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面向变批量舱段产品的柔性装配能力布局方案研究

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国际航空航天科学 2024年第1期12卷 45-52页

作者：仝梦佳侯东旭景载坤乔腾飞刘群利首都航天机械有限公司北京

随着航天发射应用市场的发展,运载器舱段产品现行的串行单元式装配作业模式已难以适应极速变化的任务形势。基于该背景,本文结合当前的领域先进工艺,梳理了重点建设内容和关键技术,针对不同构型特点产品提出了基于产品成组化装配的稳定... 详细信息

随着航天发射应用市场的发展,运载器舱段产品现行的串行单元式装配作业模式已难以适应极速变化的任务形势。基于该背景,本文结合当前的领域先进工艺,梳理了重点建设内容和关键技术,针对不同构型特点产品提出了基于产品成组化装配的稳定制造单元/生产线布局与基于柔性加工能力的暂态生产单元/生产线布局两种装配能力布局的构建方案,并通过实例验证了两种方案的可行性。为提升箭体结构舱段产品制造效能、应对任务模式变革提供了思路。

关键词：舱段产品可变批量柔性装配稳定制造单元暂态制造单元

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舱段柔性装配与测量一体化平台设计

工业仪表与自动化装置 2024年第2期 30-38页

作者：曹红星毛旦平刘驰周思浩朱鲲捷上海航天精密机械研究所上海201600

针对某导弹总装车间采用传统人工装配舱段与测量方法,同时需要多种工装辅助作业,多人协同调整舱段姿态,导致生产劳动强度大、效率低及质量差等问题,在研究总结国内外舱段柔性装配与测量技术发展现状和趋势后,根据实际科研生产情况设计... 详细信息

针对某导弹总装车间采用传统人工装配舱段与测量方法,同时需要多种工装辅助作业,多人协同调整舱段姿态,导致生产劳动强度大、效率低及质量差等问题,在研究总结国内外舱段柔性装配与测量技术发展现状和趋势后,根据实际科研生产情况设计了一个适用于不同型号舱段柔性装配与测量一体化平台。主要分析了舱段柔性装配与测量需求,确定机械结构组成并对关键部件结构进行设计以及仿真和原理分析,建立系统网络架构;提出了控制系统软硬件等重要部件快速选型、设计、编程与组态工程方法,通过一系列舱段工艺装配、质量质心与长度及水平测量试验,验证了该设计可以满足舱段装配与测量自动化、柔性化及数据化等需求。

关键词：导弹舱段质量质心水平测量柔性装配

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深度强化学习求解柔性装配作业车间调度问题

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 153-160页

作者：胡一凡张利平白雪唐秋华武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学恒大管理学院湖北武汉430081

针对产品动态到达的柔性装配作业车间调度问题,以最小化总拖期为目标,构建了基于事件点的数学规划模型,该模型包含加工机器分配、加工工序排序、装配站分配和装配工序排序四个决策序列,并提出了一种基于多智能体的深度强化学习算法进行... 详细信息

针对产品动态到达的柔性装配作业车间调度问题,以最小化总拖期为目标,构建了基于事件点的数学规划模型,该模型包含加工机器分配、加工工序排序、装配站分配和装配工序排序四个决策序列,并提出了一种基于多智能体的深度强化学习算法进行求解.首先,所提出的算法包含四个智能体分别对应四个决策序列,智能体之间采用价值分解网络(VDN)协作策略;然后,构建基于拖期的复合回报函数,提取生产系统指标作为全局特征,完善各智能体的调度动作;最后,设计了精英经验库,充分挖掘高回报样本的价值.案例结果表明所提出的方法在不同场景下都优于现有经典调度规则和元启发式算法挖掘的调度规则.

