一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法与流程

1.本发明涉及方舱自动化生产领域，尤其涉及一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法。


背景技术：

2.方舱作为指控系统等军事设备或医疗等民用设施的主要高机动载体，其在军用、民用市场的需求不断提高，鉴于方舱产品的应用场景，方舱产品普遍具有定制化程度高、多品种、小批量的特点。
3.当前方舱角铝与方舱大板框架拼装时的角铝安装的钻铆作业需要经过钻底孔、涂胶、铆接多个工序，由于缺乏必要的智能化作业设备，主要依赖于人工作业或自动化专机。人工作业强度大，且需要人工切换钻孔工具、涂胶工具、铆接工具，往往需要多人配合完成，作业效率低，人力资源浪费严重为典型劳动密集型产业，随着人力成本的高涨，现今方舱生产企业普遍面临着人力短缺、用工难的问题。
4.而现有的自动化专机，缺乏必要的智能感知、路径规划、任务分配算法，目前需要人工通过示教编程获取打孔、铆接点的坐标，编程任务繁重，甚至高于机器实际工作时间，对生产效率的提升有限。同时由于方舱拼装生产过程中往往会产生一定尺寸、角度误差，现有自动化工艺装备末端执行器难以自适应方舱拼装时造成的误差，进一步降低了产品质量和一致性，且自动钻铆机器人等自动化工艺装备由于自身刚性缺陷，打孔过程产生的轴向力极易引起工艺装备的变形，从而偏离目标点，现有自动化功能工艺装备，难以自适应纠偏，造成的孔位误差，往往难以满足铆接的需求，进而造成自动铆接过程的中断，损伤设备或方舱自身，进一步降低了产品质量和生产效率。且方舱舱体长度通常超过6m，一台自动化装备可达性难以全部覆盖。
5.因此，亟待解决上述问题。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明的目的是提供一种作业高效的多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法。
7.技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，包括如下步骤：（1）根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹；（2）对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置；（3）建立任务分配机制，根据任务分配机制建立钻铆任务倾向性模型，基于钻铆任务倾向性模型进行多机器人自动钻铆任务分配；（4）建立钻孔角度补偿值模型，自动钻铆机器人基于钻孔角度补偿值模型进行位置补偿完成钻铆。
8.其中，步骤（1）中根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹的具体方法包括如
下步骤：方舱关键特征参数包括方舱长、方舱宽、方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度、方舱高度、方舱削角，其中若方舱为直角方舱，则=0；将方舱在机器人地轨上的基准点设为坐标原点，通过右手系建立坐标轴；将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储；以表示扫描安全距离，1#，2#，3#，4#方舱自动钻铆机器人，每台自动钻铆机器人对应的扫描动作安全点编号为,,,，并参数化为：=（-,,+）=（+,,+）=（-,+,+）=（+,+,+）角铝的参数化存储以一容量为8的数组储存削角方舱的8个面，以一个容量为6的数组储存直角方舱的6个面；将削角方舱和直角方舱，分别按照从前到后，从上到下，由左至右的顺序可表示为：face1：，face2：，方舱每个面共有4条角铝，沿顺时针方向标定为一组数组jl：，一个削角方舱所有条角铝边表示为：jl*face1=，一个直角方舱所有角铝边表示为：jl*face2=，即以face1，face2…
存储待打磨方舱的所有条角铝边，任意一条角铝边表示为，其中i及k的取值为；判断输入的方舱关键特征参数是否为0，=0表面方舱为直角方舱，有6个面，k最大为6；最大为6；0，有8个面，k最大为8；机器人的扫描矢量可通过方舱的端点坐标差得到，机器人扫描轨迹生成即机器人带动相机坐标系沿平行于待扫描角铝的扫描矢量，由扫描动作安全点出发依次遍历扫描所
有角铝边，将每台机器人对应的角铝扫描轨迹以容量为角铝边最大数量的结构体数组的存储，削角方舱的角铝边最大数量为32，直角方舱的角铝边最大数量为24，数组每个结构体元素包括的样式为：struct{vector
ꢀꢀaꢀꢀ
//定义扫描矢量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
int
ꢀꢀꢀꢀ
n //定义机器人编号
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
cstring code //定义角铝变量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}。
9.优选的，将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储，其中直角方舱以一个容量为8的数组表示为：，削角方舱以一个容量为12的数组表示为：，首先判断输入的方舱关键特征参数是否为0，若为0则调用直角方舱数组进行，若不为0则调用削角方舱。
