点在空间内连接，并取其连线中点p3作为弯管空间质心点，过p3点，做与p1、p2连线相垂直的平面，此平面将与弯管形成交点p4，p4即可作为弯管抓取点；当抓取点刚好落在弯曲处时，机器人无法稳定抓取弯管，需将抓取点沿弯管路轴向两侧平移，平移距离为管路弯曲半径与夹爪宽度之和。
16、优选的，所述机械臂末端力控系统安装在机械臂侧面位置，采用柔性材料搭载力传感器的结构，所述机械臂末端力控系统将传感器的检测信息作为力反馈信号，再将其转化为机器人的控制信号，在执行力控运动指令时，控制器根据力控传感器检测到的力的大小与方向对机器人的运动状态与轨迹进行调整，使机械臂能够对管路进行抑抖且不与管路发生刚性碰撞。
17、应用本专利技术的技术方案，具有如下技术效果：
18、本专利技术能够实现管路弯制过程中机械臂的柔性化、自动化上下料，管路自适应上下料系统包括机械臂末端柔性夹持机构、抓取位置空间位姿映射及轨迹规划、抓取位置计算以及抓取过程振动抑制系统。末端柔性夹持机构采用气动柔性夹爪，通过充气实现弯曲形变，自适应地包覆住目标物体，完成抓握动作；通过抽气实现反向形变，完成放置动作。抓取位置空间位姿映射及轨迹规划通过在机器人末端建立双目视觉检测系统，同时进行弯管尺寸检测、深度信息和表面特征提取，对作业环境进行空间建模，获取障碍物分布信息，并结合算法生成机器人的运动轨迹。抓取位置计算通过预加工数据，建立管路数字模型，明确管路质心位置，并根据质心位置情况进行适应性调整。抓取过程振动抑制方法通过机械臂末端力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述柔性夹持机构采用启动柔性夹爪，通过充气弯曲变形，自适应地包覆住目标物体，进行抓握动作；通过抽气反向变形，进行放置。
3.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器包括中央处理器、双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块，所述中央处理器分别与双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块相连。
4.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述双目视觉检测系统控制模块与双目视觉检测系统相连，所述机械臂控制模块与机械臂相连，所述柔性夹持机构控制模块与柔性夹持机构相连，所述机械臂末端力控系统控制模块与机械臂末端力控系统相连。
5.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料
6.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器的数据计算模块用于计算抓取位置，通过预加工数据，建立管件数字模型，明确管路质心位置，并根据质心位置进行适应性调整。
7.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器通过深度信息对图像数据进行过滤，仅保存阈值范围内的特征，过滤掉复杂的背景信息，对弯管图像进行二值化、图像滤波预处理操作，并利用轮廓提取算法，对弯管轮廓特征进行提取，然后根据拍摄到的部分特征及尺寸，与数模内弯管模型进行比对，将计算出的抓取点位置映射到机器人基座标系下，确定其空间位姿信息。
8.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器根据机器人可达性、避障约束、运动平滑性和效率，对作业环境进行空间建模，获取障碍物分布信息，并结合轨迹生成算法生成机器人的运动轨迹。
9.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器通过预加工数据建立管路数字模型，以直管中心P0作为分界点，将直管分为左右两侧，并结合已知的管路模型加工数据信息，计算出直管中心点P0两侧弯管质心位置P1、P2，将P1与P2点在空间内连接，并取其连线中点P3作为弯管空间质心点，过P3点，做与P1、P2连线相垂直的平面，此平面将与弯管形成交点P4，P4即可作为弯管抓取点；当抓取点刚好落在弯曲处时，机器人无法稳定抓取弯管，将抓取点沿弯管路轴向两侧平移，平移距离为管路弯曲半径与夹爪宽度之和。
10.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述机械臂末端力控系统安装在机械臂侧面位置，采用柔性材料搭载力传感器的结构，所述机械臂末端力控系统将传感器的检测信息作为力反馈信号，再将其转化为机器人的控制信号，在执行力控运动指令时，控制器根据力控传感器检测到的力的大小与方向对机器人的运动状态与轨迹进行调整，使机械臂能够对管路进行抑抖且不与管路发生刚性碰撞。
...【技术特征摘要】
1.一种基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述柔性夹持机构采用启动柔性夹爪，通过充气弯曲变形，自适应地包覆住目标物体，进行抓握动作；通过抽气反向变形，进行放置。
3.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器包括中央处理器、双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块，所述中央处理器分别与双目视觉检测系统控制模块、机械臂控制模块、柔性夹持机构控制模块、机械臂末端力控系统控制模块、数据计算模块和规划模块相连。
4.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述双目视觉检测系统控制模块与双目视觉检测系统相连，所述机械臂控制模块与机械臂相连，所述柔性夹持机构控制模块与柔性夹持机构相连，所述机械臂末端力控系统控制模块与机械臂末端力控系统相连。
5.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述双目视觉检测系统用于对管件尺寸、深度信息和表面特征获取，并对周围作业环境信息采集，获取障碍物分布信息，所述双目视觉检测系统将采集的信息传输给控制器，控制器对作业环境进行空间建模。
6.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系统，其特征在于，所述控制器的数据计算模块用于计算抓取位置，通过预加工数据，建立管件数字模型，明确管路质心位置，并根据质心位置进行适应性调整。
7.如权利要求1所述的基于机械臂的管路弯制过程自适应上下料系...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵怡铭，王刚，叶焕，李鹏程，王思军，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。