关键词：柔性装配车间调度工件动态到达多智能体深度强化学习

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多约束条件下机器人柔性装配技能自学习

控制与决策 2022年第5期37卷 1329-1337页

作者：宋锐李凤鸣权威李贻斌山东大学控制科学与工程学院济南250061 山东大学智能无人系统教育部工程研究中心济南250061

机器人的装配策略受装配对象特性、装配工艺和装配控制方法的约束,针对装配过程接触阶段的位姿不确定性问题,提出一种装配姿态调整技能自学习的方法.首先描述多约束条件下的机器人装配技能问题,建立基于力/力矩、位姿、关节角度等多模... 详细信息

机器人的装配策略受装配对象特性、装配工艺和装配控制方法的约束,针对装配过程接触阶段的位姿不确定性问题,提出一种装配姿态调整技能自学习的方法.首先描述多约束条件下的机器人装配技能问题,建立基于力/力矩、位姿、关节角度等多模信息描述的装配系统模型;然后构建融合竞争架构的机器人决策网络和策略优化网络,通过与环境的不断交互,进行装配姿态调整技能的学习;最后,在低压电器塑料外壳卡合装配实验平台上进行测试验证,结果表明,在工件特性、装配工艺、控制规律约束下,机器人采用技能学习的方法可以获得末端姿态调整的策略,完成卡合装配,比基于深度Q学习网络(DQN)的算法成功率提高7.4%.

关键词：强化学习技能学习姿态调整柔性装配

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断路器柔性装配车间数字孪生系统设计

计算机工程与应用 2022年第14期58卷 245-257页

作者：陈璇舒亮冷玉祥杨艳芳温州大学浙江省低压电器工程技术研究中心浙江温州325027 武汉理工大学物流工程学院港口物流技术与装备教育部工程研究中心武汉430063

为优化断路器装配车间的产线结构和作业方法,结合数字孪生技术,提出一种基于多机器人运动控制的断路器柔性自动化车间装配方案。面向自动化装配单元,结合工业机器人的柔性装配工艺及方法,对实体装配车间进行全物理属性的数字化建模,同... 详细信息

为优化断路器装配车间的产线结构和作业方法,结合数字孪生技术,提出一种基于多机器人运动控制的断路器柔性自动化车间装配方案。面向自动化装配单元,结合工业机器人的柔性装配工艺及方法,对实体装配车间进行全物理属性的数字化建模,同时建立多机器人的运动学控制模型,将机器人的三维运动模型应用于虚拟孪生场景。通过数据的交互传递,实现物理单元与虚拟单元的实时链接,将车间机器人的运动轨迹、装配状态、作业运送流程等数据信息进行实时显示,从而实现断路器柔性装配数字孪生系统的搭建与同步映射。实验结果证明,所提方案对实现断路器柔性装配有显著效果。

关键词：断路器柔性装配数字孪生工业机器人运动控制信息交互

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机身系统组件柔性装配辅助平台设计与分析

机身系统组件柔性装配辅助平台设计与分析

作者：刘焘沈阳航空航天大学

学位级别：硕士

现代新型民用飞机载客量越来越多、行驶航程不断增加使得机型更新迭代的速度越来越快,飞机内部系统组件之间的关系更加复杂,工人的工作量也在逐渐增加,传统的装配模式已经不能满足其装配需求。机身内部系统组件的安装是飞机制造过程中... 详细信息

现代新型民用飞机载客量越来越多、行驶航程不断增加使得机型更新迭代的速度越来越快,飞机内部系统组件之间的关系更加复杂,工人的工作量也在逐渐增加,传统的装配模式已经不能满足其装配需求。机身内部系统组件的安装是飞机制造过程中非常重要的一环,高质量、高效率、高柔性化成为对机身系统组件装配的一致需求。本文基于某系列机型,设计机身系统组件柔性装配辅助平台,融合机身系统组件装配柔性化理念,优化操作工人装配的人机工程学,具有较高的适用性,极大地提高了机身系统组件的装配效率并产生了显著的经济效益。本文主要通过分析某系列机型后机身的架构尺寸特征结合多站位理念设计出能够满足该系列全部机型内部系统组件装配的柔性装配辅助平台,由配备三坐标POGO柱的可移动平台与中央翼盒支撑架共同组成定位系统来实现对后机身的精准定位,再根据后机身内部飞控、液压、空调等各个系统的位置分布规律以及对应组件的装配工艺来进一步设计柔性装配辅助平台的具体细节,对后机身系统组件装配工艺的研究、柔性装配辅助平台的设计以及装配人机工程学都有十分重要的影响。基于DELMIA的虚拟仿真技术用来检验和优化装配辅助平台的合理性及实用性,对平台设计的合理性检验在于平台自身的各种运动路径是否顺畅、是否产生干涉;模拟工人在各个系统工作区域的工作状态,确保其可达性能够满足工作需求。应用CYPE软件对平台的主承力结构进行有限元分析,计算平台加载各个机型过程中的载荷分布,在CYPE软件中实现仿真模拟,通过分析仿真结果来确定柔性装配辅助平台的整体强度能够满足实际生产需求。最后,利用激光跟踪仪对柔性装配辅助平台定位系统在各个工作站位的精度进行检验,通过数字化测量技术保障后机身系统组件的装配质量。