10.再者。步骤（2）中对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置具体包括如下步骤：（2.1）选取第n#()自动钻铆机器人可达性范围内的n个固定点p，获取固定点p在相机坐标系下及机器人坐标下分部对应的坐标p_robot，p_camera；（2.2）通过p_robot=t*p_camera，得到坐标变换矩阵t=p_robot*(p_camra)-1
；（2.3）自动钻铆机器人向3d视觉相机发送字符串，3d视觉相机解析字符串，获取自动钻铆机器人编号；（2.4）3d视觉相机启动线激光，自动钻铆机器人扫描轨迹，扫描方舱边沿安装有角铝的区域；（2.5）3d视觉相机扫描过程中依据反射回激光的高度差，区分角铝及方舱铝蒙皮，生成角铝点云图像；（2.6）提取角铝点云图像的边界点及其坐标，并剔除点云图像中的噪点；（2.7）将提取的边界点按顺时针顺序依次首位相连，获取角铝轮廓图像；（2.8）将角铝轮廓图像长度方向按方舱铆钉长度方向按设定的角铝铆钉距边最小距离偏置，宽度方向按偏置；（2.9）计算两条偏置直线的交点，作为角铝钻孔起点位置；（2.10）建立用于存储角铝钻孔位置的堆栈；（2.11）通过坐标变换矩阵t，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置，并存入堆栈底；（2.12）判断剩余角铝长度是否小于排钻钻头最大距离3*d，如是转至（2.13），若否转至（2.14）；（2.13）依据排钻钻头最大距离3*d，沿长度方向进行偏移，获取角铝排钻钻孔位置，并转换为自动钻铆机器人坐标；
（2.14）将当前点加工方法标记为排钻，将当前点位存入堆栈；（2.15）判断是否已到设定的角铝边界距离，若否转至（2.16），若是跳转至（2.17）；（2.16）以排钻最小孔距d进行偏置，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置；（2.17）将当前点加工方法标记为单钻，将当前点位存入堆栈，跳转至（2.15）；（2.18）将堆栈中各个点的坐标按先进后出的顺序发送给自动钻铆机器人，用于作为打孔的位置点，结束扫描流程。
11.进一步，步骤（3）中任务分配机制包括每台自动钻铆机器人优先处理需要进行钻铆最多的方舱角铝，即优先选择待钻孔数量最多的角铝；每台自动钻铆机器人器人避免与其他机器人存在干涉等待的情况，即优先选择与其其他机器人干涉区域最小的路径；每台自动钻铆机器人器人避免自身运动复杂度较高的方舱角铝，即优先选择机器人总关节运动量最少，总运动时间最短的角铝；每条角铝最多由2台自动钻铆机器人完成。
12.再者，步骤（3）中钻铆任务倾向性模型为：，其中为工作任务权重系数取值区间为[1,2]，=，其中为第t个角铝要钻孔的数量，为角铝长度及其与孔距间隔的比例取整，max为角铝边总数量，其中削角方舱是max为32，直角方舱是max为24；为安全性权重系统取值区间为[0.5,1]，为当前角铝与其他机器人可达性上重合区域的长度与当前角铝长度的比值，即；为效率权重系数取值区间为[0.2,0.5]，，其中为当前自动钻铆机器人完成当前角铝作业需要的总时间：，其中为机器人由安全点至扫描起始点的时间，为扫描时间，为扫描终点至安全点的时间，为换刀时间，为由换刀点至安全点时间，为打孔时间，为换涂胶拉铆工具端时间，为涂胶拉铆模块换刀点至安全点的时间，为涂胶拉铆的执行时间，为等待时间，total为当前机器人判断可达的角铝边总数量。
[0013]
优选的，步骤（3）中进行多机器人自动钻铆任务分配具体包括如下步骤：（3.1）初始化，设定自动钻铆机器人序号标识n=1，设定所有角铝待钻铆次数标识；（3.2）获取输入的方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度；（3.3）判断是否为0？
（3.4）设定角铝最大数量max为24，最大平面数量max_p为6；（3.5）设定角铝最大数量max为32，最大平面数量 max_p为8；（3.6）判断n》4?，若否跳转至（3.7），若是跳转至（3.26）；（3.7）设定k=1；（3.8）判断k》max_p?，若否跳转至（3.9），若是跳转至（3.23）；（3.9）设定i=1（3.10）判断i》4?，若否跳转至（3.11），若是跳转至（3.22）；（3.11）设定t=（k-1）*max_p+i；（3.12）判断n#自动钻铆自动钻铆机器人在第t根角铝边处的可达性，若可达调转至（3.13），若不可达则跳转至（3.21）；（3.13）判断当前角铝边的待钻铆标记次数，若是跳转至（3.14），若否跳转至（3.21）；（3.14）将当前角铝边长度、及打孔间距设定值，代入；（3.15）计算当前角铝边的工作任务权重值= ；（3.16）计算当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业过程中与其余自动钻铆机器人的可达性区域的重合长度；（3.17）计算当前角铝安全性权重系数；（3.18）计算预估当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业时间：；（3.19）计算当前角铝边加工效率权重系数；（3.20）代入钻铆任务倾向性模型，计算当前角铝边的钻铆任务倾向性；（3.21）i=i+1，跳转至（3.9）；（3.22）k=k+1，跳转至（3.8）；（3.23）将当前自动钻铆机器人对全部角铝边的钻铆任务倾向性按由大到小进行排序；（3.24）将所有角铝边按排序结果取int（max/3）个角铝边，并将这些角铝边的角铝待钻铆次数标识设定为；（3.25）n=n+1，跳转至（3.6）；（3.26）设定s=1；（3.27）判断s》max_p?若是跳转至（3.28），若否跳转至（3.33）；（3.28）判断第t根角铝》2，若否跳转至（3.32），若有跳转至（3.29）；
