浅析机器人在油气田机械产品质量监督检验系统中的应用

2018-09-29胡凯博李东东

石油工业技术监督 2018年9期

王亮，胡凯博，李东东，蒲江

中国石油长庆油田分公司技术监测中心（陕西西安 710018）

1 现代工业机器人的应用情况

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人的典型应用包括焊接、刷漆、组装、采集和放置[1]。

2 机器人在油气田机械产品质量监督检验系统中主要实现的功能

在油气田机械产品质量监督检验系统中，机器人所要完成的工作是从上料区的旋转托盘抓取法兰，放置在三坐标测量机的工装上，将三坐标测量机测量完成的法兰抓取放置到环形流水线上料工位，根据检验结果将环形流水线下料工位的法兰分别放置在不合格料盒和合格托盘中，合格托盘中的法兰按照排放程序依次排放[2]。检验系统的结构布置如图1所示。

3 机器人的选型

在规划检验的法兰规格范围内，最重法兰的规格为DN100-1500Lb的带颈对焊法兰，法兰的近似质量为31.33 kg[3]。机器人抓取法兰还需配备适宜的工装。根据法兰外形结构特点，采用夹持法兰外圆的方式实现法兰的抓取，抓取的工装为气驱电磁阀执行机构。通过外接气源，控制执行机构夹紧或放松，加持机构配备不同规格卡爪（图2），实现不同外径法兰的抓取。执行机构加上卡爪的最大重量为35 kg，加上最重法兰31 kg，机器人的抓取重量至少为70 kg。考虑到抓取过程回转、急停加速度产生的力以及安全系数[4]，最终确定的机器人抓取重量级别为100 kg级。最终选取的机器人为SRA100-01-FD11-0000型机器人，其规格参数如图3所示。

图1 检验系统结构布置

图2 适用不同法兰外径的卡爪

图3 机器人规格参数

4 视觉识别系统的应用

机器人可以按照编辑的路径进行法兰的转移，但在将法兰装夹在法兰检验工装的过程中，无法每次准确无误地将法兰孔放置在定位销上，这就需要将法兰水平旋转一定角度，且角度范围不可过大，否则无法准确装夹。虽然在上料托盘处增加了红外十字光标，但上料托盘旋转过程本身存在系统误差，加上人工放置的人为误差，无法保证角度准确可靠。因此选择视觉识别系统配合机器人抓取，本系统中所使用的视觉识别就是一个参照物比对的原理。首先需要建立一个标准场景，视觉识别通过检测识别场景与标准场景的对比，自动对偏移与旋转量进行校对，计算出偏移参数坐标；接着，将结果发送给机器人，机器人根据偏移坐标进行校正，保证最终运行位置与标准场景一致[5]；最终，将视觉相机集成在机器人夹具上（图4）。目前所使用的欧姆龙视觉控制器具有高稳定性和相机的高分辨率，控制器自带多种功能，可以实现形状搜索、对位等功能，满足使用要求，同时还具有多种通信功能（232C,Ethernet），可以实现与不同厂家控制器通信。

5 机器人运行轨迹编程

机器人编写作业程序的流程如图5所示。通过手动操作，选取记录机器人运行轨迹的坐标点，并将其保存，自动运行时，机器人将根据所取坐标点的轨迹运行。但在运行过程中，相邻两位置点，机器人选择最短路径执行，因此选择坐标点的位置要避让运行轨迹上的障碍物。

图4 视觉识别与夹持执行机构集成

图5 编写作业程序流程

为了使装在机器人前端的工装动作或读入确认工件的信号，将应用命令（功能）记录于作业程序内的适当位置。此外，为了进行复杂作业，可能会调用别的作业程序，或依外部信号的状态跳到别的作业程序，这些也作为应用命令加以记录。

具有代表性的应用命令一般使用符合机器人语言SLIM（Standard Language for Industrial Manipulators）的格式表示。此外，应用命令也能以“FN***”的形式指定，***的部分为1～3位的数字（***称为功能号码）。机器人的程序就是由轨迹位置点与该位置点对应的功能程序构成。本系统使用的部分机器人程序及对应功能如图6所示。