[發明專利]鋼拱架拼接裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 202010928072.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112045397B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 張翼風;魏曉龍;林福龍;李光;王雙旺;路亞緹;王一新;郭俊可;周樹亮;王寧;楊航;徐淼
• 申請（專利權）人: 中鐵工程裝備集團有限公司
• 主分類號: B23P19/04
• 分類號: B23P19/04;B25J9/16
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 喬玉萍

1.一種鋼拱架拼接裝置，包括大回轉機構（1），大回轉機構（1）上活動設置有機械臂，機械臂上設置有動力機構，其特征在于，所述大回轉機構上均勻設置有若干個從站控制盒（5），從站控制盒（5）均與主站控制箱相連接，從站控制盒（5）兩側且在大回轉機構（1）上對稱設置有兩組機械臂，相鄰從站控制盒（5）之間設置有三維掃描儀（6），三維掃描儀（6）與從站控制盒（5）相連接；所述動力機構上設置有位移監測組件和壓力監測組件，位移監測組件和壓力監測組件均與從站控制盒（5）相連接；

所述動力機構包括推進油缸（2）和夾爪油缸（4），推進油缸（2）的一端與大回轉機構（1）相連接，推進油缸（2）的另一端與機械臂相連接，夾爪油缸（4）安裝在機械臂上且夾爪油缸（4）與機械臂上活動設置的夾爪（3）相連接；所述推進油缸（2）和夾爪油缸（4）內均設置有位移監測組件，夾爪油缸（4）一側設置有壓力監測組件；

所述位移監測組件包括伸縮位移傳感器，伸縮位移傳感器分別內置在推進油缸（2）和夾爪油缸（4）內部；所述壓力監測組件包括第一壓力傳感器，第一壓力傳感器安裝在夾爪油缸（4）一側；所述推進油缸（2）和夾爪油缸（4）的進油管路上均設置有比例調節閥和第二壓力傳感器，伸縮位移傳感器、比例調節閥、第一壓力傳感器和第二壓力傳感器均與從站控制盒（5）相連接；

對各油缸位移路徑規劃，通過把每個油缸伸長量分成多段，一段一段運行，擬合機械臂油缸位移曲線，以實現機器人末端能夠沿固定軌跡運行的目的，在主站控制箱和從站控制盒的控制作用下使得對應的兩組機械臂上油缸協同運動，各自沿預定軌跡運動；

其工作方法，包括以下步驟：

S1、作業準備：首先將大回轉機構（1）上各從站控制盒（5）依次命名為從站控制盒1、從站控制盒2、從站控制盒3、……、從站控制盒n，各機械臂依次命名為機械臂1、機械臂2、機械臂3、……、機械臂m，各三維掃描儀依次命名為三維掃描儀1、三維掃描儀2、三維掃描儀3、……、三維掃描儀p，機械臂1和機械臂2對稱設置在從站控制盒1兩側；

S2、根據步驟S1，每兩組機械臂完成一個鋼拱架抓取提升動作，每組三維掃描儀（6）掃描兩組鋼拱架上設定點位置坐標；將鋼拱架依次命名為鋼拱架1、鋼拱架2、……、鋼拱架n，機械臂1和機械臂2夾取鋼拱架1，依次類推；三維掃描儀1用于鋼拱架1和鋼拱架2上設定點位置坐標，依次類推；

S3、夾取鋼拱架：主站控制箱控制機械臂1和機械臂2動作首先夾取放置在待夾取位置上的鋼拱架；

S4、路徑規劃：根據工況需要，規劃機械臂1和機械臂2的運動路徑，在仿真軟件MATLAB中依據規劃好的機械臂1和機械臂2的運動路徑，調用Robotics System Toolbox函數庫求逆解，計算出機械臂1和機械臂2中各油缸從起始點到終點運行的距離L；

S5、根據步驟S4中計算得出的各油缸從起始點到終點運行的距離L，通過插值法將路徑L劃分成L1、L2、L3、……、LN段；

S6、鋼拱架提升：主站控制箱通過控制機械臂1和機械臂2中各推進油缸和夾爪油缸進油管路中的比例調節閥開度，使得各油缸動作完成L1段位移，到達位置T1；隨后控制各油缸繼續動作完成L2段位移，到達位置T2，依次類推，直至各油缸動作完成LN段位移時，機械臂1和機械臂2帶動鋼拱架提升到待拼接位置；

S7、下一鋼拱架夾取：主站控制箱控制大回轉機構（1）轉動360/n度帶動機械臂3和機械臂4分別運動至機械臂1和機械臂2的初始位置處，主站控制箱控制機械臂3和機械臂4夾取放置在待夾取位置上的鋼拱架，重復步驟S3~S5，機械臂3和機械臂4帶動鋼拱架提升到預拼接位置；

S8、鋼拱架拼接：通過機械臂2和機械臂3中間固定的三維掃描儀1掃描在鋼拱架1末端和鋼拱架2首端上分別設置的三個位置點坐標（x、y、z），根據三個位置點坐標，計算出鋼拱架1末端待拼接點的位置和位姿和鋼拱架2首端預拼接點位置和位姿；

S9、根據步驟S8，以鋼拱架1上待拼接點的位置和位姿為參考點，調整鋼拱架2的位姿，計算鋼拱架2預拼接點位置至鋼拱架1待拼接點位置的運動距離Z，根據運動距離Z計算機械臂3和機械臂4上各油缸伸縮長度，主站控制箱控制各油缸進油管路中比例調節閥開度，控制各油缸到達指定位置，實現鋼拱架1與鋼拱架2拼接；

S10、根據步驟S9，鋼拱架2與鋼拱架1拼接完成后，以鋼拱架2作為待拼接單元，重復步驟S7~S10依次完成其余各鋼拱架拼接；

S11、待各鋼拱架全部拼裝到位完成后，主站控制箱控制大回轉機構（1）上的各機械臂伸縮至指定位置使各拼裝完成的鋼拱架撐緊，至此各鋼拱架撐緊形成環狀支護。