导弹自动化对接系统技术研究

2023-01-11王乐

今日自动化 2022年10期

关键词：涂胶舱段触摸屏

王乐

（非凡智能机器人有限公司，辽宁沈阳 110153）

导弹舱段对接是导弹制造总装成导弹总体的后期阶段。对接技术的可靠性影响着导弹总体性能，对试飞试验的成败有重要的影响，在导弹研制生产过程中起到极其重要的作用。

目前在对接过程中主要采用人工调整和部分辅助工装，以及半自动化机械来对接组装产品。这种对接方法对操作者技术水准要求较高，且存在安全隐患。整个对接过程都是人工完成，导致人员劳动强度大，易疲劳，生产效率低。难以保证对接精度，容易出现返工问题。

在数字化与智能化技术的推动下，针对导弹对接过程中存在的问题，设计出导弹自动化对接系统，实现对接过程无人化生产，消除了人员安全隐患。大幅度提高了生产效率和质量，同时还兼顾了生产线的柔性化，可扩展性。为军工发展奠定了新基础。

1 导弹自动化对接系统主要设备组成

系统主要由对接测量机器人、产品对接工作台、拧紧涂胶机器人和电控系统组成。占地总长20 m，宽8 m，高4 m。设备组成如图1所示。

图1 设备组成

对接测量机器人用于导弹对接前对各舱段精准测量，测量结果用于虚拟仿真，便于整体组装。

产品对接工作台用于多自由度调姿台无人自动化对接组装各舱段，从而形成整体产品。

拧紧涂胶机器人用于对接后的产品拧紧螺栓和多个位置涂胶。

1.1 对接测量机器人

对接测量机器人主要由测量传感器和测量机器人以及移动滑台组成。

1.1.1 检测识别算法

（1）对需要组装的各工件作离线仿真，并设定匹配所需的坐标原点、线段和基准面（参考面）。

（2）利用工业相机和激光传感器对工件端面进行拍照，并通过上位机算法对点云进行测量和计算，进而获得端面与参考面之间的两个偏离角。

（3）利用两个偏离角算出后托辊Z与Y坐标需要调整的量（此时前托辊不动），并通过控制系统控制调整偏离角。

（4）完成第三步的调整后复测工件端面与参考面是否平行，如果到达平行度要求，则输出端面的圆心坐标并进行下一步操作。如果没有达到要求则继续进行平行度检测调整，直至达标后再输出端面的圆心坐标。

（5）在完成第四步后，系统控制前后托辊同步运动，让工件端面圆心坐标与参考面基准坐标重合。

（6）再次利用工业相机对工件端口附近工件壳体上的定位标定物进行拍照并通过匹配算法引导前后托辊同步滚动，使标定物转至最高处并与系统设定的参考线重合；如果无法重合，则计算出其偏离角度和Z向位置差，并通过控制后托辊Z坐标与Y坐标方向微调以实现姿态调整，通过控制整个托辊装置的升降实现位置高低的调整。

（7）在完成上述步骤后，系统控制托辊装置向前运动，在距离前一个固定的对接工件3～5 mm 时停止。然后利用工业相机对两个工件的位姿再次进行拍照计算，如果在允差范围内则继续对接，如果超差则结合检测结果，对后续工件按照第六步的相似方法进行位姿调整，直至达标后开始进行两个工件的对接。

（8）对接过程中力控系统实时监测两个工件的受力状况，如果压力值达到设定值、定位标定物重合、插入深度也符合设定要求，则对接成功，系统保持对接状态并启动后续作业。如果压力值达到设定值而定位标定物重合度超差或插入深度不符合设定要求，或两者同时发生则对接失败。此时系统启动重新定位程序，两个工件分离，并重新按照第（5）、（6）、（7）、（8）条步骤执行检测、计算匹配和动作控制。