（3.29）获取当前角铝被分配给钻铆任务的两台自动钻铆机器人编号；（3.30）计算当前两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量；（3.31）比较两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量大小，并将钻孔任务分配给钻孔任务数量较小的自动钻铆机器人，若两台自动钻铆机器人任务数量，则默认分配给编号较小的自动钻铆机器人；（3.32）s=s+1，跳转至（3.27）；（3.33）完成所有自动钻铆机器人任务分配，并将所有钻铆任务分配按存储的自动钻铆机器人编号发送给对应自动钻铆机器人，自动钻铆自动钻铆机器人开始按存储的钻铆任务倾向性，按由高到低的顺序开始执行自动钻铆作业。
[0014]
再者，步骤（4）中建立钻孔角度补偿值模型具体包括如下步骤：在每条方舱角铝jlifacek处，建立补偿值与该处方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人系统中心距离的数值模型：，其中c为每处自动钻铆机器人系统补偿值，t为自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，，，为待定参数；通过操作自动钻铆机器人在第jlifacek处角铝进行钻孔试验，获取钻孔偏离设定数值的距离及自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，建立方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人中心距离的数值模型的参数获取优化模型：，将数据代入，可得到每组补偿值系数的最优解x(,,)，即可得到该条角铝的自动钻铆时的钻孔角度补偿值模型，重复直至获取所有角铝的补偿值模型。
[0015]
优选的，步骤（4）中进行位置补偿具有包括如下步骤：（4.1）确认角铝编号；（4.2）依据角铝编号，调用该条角铝的补偿值模型；（4.3）依据扫描得到的结果，计算每个目标钻孔点距自动钻铆机器人中心距离；（4.4）将每个钻孔点距离代入补偿值模型，获得所有钻孔点角度补偿值并进行存储；（4.5）按获得的补偿值，对打孔角度进行补偿。
[0016]
再者，方舱智能钻铆系统包括自动钻铆机器人、快换盘、钻孔末端执行器、铆接涂胶末端执行器、3d视觉相机、换刀台、plc电控柜、机器人底板、方舱转运车和机器人地轨，自动钻铆机器人共有4台，以1#，2#，3#，4#进行编号。
[0017]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明可完全依据方舱生产工艺要求，同时具备钻孔、涂胶、铆接功能，并且具有识别扫描生产轨迹、进行任务分配机制，进行可依据方舱拼装误差对加工位置进行调节，精确定位，通过多台自动钻铆机器人通过有序分工，协同进行方舱角铝的自动化钻铆，实现方舱角铝安装作业的高效、高质量、高
度智能化。
附图说明
[0018]
图1为本发明中方舱智能钻铆系统的结构图；图2为本发明中自动钻铆的末端执行器的结构图一；图3为本发明中自动钻铆的末端执行器的结构图一；图4为本发明中方捕获舱钻孔位置的流程图；图5为本发明中钻铆任务分配流程图；图6为本发明中自动钻铆机器人角度补偿流程图。
[0019]
自动钻铆机器人1、快换盘2、钻孔末端执行器3、铆接涂胶末端执行器4、3d视觉相机5、换刀台6、plc电控柜7、固定底板8、方舱转运车9、自动钻铆机器人地轨10、主轴11、主轴固定板12、钻孔快换盘13、排钻14、胶枪15、铆枪16、涂胶气缸17、拉铆气缸18、涂胶拉铆机构支架19、涂胶拉铆机构快换盘20
实施方式
[0020]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0021]
如图1、图2和图3所示，本发明一种方舱智能钻铆系统包括自动钻铆机器人1、快换盘2、钻孔末端执行器3、铆接涂胶末端执行器4、3d视觉相机5、换刀台6、plc电控柜7、固定底板8、方舱转运车9和自动钻铆机器人地轨10。其中钻孔末端执行器3包括主轴11、主轴固定板12、钻孔快换盘13和排钻14，其中排钻14与主轴11通过主轴内部的气动夹头夹紧，可在主轴11带动下进行钻孔。主轴固定板12一端与主轴11螺接紧固，另一端螺接固定有钻孔快换盘13；其中排钻14为四个一排的钻头，可一次性加工四个孔。铆接涂胶末端执行器4包括胶枪15、铆枪16、涂胶气缸17、拉铆气缸18、涂胶拉铆机构支架19和涂胶拉铆机构快换盘20；其中铆枪15与拉铆气缸18通过螺钉紧固，胶枪15与涂胶气缸17通过螺钉固定，涂胶气缸17与涂胶拉铆机构支架19通过螺钉紧固，涂胶拉铆机构支架19另一端与快换盘20螺接紧固。铆接涂胶末端执行器4可同时施胶和铆接。自动钻铆机器人地轨10通过地脚螺栓固定在地面上，固定底板8可沿自动钻铆机器人地轨10滑动，自动钻铆机器人1和换刀台6均螺接固定在固定底板之上，自动钻铆机器人地轨10一端装有阻挡块，作为整个系统的基准点。快换盘2和3d视觉相机5与自动钻铆机器人1的末端执行器螺接固定，钻孔末端执行器3、铆接涂胶末端执行器4可与快换盘2快速接插，在实际使用时，一个通过钻孔快换盘13固定在自动钻铆机器人1的末端，另一个闲置放置在换刀台6之上。