关键词：机身系统组件柔性装配多站位理念数字化测量人机功效仿真

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基于双机装配站的柔性装配系统的设计与实现

机械设计与研究 2022年第5期38卷 148-152,163页

作者：陈柏希高世钰张雪峰沈橙吴广雨张伟军云南电网有限责任公司昆明供电局昆明650000 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对生产过程中小批量、定制化生产需求,设计并实现了多机器人柔性装配系统。系统的核心单元是利用机器人技术、视觉技术和虚拟仿真设计的双机装配站。通过配置不同的传感器和工具,双机装配站可以适应不同类型的装配过程和工艺。柔性装... 详细信息

针对生产过程中小批量、定制化生产需求,设计并实现了多机器人柔性装配系统。系统的核心单元是利用机器人技术、视觉技术和虚拟仿真设计的双机装配站。通过配置不同的传感器和工具,双机装配站可以适应不同类型的装配过程和工艺。柔性装配系统以双机装配站、AGV平台为基本单元,通过生产过程控制软件控制生产过程,实现了生产过程的定制化和高柔性。

关键词：柔性装配双机装配装配过程

基于视觉和力-位图像学习的机器人柔性装配方法研究

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基于视觉和力-位图像学习的机器人柔性装配方法研究

作者：罗威湘潭大学

学位级别：硕士

装配是生产制造中的一个关键步骤,基于示教或离线编程的机器人装配方法难以满足复杂的装配任务并保证装配柔性。通过加装视觉传感器并设计控制算法能大大提高机器人装配的自动化程度,但实际装配过程依然存在视觉定位误差较大、装配柔性... 详细信息

装配是生产制造中的一个关键步骤,基于示教或离线编程的机器人装配方法难以满足复杂的装配任务并保证装配柔性。通过加装视觉传感器并设计控制算法能大大提高机器人装配的自动化程度,但实际装配过程依然存在视觉定位误差较大、装配柔性较差和工件遮挡等问题,此时可以引入力信号进行控制。为了解决接触装配时的遮挡问题,纠正定位误差并确保装配柔性,本文结合深度学习技术,通过学习力/力矩和位姿信息以完成机器人柔性装配。论文主要研究内容包括:(1)提出了一种基于视觉和力-位图像学习的机器人柔性装配方法:基于视觉信息实现工件定位,完成工件间的对准;针对视觉误差导致对准精度不高,难以保证后续装配质量和柔性的问题,提出一种基于力-位图像学习柔性装配的方法,将接触装配过程中的力/力矩和位姿数据转换为力-位图像,并为其设置运动标签,通过学习图像特征的方式学习装配中复杂的力-位耦合关系,进而根据接触装配过程中力-位图像的分类结果完成装配,并确保装配柔性。(2)为了获得力-位图像样本,分别设计提出了运动方向判定算法、力-位图像生成规则和难/易样本平衡处理等方法,实现了自动样本采集。采集了3000次不同初始位姿的装配过程中的力/力矩信息和对应的位姿信息,获得并生成了由127741张图片及其对应运动标签组成的力-位图像数据集,然后用多种图像分类模型进行训练,分析不同模型的分类损失和精度并筛选出最优模型,作为最终的装配运动方向分类模型用于接触装配任务,并进行了实验验证,结果表明该模型能纠正工件对准的误差,并控制机器人顺利完成接触装配,成功率可达到96.7%。(3)研究了基于视觉的工件定位算法,用于解决待装配工件间的定位和对准问题。通过深度相机读取RGB数据和深度数据,首先推导了相机成像的数学原理,基于此标定了相机的内参和畸变,然后将相机固定在机械臂末端完成了机器人手眼标定,得到手眼变换矩阵,并进行了深度图像校准,最后使用训练完成的SSD目标检测模型,结合标记物检测算法,求得待装工件的对准位姿。(4)以Staubli Tx90机械臂、力传感器和深度相机作为实验设备,基于ROS搭建了机器人柔性装配平台系统。以RJ45连接头与连接口间的装配为研究对象,基于工件视觉定位算法实现工件间的对准,然后在装配过程中实时生成力-位图像,输入装配运动方向分类模型完成工件间的接触装配。实验结果表明,该方法可以控制整个装配过程中接触力不超过30N,接触力矩不超过0.15N·m,顺利完成柔性装配。

