双臂协作智能机器人装配系统在航天航空领域的应用

研究课题

十四五”元年航天军工发展

将进入黄金时代航天总装产能需求大幅增加

“十四五”期间国际环境形势复杂多变，我国航天装备产能需求大幅增加，总装作为航天装备制造的关键环节， 占全部工作量的40%以上， 航空部件的装配，种类繁多、工序复杂、专业性强。且航天装备由于高稳定性、高精度、高安全性等特点，对装配有着极高的工艺要求与技术要求。

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目前我国总装生产过程大部分采用手工模式装配，总装过程对操作人员技能要求较高，手工工作量大，工人劳动强度高，安装装配周期长，而且较容易出现碰撞损伤和返工现象，产品质量不易保证，生产效率提升困难，延续当前的生产制造模式远远不能满足航天装备总装生产需求。

如何稳定、高速、高效、高安全性的完成航天装配成为目前航天航空领域迫切需要研究的课题，中科深谷公司作为助力科技发展的协创者，参与社会多个行业的发展， 包括农业智能采摘、智能康养医疗、智能巡检、智能制造等一应覆盖。

而航天航空领域的发展作为中国综合国力提升的一个重要环节，如何迅速应对这一课题，中科深谷结合多年的积累，深入研究从协作机器人的本体结构、伺服驱动器、总线通讯、控制系统、运动学与动力学算法、柔顺控制、3D视觉、 融合深度学习算法的3D视觉的开源算法为某航天航空单位实现有人参与以及无人参与的自动化 某武器关键核心配件的安装，其中航空航天领域待装配部件还带有定位销，实现精密装配。

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通过本课题的研究，可助力推动航天装备装配效率 和装配精度的提高、航天装备生产制造水平和能力的提升，从而更好地满足现代战场对航天装备快速响应制造能力需求。 此外本课题的实施还将有利于推动航天装备的智能化制造水平，为增强企业的核心制造能力提供重要的技术支撑和保障。

解决方案

3D视觉、柔顺控制和螺丝锁付技术

及精密装配的应用探索

面向航天航空领域总装力控柔性装配任务的双臂协作精密装配机器人系统，目前可实现批量、重复、工艺过程相对较简单的工作进行自动化替代，提高生产效率以及装配质量。其总体机械结构如下：

双臂协作精密装配机器人系统，主要解决三大部分问题： 航空航天领域待装配部件的精准识别和抓取、安装基座的精确识别和航空航天领域待装配部件的柔性安装、螺丝孔的精准识别和螺丝的精准锁付。

机械结构组成

01

3D视觉 + 斜坡平台实现精准抓取

通过搭载精密紧凑型12kg带六维力传感器的协作机器人、3D视觉智能相机进行抓取待装配的航空航天领域待装配部件，把航空航天领域待装配部件放到二次定位斜坡平台进行二次定位，确保夹爪和航空航天领域待装配部件的相对位置是一致的。 直线运动平台带动机械臂，移动到装配端，利用3D相机进行安装基座位姿识别，实现航空航天领域待装配部件的精准定位抓取放置。

02

3D视觉 + 六维力传感器实现柔性控制安装

机械臂末端配置工业级力觉传感器，提供恒力、法向跟踪和速度模式等多种力控解决方案，碰撞检测最高精度可达10N，恒力跟踪最高精度可达1N；配合改进阻抗算法，在关节力矩环加以前馈，使机械臂具有良好的通用性与柔顺性；航空航天领域待装配部件安装过程中，当航空航天领域待装配部件与定位销接触后，利用六维力传感器，可以将航空航天领域待装配部件很柔顺地装配到基座上。

03

3D视觉 + 智能电批实现螺丝的精准锁付

利用3D视觉对螺丝孔拍照， 利用3D点云匹配算法，实现有效识别与定位。 智能电批采用带扭矩控制、转动圈数控制、转速控制、滑牙和入牙检测等功能，带有双气缸结构，第一个气缸用于夹取垫片和螺丝，第二个气缸用于拧螺丝时能推动拧螺丝部件实现进给，即跟随螺丝的拧入而同步运动。

双机械臂皆采用模块化设计，分别负责抓取、放置和拧螺钉，每台机械臂带有独立的视觉系统，减少耦合，更加稳定可靠，更容易维护和升级，采用轻量化、小型化、高精度的带力控的机械臂系统，对螺钉枪进行定制，这样质量更轻，能用更小负载的机器人；机械臂重复定位精度可达0.03mm。

（机械臂1：利用3D视觉+斜坡平台+力控，完成航空航天领域待装配部件航空航天领域待装配部件的精准抓取和柔性安装放置；机械臂2：利用3D视觉 + 智能电批，完成精准取钉和螺丝锁付操作。）

04

工控机总控软件实现现场设备检测与控制

开发配套计算机总控软件，对整个流程、任务进行设定和管理；作业过程、机械臂的运动参数、视觉图像、力传感器的数据、拧螺丝的参数等都能采集和记录。

成果

中科深谷智能双臂协作装配机器人系统

助力航空航天领域待装配部件实现自动化装配

智能双臂协作精密装配机器人系统实现高精尖武器的航空航天领域待装配部件自动装配，进行一些关键航空航天领域待装配部件装配的自动化代替，提高生产效率以及安装质量；助力解决人工手动安装的批量、重复性、繁重操作问题，将更多的工人从产线解放出来，参与其他更重要的工作任务。节约人工、节省装备时间，实现航空航天装备成本的进一步降低，推动武器的生产工艺向智能化的转型。

“从项目的方案设计、项目执行、交付，中科深谷团队成员表现出的专业及敬业精神是此次项目成功的重要原因，未来会持续保持与中科深谷的合作，一起为航空航天领域装备智能化发展贡献力量。

——客户评价

未来展望

深谷智能助力人类美好生活

人们都希望在更加舒适·安心·健康·智能的社会中生活。抱着这样的憧憬，中科深谷努力解决社会所面临的各种难题，包括新能源汽车插充电枪自动充电、手术机器人的控制系统设计及其融合3D视觉进行精准定位的手术系统、移动机械臂视觉和力控精密上下料等场景，提供更多应用场景的智能机器人，同时持续推进与物联网平台的融合，去实现人们所向往的“美好”。

来源：机器人大讲堂