[0022]
在实际作业时，如图2所示，将4台自动钻铆机器人均匀分布在方舱自动钻铆区域四个角落，并沿逆时针方向按1#，2#，3#，4#进行编号。
[0023]
如图4、图5和图6所示，本发明一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，包括如下步骤：（1）根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹；其中根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹的具体方法包括如下步骤：方舱关键特征参数包括方舱长、方舱宽、方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度、方舱高度、方舱削角，其中若方舱为直角方舱，则=0；
将方舱在机器人地轨上的基准点设为坐标原点，通过右手系建立坐标轴；将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储；将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储，其中直角方舱以一个容量为8的数组表示为：，削角方舱以一个容量为12的数组表示为：，首先判断输入的方舱关键特征参数是否为0，若为0则调用直角方舱数组进行，若不为0则调用削角方舱。
[0024]
以表示扫描安全距离，1#，2#，3#，4#方舱自动钻铆机器人，每台自动钻铆机器人对应的扫描动作安全点编号为,,,，并参数化为：=（-,,+）=（+,,+）=（-,+,+）=（+,+,+）角铝的参数化存储以一容量为8的数组储存削角方舱的8个面，以一个容量为6的数组储存直角方舱的6个面；将削角方舱和直角方舱，分别按照从前到后，从上到下，由左至右的顺序可表示为：face1：，face2：，方舱每个面共有4条角铝，沿顺时针方向标定为一组数组jl：，一个削角方舱所有条角铝边表示为：jl*face1=，一个直角方舱所有角铝边表示为：jl*face2=，即以face1，face2…
存储待打磨方舱的所有条角铝边，任意一条角铝边表示为，其中i及k的取值为
；判断输入的方舱关键特征参数是否为0，=0表面方舱为直角方舱，有6个面，k最大为6；最大为6；0，有8个面，k最大为8；机器人的扫描矢量可通过方舱的端点坐标差得到，机器人扫描轨迹生成即机器人带动相机坐标系沿平行于待扫描角铝的扫描矢量，由扫描动作安全点出发依次遍历扫描所有角铝边，将每台机器人对应的角铝扫描轨迹以容量为角铝边最大数量的结构体数组的存储，削角方舱的角铝边最大数量为32，直角方舱的角铝边最大数量为24，数组每个结构体元素包括的样式为：struct{vector
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//定义扫描矢量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
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n //定义机器人编号
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cstring code //定义角铝变量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}。
[0025]
（2）对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置；其中对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置具体包括如下步骤：（2.1）选取第n#()自动钻铆机器人可达性范围内的n个固定点p，获取固定点p在相机坐标系下及机器人坐标下分部对应的坐标p_robot，p_camera；（2.2）通过p_robot=t*p_camera，得到坐标变换矩阵t=p_robot*(p_camra)-1
；（2.3）自动钻铆机器人向3d视觉相机发送字符串，3d视觉相机解析字符串，获取自动钻铆机器人编号；（2.4）3d视觉相机启动线激光，自动钻铆机器人扫描轨迹，扫描方舱边沿安装有角铝的区域；（2.5）3d视觉相机扫描过程中依据反射回激光的高度差，区分角铝及方舱铝蒙皮，生成角铝点云图像；（2.6）提取角铝点云图像的边界点及其坐标，并剔除点云图像中的噪点；（2.7）将提取的边界点按顺时针顺序依次首位相连，获取角铝轮廓图像；（2.8）将角铝轮廓图像长度方向按方舱铆钉长度方向按设定的角铝铆钉距边最小距离偏置，宽度方向按偏置；（2.9）计算两条偏置直线的交点，作为角铝钻孔起点位置；（2.10）建立用于存储角铝钻孔位置的堆栈；（2.11）通过坐标变换矩阵t，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置，并存入堆栈底；（2.12）判断剩余角铝长度是否小于排钻钻头最大距离3*d，如是转至（2.13），若否转至（2.14）；（2.13）依据排钻钻头最大距离3*d，沿长度方向进行偏移，获取角铝排钻钻孔位置，并转换为自动钻铆机器人坐标；（2.14）将当前点加工方法标记为排钻，将当前点位存入堆栈；