（9）如果连续对接两次均不成功，系统保持对接不成功状态并报警，请求人工处理。

1.1.2 测量机器人

机器人采用六自由度关节机器人，该种机器人具有高柔性、高精度和高成本效益的特点；一台机器人坐在机器人滑台上。可延长机器人覆盖范围。

机器人最大工作半径为2700mm，负载（指第6轴最前端负载）为300kg，动轴数为6，重复定位精度为0.1mm，本体质量为0525kg。机器人性能参数见表1。

表1 机器人工作范围以及性能参数表

1.1.3 移动滑台

移动滑台主要由驱动机构、架体、托链组成。采用移动滑台打破了机器人测量原有范围的限制。节省了因测量多处位置带来的成本增高。

1.2 产品对接工作台

产品对接工作台建设占地总长20 m，宽3 m，高4 m。

产品对接工作台主要由多个自由度调姿台组成。分别为防形装载体支撑托架、装载体支撑托架、后段装载体夹紧机构、对接拧紧机构、支撑底座、控制系统组成。

1.2.1 防形装载体支撑托架和装载体支撑托架

防形装载体支撑托架用于调整异型舱段位置偏差，主要由防形滚轮、导轮、丝杠升降机构、对中机构等组成。

防形装载体支撑托架具有产品饶轴线旋转、上下升降调节、左右平移、前后俯仰、产品自旋转以及托架整体行走功能。各功能均由伺服电机控制完成。

1.2.2 对接拧紧机构

对接拧紧机构主要由卡盘夹紧轴、连接拧紧轴、仰俯调整轴、水平旋转轴、升降调整轴、左右横移轴、托架举升轴、前后缓冲轴及行走移动轴组成。

卡盘夹紧轴是用于完成自动夹持及松开工件的动作。连接拧紧轴是用于完成沿轴向方向的转动调整以及与舱段连接拧紧动作。

1.2.3 后段装载体夹紧机构

后段装载体夹紧机构用于舱段接过程中夹紧，防止因对接过程中产生的轴向力而使部件移位。具有行走功能和产品夹紧功能。行走功能是通过伺服电机驱动完成，产品夹紧通过气缸完成。

1.2.4 支撑底座

支撑底座用于支撑装载体、装载架和各机构重量，支撑底座上装配有导轨滑块、齿条，以供其它机构在底座上水平移动，主要由焊接箱体、导轨、齿条、底座连接块和调整地脚等组成。

1.3 拧紧涂胶机器人

拧紧涂胶机器人用于对接后的产品拧紧螺栓和部分位置涂胶工作。

拧紧机用于舱段对接后圆周方向和轴向方向拧紧。

拧紧工作流程：

（1）振动盘振动上料，分料器分出螺钉。

（2）拧紧模组的吸钉管吸取螺钉。

（3）拧紧工具带动螺钉转动，螺纹部涂抹螺纹胶。

（4）视觉拍照螺钉孔位置。

（5）对称180°拧紧4组螺钉。

（6）顺时针转动20°，视觉拍照螺纹孔位置，对称180°拧入其余2组螺钉。

（7）重复以上流程，圆周螺钉拧紧完成。

1.4 涂胶机

工作流程：

（1）机器人达到涂胶位置，电动工具带动螺钉旋转。

（2）点胶机启动，点胶机沿螺钉上下轴线运动。

（3）涂胶完成，点胶机停止。

拧紧机器人和移动滑台同对接测量机器人移动滑台参数一致，不再叙述。

1.5 电控系统

根据项目总体设计要求，电控系统将本着自动化程度高，功能性强，容易操作，维修量小的原则设计。采用集中控制分工段管理的方式。控制系统选用西门子可编程控制器（PLC）作为主站，作为整条生产线的主控，并通过主控触摸屏显示和查询整个生产线的运行状态和运行数据。各工段作为分站子系统可独立控制，通过现场总线形式与主站系统进行数据交换。执行主站系统下发的指令，同时向主站系统反馈运行状态。

生产线运行安全方面，根据设备对生产影响的程度以及对人员自身安全的危害程度，划分出A、B、C，3类设备，不同类别的设备加装的保护装置不同。