关键词：力-位图像柔性装配装配操作学习深度学习视觉定位

基于机器人路径优化控制的断路器柔性装配系统研究及其实现

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基于机器人路径优化控制的断路器柔性装配系统研究及其实现

作者：张琦温州大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,智能制造与各行业的融合度越来越高。各工厂都竞相引入自动化设备,不同程度的实现了产品的自动化生产或半自动化生产。温州作为中国电器之都,每天生产的小型断路器数以百万计,目前大部分企业都不同程度的引入自动化装配... 详细信息

随着科技的进步,智能制造与各行业的融合度越来越高。各工厂都竞相引入自动化设备,不同程度的实现了产品的自动化生产或半自动化生产。温州作为中国电器之都,每天生产的小型断路器数以百万计,目前大部分企业都不同程度的引入自动化装配产线,实现部分零件的自动化装配,大大提高了产品的生产效率。然而现有的自动化生产方案,工艺的刚性约束大,单工位或者单线只能满足单一规格的产品的装配和制造,机器人的融合程度欠缺,缺乏柔性化的制造工艺和方法。为解决这一问题,本文将工业机器人与断路器柔性化装配进行深度结合,利用工业机器人重复定位精度高、灵活的优点,提出一种基于机器人路径优化控制的小型断路器柔性装配系统,能够实现小型断路器零件的自动分拣和柔性化装配,对提升小型断路器的生产效率、降低产品的升级成本具有重要意义。本文以断路器柔性装配系统的布局和工艺设计为基础,其主要研究内容分为以下几个部分:(1)不同于传统的一站式刚性自动化装配方法,提出了一套适合多种断路器零部件分拣和装配的柔性化方案,根据断路器零件的结构特点,设计了断路器姿态调整工位和组装工位的柔性夹具,详细描述了其工艺的设计思路,解决工业机器人末端执行器的配型难题。(2)研究了SCARA机器人装配过程中的运动规划问题,针对组装工位SCARA机器人由于采用门级运动方式造成的垂直移动上消耗时间过长的问题,提出采用五次多项式轨迹规划算法规划其运动路径。运用D-H参数法建立了SCARA机器人的动力学模型,对模型进行正逆运动学分析,得到其关节角度和笛卡尔空间末端位姿之间的关系,之后对规划算法进行研究,为保证SCARA机器人的平稳运行,采用五次多项式规划算法规划其运动路径,实验结果表明,组装工位装配单个断路器成品的时间减少了2.2秒,装配效率提升了9.24%。(3)研究了断路器柔性装配系统中移动机器人的路径优化控制问题,分析了四转四驱麦克纳姆轮组的工作机理,通过分析其正逆运动学,得出移动机器人整体运动速度和轮子转速之间的映射关系。通过栅格法构建仿真环境地图,采用自适应遗传算法规划其全局路径,规划出最短路径。为了改善遗传算法容易“早熟”的现象,提出了动态改变其交叉算子和变异算子的解决方法,通过将交叉个体和变异个体的适应度函数值集成到指数函数中对交叉算子和变异算子进行调节,提升算法的寻优性能,仿真结果表明,相较于传统的遗传算法,该算法的路径长度缩短了7.5%。此外,将自适应遗传算法与移动机器人常用的A*路径规划算法进行对比,仿真结果表明,相比于A*算法,自适应遗传算法所规划的路径长度减少了0.7%,拐点个数减少了41.7%。(4)建立了基于ROS系统的实验验证平台。对于移动机器人系统,进行路径规划之前,首先需要构建环境地图。论文基于Gmapping算法采集断路器柔性装配系统的作业环境信息,构造其环境地图。在此基础上,将所提出的自适应遗传算法与移动机器人系统自带的A*算法进行了路径规划效果对比,实验对比结果表明,相比A*算法,所提出算法规划的路径长度平均缩短了7.13%,运动时间平均缩短了12.22%。

关键词：小型断路器柔性装配移动机器人路径优化自适应遗传算法