（2.15）判断是否已到设定的角铝边界距离，若否转至（2.16），若是跳转至（2.17）；（2.16）以排钻最小孔距d进行偏置，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置；（2.17）将当前点加工方法标记为单钻，将当前点位存入堆栈，跳转至（2.15）；（2.18）将堆栈中各个点的坐标按先进后出的顺序发送给自动钻铆机器人，用于作为打孔的位置点，结束扫描流程。
[0026]
（3）建立任务分配机制，根据任务分配机制建立钻铆任务倾向性模型，基于钻铆任务倾向性模型进行多机器人自动钻铆任务分配；其中任务分配机制包括每台自动钻铆机器人优先处理需要进行钻铆最多的方舱角铝，即优先选择待钻孔数量最多的角铝；每台自动钻铆机器人器人避免与其他机器人存在干涉等待的情况，即优先选择与其其他机器人干涉区域最小的路径；每台自动钻铆机器人器人避免自身运动复杂度较高的方舱角铝，即优先选择机器人总关节运动量最少，总运动时间最短的角铝；每条角铝最多由2台自动钻铆机器人完成。
[0027]
其中钻铆任务倾向性模型为：，其中为工作任务权重系数取值区间为[1,2]，=，其中为第t个角铝要钻孔的数量，为角铝长度及其与孔距间隔的比例取整，max为角铝边总数量，其中削角方舱是max为32，直角方舱是max为24；为安全性权重系统取值区间为[0.5,1]，为当前角铝与其他机器人可达性上重合区域的长度与当前角铝长度的比值，即；为效率权重系数取值区间为[0.2,0.5]，，其中为当前自动钻铆机器人完成当前角铝作业需要的总时间：，其中为机器人由安全点至扫描起始点的时间，为扫描时间，为扫描终点至安全点的时间，为换刀时间，为由换刀点至安全点时间，为打孔时间，为换涂胶拉铆工具端时间，为涂胶拉铆模块换刀点至安全点的时间，为涂胶拉铆的执行时间，为等待时间，total为当前机器人判断可达的角铝边总数量。
[0028]
其中进行多机器人自动钻铆任务分配具体包括如下步骤：（3.1）初始化，设定自动钻铆机器人序号标识n=1，设定所有角铝待钻铆次数标识；（3.2）获取输入的方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度；
（3.3）判断是否为0？（3.4）设定角铝最大数量max为24，最大平面数量max_p为6；（3.5）设定角铝最大数量max为32，最大平面数量 max_p为8；（3.6）判断n》4?，若否跳转至（3.7），若是跳转至（3.26）；（3.7）设定k=1；（3.8）判断k》max_p?，若否跳转至（3.9），若是跳转至（3.23）；（3.9）设定i=1（3.10）判断i》4?，若否跳转至（3.11），若是跳转至（3.22）；（3.11）设定t=（k-1）*max_p+i；（3.12）判断n#自动钻铆自动钻铆机器人在第t根角铝边处的可达性，若可达调转至（3.13），若不可达则跳转至（3.21）；（3.13）判断当前角铝边的待钻铆标记次数，若是跳转至（3.14），若否跳转至（3.21）；（3.14）将当前角铝边长度、及打孔间距设定值，代入；（3.15）计算当前角铝边的工作任务权重值= ；（3.16）计算当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业过程中与其余自动钻铆机器人的可达性区域的重合长度；（3.17）计算当前角铝安全性权重系数；（3.18）计算预估当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业时间：；（3.19）计算当前角铝边加工效率权重系数；（3.20）代入钻铆任务倾向性模型，计算当前角铝边的钻铆任务倾向性；（3.21）i=i+1，跳转至（3.9）；（3.22）k=k+1，跳转至（3.8）；（3.23）将当前自动钻铆机器人对全部角铝边的钻铆任务倾向性按由大到小进行排序；（3.24）将所有角铝边按排序结果取int（max/3）个角铝边，并将这些角铝边的角铝待钻铆次数标识设定为；（3.25）n=n+1，跳转至（3.6）；（3.26）设定s=1；（3.27）判断s》max_p?若是跳转至（3.28），若否跳转至（3.33）；
（3.28）判断第t根角铝》2，若否跳转至（3.32），若有跳转至（3.29）；（3.29）获取当前角铝被分配给钻铆任务的两台自动钻铆机器人编号；（3.30）计算当前两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量；（3.31）比较两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量大小，并将钻孔任务分配给钻孔任务数量较小的自动钻铆机器人，若两台自动钻铆机器人任务数量，则默认分配给编号较小的自动钻铆机器人；（3.32）s=s+1，跳转至（3.27）；（3.33）完成所有自动钻铆机器人任务分配，并将所有钻铆任务分配按存储的自动钻铆机器人编号发送给对应自动钻铆机器人，自动钻铆自动钻铆机器人开始按存储的钻铆任务倾向性，按由高到低的顺序开始执行自动钻铆作业。
[0029]
（4）建立钻孔角度补偿值模型，自动钻铆机器人基于钻孔角度补偿值模型进行位置补偿完成钻铆。
[0030]
其中建立钻孔角度补偿值模型具体包括如下步骤：在每条方舱角铝jlifacek处，建立补偿值与该处方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人系统中心距离的数值模型：，其中c为每处自动钻铆机器人系统补偿值，t为自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，，，为待定参数；通过操作自动钻铆机器人在第jlifacek处角铝进行钻孔试验，获取钻孔偏离设定数值的距离及自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，建立方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人中心距离的数值模型的参数获取优化模型：，将数据代入，可得到每组补偿值系数的最优解x(,,)，即可得到该条角铝的自动钻铆时的钻孔角度补偿值模型，重复直至获取所有角铝的补偿值模型。
[0031]
其中进行位置补偿具有包括如下步骤：（4.1）确认角铝编号；（4.2）依据角铝编号，调用该条角铝的补偿值模型；（4.3）依据扫描得到的结果，计算每个目标钻孔点距自动钻铆机器人中心距离；（4.4）将每个钻孔点距离代入补偿值模型，获得所有钻孔点角度补偿值并进行存储；（4.5）按获得的补偿值，对打孔角度进行补偿。
[0032]
根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述方舱智能钻铆系统包括自动钻铆机器人、快换盘、钻孔末端执行器、铆接涂胶末端执行器、3d视觉相机、换刀台、plc电控柜、机器人底板、方舱转运车和机器人地轨，自动钻铆机器人共有4台，以1#，2#，3#，4#进行编号。
[0033]
本发明中多机器人协同的方舱智能钻铆系统，具体任务执行流程包括：在plc电控柜7中输入角铝关键特征参数，建立方舱关键特征参数化，并基于方舱关键特征参数化的生成扫描轨迹，生成每台自动钻铆机器人的角铝的扫描轨迹并进行存储；进行多自动钻铆机器人自动钻铆任务分配，获取每台自动钻铆机器人要执行的钻铆任务；1#,2#,3#,4#自动钻铆机器人1按每台角铝边的钻铆任务倾向性模型计算结果，开始执行钻铆任务倾向性最高的角铝的自动钻铆任务；由自动钻铆机器人1带动3d视觉相机5，捕获方舱钻孔位置，将捕获的方舱钻孔点位，按堆栈的方式进行存储，对钻孔点位进行补偿，自动钻铆机器人运动至换刀台6处，通过快换盘3与钻孔换换盘13的快速链接，拾取钻孔末端执行器3，按堆栈后进先出的原则，由自动钻铆机器人1带动钻孔末端执行器3依次按出栈的钻孔点位进行钻孔，直至完成所有孔位的钻孔。由自动钻铆机器人1带动钻孔末端执行器3运动至换刀台取更换涂胶拉铆末端执行器4，再由自动钻铆机器人带动，重新运动至钻孔点位处，通过铆接涂胶末端执行器4执行涂胶拉铆动作。在自动施胶过程中，涂胶气缸17带动胶枪15先对前一个孔进行施胶，拉铆气缸18，同时带动铆枪16对后一个已施胶的孔进行拉铆，两者同时作业，提升作业效率。依次往复，直至每台自动钻铆机器人1都完成自身分配的钻铆任务，流程结束，整套方舱完成全部自动钻铆工作，最终实现全部多自动钻铆机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，完成对方舱角铝的高效、安全、智能无人安装。
[0034]
本发明提供了一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：
1.一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹；（2）对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置；（3）建立任务分配机制，根据任务分配机制建立钻铆任务倾向性模型，基于钻铆任务倾向性模型进行多机器人自动钻铆任务分配；（4）建立钻孔角度补偿值模型，自动钻铆机器人基于钻孔角度补偿值模型进行位置补偿完成钻铆。2.根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹的具体方法包括如下步骤：方舱关键特征参数包括方舱长、方舱宽、方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度、方舱高度、方舱削角，其中若方舱为直角方舱，则=0；将方舱在机器人地轨上的基准点设为坐标原点，通过右手系建立坐标轴；将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储；以表示扫描安全距离，1#，2#，3#，4#方舱自动钻铆机器人，每台自动钻铆机器人对应的扫描动作安全点编号为,,,，并参数化为：=（-,,+）=（+,,+）=（-,+,+）=（+,+,+）角铝的参数化存储以一容量为8的数组储存削角方舱的8个面，以一个容量为6的数组储存直角方舱的6个面；将削角方舱和直角方舱，分别按照从前到后，从上到下，由左至右的顺序可表示为：face1：，face2：，方舱每个面共有4条角铝，沿顺时针方向标定为一组数组jl：，一个削角方舱所有条角铝边表示为：jl*face1=，一个直角方舱所有角铝边表示为：jl*face2=，即以face1，face2…
存储
待打磨方舱的所有条角铝边，任意一条角铝边表示为，其中i及k的取值为；判断输入的方舱关键特征参数是否为0，=0表面方舱为直角方舱，有6个面，k最大为6；为6；0，有8个面，k最大为8；机器人的扫描矢量可通过方舱的端点坐标差得到，机器人扫描轨迹生成即机器人带动相机坐标系沿平行于待扫描角铝的扫描矢量，由扫描动作安全点出发依次遍历扫描所有角铝边，将每台机器人对应的角铝扫描轨迹以容量为角铝边最大数量的结构体数组的存储，削角方舱的角铝边最大数量为32，直角方舱的角铝边最大数量为24，数组每个结构体元素包括的样式为：struct{vector
ꢀꢀꢀ
a
ꢀꢀꢀ
//定义扫描矢量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
int
ꢀꢀꢀꢀꢀ
n
ꢀꢀ
//定义机器人编号
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
cstring
ꢀꢀ
code //定义角铝变量
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
}。3.根据权利要求2所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述将方舱端点按直角方舱和削角方舱分别以两组数组进行存储，其中直角方舱以一个容量为8的数组表示为：，削角方舱以一个容量为12的数组表示为：，首先判断输入的方舱关键特征参数是否为0，若为0则调用直角方舱数组进行，若不为0则调用削角方舱。4.根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置具体包括如下步骤：（2.1）选取第n#()自动钻铆机器人可达性范围内的n个固定点p，获取固定点p在相机坐标系下及机器人坐标下分部对应的坐标p_robot，p_camera；（2.2）通过p_robot=t*p_camera，得到坐标变换矩阵t=p_robot*(p_camra)-1
；（2.3）自动钻铆机器人向3d视觉相机发送字符串，3d视觉相机解析字符串，获取自动钻铆机器人编号；（2.4）3d视觉相机启动线激光，自动钻铆机器人扫描轨迹，扫描方舱边沿安装有角铝的区域；（2.5）3d视觉相机扫描过程中依据反射回激光的高度差，区分角铝及方舱铝蒙皮，生成角铝点云图像；（2.6）提取角铝点云图像的边界点及其坐标，并剔除点云图像中的噪点；（2.7）将提取的边界点按顺时针顺序依次首位相连，获取角铝轮廓图像；
（2.8）将角铝轮廓图像长度方向按方舱铆钉长度方向按设定的角铝铆钉距边最小距离偏置，宽度方向按偏置；（2.9）计算两条偏置直线的交点，作为角铝钻孔起点位置；（2.10）建立用于存储角铝钻孔位置的堆栈；（2.11）通过坐标变换矩阵t，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置，并存入堆栈底；（2.12）判断剩余角铝长度是否小于排钻钻头最大距离3*d，如是转至（2.13），若否转至（2.14）；（2.13）依据排钻钻头最大距离3*d，沿长度方向进行偏移，获取角铝排钻钻孔位置，并转换为自动钻铆机器人坐标；（2.14）将当前点加工方法标记为排钻，将当前点位存入堆栈；（2.15）判断是否已到设定的角铝边界距离，若否转至（2.16），若是跳转至（2.17）；（2.16）以排钻最小孔距d进行偏置，将相机坐标系下的钻孔起点位置转换成自动钻铆机器人坐标位置；（2.17）将当前点加工方法标记为单钻，将当前点位存入堆栈，跳转至（2.15）；（2.18）将堆栈中各个点的坐标按先进后出的顺序发送给自动钻铆机器人，用于作为打孔的位置点，结束扫描流程。5.根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中任务分配机制包括每台自动钻铆机器人优先处理需要进行钻铆最多的方舱角铝，即优先选择待钻孔数量最多的角铝；每台自动钻铆机器人器人避免与其他机器人存在干涉等待的情况，即优先选择与其其他机器人干涉区域最小的路径；每台自动钻铆机器人器人避免自身运动复杂度较高的方舱角铝，即优先选择机器人总关节运动量最少，总运动时间最短的角铝；每条角铝最多由2台自动钻铆机器人完成。6.根据权利要求5所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中钻铆任务倾向性模型为：，其中为工作任务权重系数取值区间为[1,2]，=，其中为第t个角铝要钻孔的数量，为角铝长度及其与孔距间隔的比例取整，max为角铝边总数量，其中削角方舱是max为32，直角方舱是max为24；为安全性权重系统取值区间为[0.5,1]，为当前角铝与其他机器人可达性上重合区域的长度与当前角铝长度的比值，即；为效率权重系数取值区间为[0.2,0.5]，，其中为当前自动钻铆机器人完成当前角铝作业需要的总时间：，
其中为机器人由安全点至扫描起始点的时间，为扫描时间，为扫描终点至安全点的时间，为换刀时间，为由换刀点至安全点时间，为打孔时间，为换涂胶拉铆工具端时间，为涂胶拉铆模块换刀点至安全点的时间，为涂胶拉铆的执行时间，为等待时间，total为当前机器人判断可达的角铝边总数量。7.根据权利要求6所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中进行多机器人自动钻铆任务分配具体包括如下步骤：（3.1）初始化，设定自动钻铆机器人序号标识n=1，设定所有角铝待钻铆次数标识；（3.2）获取输入的方舱顶部削角部分在水平面的投影宽度；（3.3）判断是否为0？（3.4）设定角铝最大数量max为24，最大平面数量max_p为6；（3.5）设定角铝最大数量max为32，最大平面数量 max_p为8；（3.6）判断n>4?，若否跳转至（3.7），若是跳转至（3.26）；（3.7）设定k=1；（3.8）判断k>max_p?，若否跳转至（3.9），若是跳转至（3.23）；（3.9）设定i=1（3.10）判断i>4?，若否跳转至（3.11），若是跳转至（3.22）；（3.11）设定t=（k-1）*max_p+i；（3.12）判断n#自动钻铆自动钻铆机器人在第t根角铝边处的可达性，若可达调转至（3.13），若不可达则跳转至（3.21）；（3.13）判断当前角铝边的待钻铆标记次数，若是跳转至（3.14），若否跳转至（3.21）；（3.14）将当前角铝边长度、及打孔间距设定值，代入；（3.15）计算当前角铝边的工作任务权重值= ；（3.16）计算当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业过程中与其余自动钻铆机器人的可达性区域的重合长度；（3.17）计算当前角铝安全性权重系数；（3.18）计算预估当前自动钻铆机器人在当前角铝边的作业时间：；（3.19）计算当前角铝边加工效率权重系数；（3.20）代入钻铆任务倾向性模型，计算当前角铝边的钻铆任务倾向性；
（3.21）i=i+1，跳转至（3.9）；（3.22）k=k+1，跳转至（3.8）；（3.23）将当前自动钻铆机器人对全部角铝边的钻铆任务倾向性按由大到小进行排序；（3.24）将所有角铝边按排序结果取int（max/3）个角铝边，并将这些角铝边的角铝待钻铆次数标识设定为；（3.25）n=n+1，跳转至（3.6）；（3.26）设定s=1；（3.27）判断s>max_p?若是跳转至（3.28），若否跳转至（3.33）；（3.28）判断第t根角铝>2，若否跳转至（3.32），若有跳转至（3.29）；（3.29）获取当前角铝被分配给钻铆任务的两台自动钻铆机器人编号；（3.30）计算当前两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量；（3.31）比较两台自动钻铆机器人已分配的钻孔任务数量大小，并将钻孔任务分配给钻孔任务数量较小的自动钻铆机器人，若两台自动钻铆机器人任务数量，则默认分配给编号较小的自动钻铆机器人；（3.32）s=s+1，跳转至（3.27）；（3.33）完成所有自动钻铆机器人任务分配，并将所有钻铆任务分配按存储的自动钻铆机器人编号发送给对应自动钻铆机器人，自动钻铆自动钻铆机器人开始按存储的钻铆任务倾向性，按由高到低的顺序开始执行自动钻铆作业。8.根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（4）中建立钻孔角度补偿值模型具体包括如下步骤：在每条方舱角铝jlifacek处，建立补偿值与该处方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人系统中心距离的数值模型：，其中c为每处自动钻铆机器人系统补偿值，t为自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，，，为待定参数；通过操作自动钻铆机器人在第jlifacek处角铝进行钻孔试验，获取钻孔偏离设定数值的距离及自动钻铆机器人距钻孔中心点的距离，建立方舱角铝钻孔点距自动钻铆机器人中心距离的数值模型的参数获取优化模型：，将数据代入，可得到每组补偿值系数的最优解x(,,)，即可得到该条角铝的自动钻铆时的钻孔角度补偿值模型，重复直至获取所有角铝的补偿值模型。9.根据权利要求8所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述步骤（4）中进行位置补偿具有包括如下步骤：（4.1）确认角铝编号；（4.2）依据角铝编号，调用该条角铝的补偿值模型；
（4.3）依据扫描得到的结果，计算每个目标钻孔点距自动钻铆机器人中心距离；（4.4）将每个钻孔点距离代入补偿值模型，获得所有钻孔点角度补偿值并进行存储；（4.5）按获得的补偿值，对打孔角度进行补偿。10.根据权利要求1所述的一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法，其特征在于，所述方舱智能钻铆系统包括自动钻铆机器人、快换盘、钻孔末端执行器、铆接涂胶末端执行器、3d视觉相机、换刀台、plc电控柜、机器人底板、方舱转运车和机器人地轨，自动钻铆机器人共有4台，以1#，2#，3#，4#进行编号。

技术总结
本发明公开了一种多机器人协同的方舱智能钻铆系统控制方法包括如下步骤根据方舱关键特征参数生成机器人扫描轨迹；对角铝线进行激光扫描捕获方舱钻孔位置；建立任务分配机制，根据任务分配机制建立钻铆任务倾向性模型，基于钻铆任务倾向性模型进行多机器人自动钻铆任务分配；建立钻孔角度补偿值模型，自动钻铆机器人基于钻孔角度补偿值模型进行位置补偿完成钻铆。本发明通过多台自动钻铆机器人通过有序分工，协同进行方舱角铝的自动化钻铆，实现方舱角铝安装作业的高效、高质量、高度智能化。智能化。智能化。


技术研发人员：方磊 杨青龙 万峻麟 汪国栋 许自力 田阳 章琦 方思伟
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十八研究所
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/7/20