CN114434404A - 一种gis管道对接设备及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS管道对接设备及其使用方法,涉及管道对接施工设备领域。传统的GIS管道对接为起重机吊接,参与人员多,能耗大,定位速度慢,安全性和效率低。本发明包括AGV小车、2套可升降平台、六自由度并联平台、GIS管道夹具、倾角传感器和视觉相机,通过把对接管道放置于2套GIS管道对接设备上,粗调后,平台上升到中位,然后进行倾角检测和调整,再通过视觉相机检测和调整六自由度并联平台使对接管道调整到位进行对接固定。本设备和方法相比于起重机吊接,能耗更低,也不会存在管道坠落风险,通过倾角传感器、视觉相机和六自由度并联平台可精确稳定可靠的实现对接操作,对接效率高,操作简单,能耗更低,安全性更好。
Description
技术领域
本发明涉及管道对接施工设备领域,尤其涉及一种GIS管道对接设备及其使用方法。
背景技术
传统的GIS管道对接为起重机将管道节吊起,工作人员通过观察,并口头传达给起重机驾驶员实现粗调,再由多名工人合力将管道节推到合适安装的位置进行安装,起重机驾驶员对地面及以下的部分存在视觉盲区,且需要数名工人参与,起重机长时间吊装对接耗能高,成本高,协作对接效率低,且存在管道坠落风险,工作人员与驾驶员口头沟通存在信息偏差,施工现场情况复杂,对施工人员的安全保障差。因此传统的采用人工装夹、对接管道技术,工人的劳动强度高,定位不准确,效率低,而且存在安全隐患。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进,提供一种GIS管道对接设备及其使用方法,以提升GIS管道对接的精确性和安全性,降低对接能耗、提高对接效率为目的。为此,本发明采取以下技术方案。
一种GIS管道对接设备,包括2台可二自由度移动的AGV小车、2套可升降平台、2套六自由度并联平台和2套GIS管道夹具,所述的可升降平台设于AGV小车上,所述的六自由度并联平台设于可升降平台上,所述的GIS管道夹具设于六自由度并联平台上,所述的六自由度并联平台上设置有可检测出GIS管道夹具沿X轴、Y轴、Z轴转动角度的倾角传感器和可检测出对接管道与目标管道之间的位置及角度差异数值的视觉相机,所述的视觉相机的视向与GIS管道夹具的轴向一致,所述的AGV小车、可升降平台、六自由度并联平台、GIS管道夹具、视觉相机和倾角传感器均通过通讯接口与控制装置连接。管道对接时,可把管道2端吊放到2AGV小车上再去与目标管道对接,可有效实现对接时各种自由度的调整,通过把管道放置于AGV小车进行对接,相比于起重机吊接,能耗更低,也不会存在管道坠落风险,通过倾角传感器、视觉相机和六自由度并联平台可精确稳定可靠的实现对接操作,对接效率高,安全性好。
作为优选技术手段:所述的可升降平台包括升降板、丝杠副、升降驱动电机、升降减速机和四根导向柱,所述的四根导向柱竖向设置,与AGV小车内设置的导向套滑动相配,所述的升降板连接固定于四根导向柱上端,所述的升降驱动电机连接升降减速机,升降减速机通过丝杠副连接升降板以驱动竖向移动。该结构方便地实现了升降平台的升降功能。
作为优选技术手段:所述的六自由度并联平台包括下平台、下虎克铰、电动缸、上虎克铰、位移传感器和上平台,所述的下平台连接固定于升降板上,所述的电动缸的缸底端通过下虎克铰与下平台连接,所述的电动缸的活塞端通过上虎克铰与上平台连接,电动缸共6个,相邻电动缸依次呈正和倒的V字型排列,每个电动缸设有1个位移传感器。采用该结构的六自由度并联平台,技术成熟,控制精度高,且可以方便的直接从市场采购,免去了制造加工的过程,相对成本较低。
作为优选技术手段:所述的GIS管道夹具包括左夹爪、右夹爪、齿轮、齿条、滑轨、夹爪驱动电机、夹爪驱动减速机和压力传感器,所述的左夹爪和右夹爪分别固定于两根齿条的上面,且左夹爪和右夹爪的底部分别通过滑块与两根平行的滑轨滑动连接,两根滑轨设置于所述的上平台上面,所述的齿轮与两根齿条啮合,所述的夹爪驱动电机连接夹爪驱动减速机,夹爪驱动减速机连接齿轮,所述的左夹爪和右夹爪上分别设置有压力传感器,压力传感器的感应面位于夹爪的抱夹面。该管道夹具可方便地实现对GIS管道的夹取,当齿轮顺时针或逆时针转动时,齿条带动夹爪实现张开或闭合,压力传感器可有效感应夹紧压力,通过压力反馈,使夹紧力保持在合理的数值,避免应压力太大而损伤管道。
作为优选技术手段:所述的左夹爪和右夹爪的抱夹面设有弹性垫层。通过增加弹性垫层,可以更好地避免损伤管道。
作为优选技术手段:所述的视觉相机为能够进行三维定位、检测、测量的3D相机。实现三维定位、检测和测量。
一种GIS管道对接设备的使用方法,包括以下步骤:
1)把对接管道由起重设备吊起放于两个GIS管道夹具内,两个GIS管道夹具分别夹紧GIS管道的两端,两台AGV小车同时启动开往目标管道的对接端;
2)通过控制装置把对接管道粗调到可进行视觉相机视觉检测的工作区域范围内;
3)两个六自由度并联平台分别升到中位;
4)倾角传感器对X轴和Y轴偏角检测,检测的偏角数据反馈给两个六自由度并联平台,由六自由度并联平台进行X轴和Y轴偏角的调整;
5)视觉相机开始工作,检测读出对接管道与目标管道之间的角度及距离差异数据传送给控制装置;
6)控制装置根据视觉相机传送的数据解算出两个六自由度并联平台的每根电缸的运动数据而进行联动,调整对接管道的姿态与目标管道的姿态一致并靠拢目标管道;
7)对接管道与目标管道锁好固定后,两六自由度并联平台回缩到低位,当前管道对接结束。管道对接操作简单,有效降低了人工操作量,提升了操作安全性,原理简单,方法可靠,操作方便,相比于传统的对接方法,劳动强度更低,能耗更低,安全性更高,有效的提升了管道对接的作业效率。
作为优选技术手段:步骤1)中,夹爪的压力传感器检测夹爪与管子之间的抱紧压力,当压力达到压力传感器设定的压力值后,GIS管道夹具停止继续加载夹紧力。能有效保证夹紧的安全性,防止压力过大损伤管道。
作为优选技术手段:步骤5)中,在六自由度并联平台发送开始检测指令,视觉相机开始工作,六自由度并联平台沿着Z轴向下移动,帮助视觉相机对目标管道法兰盘端面的扫描工作。可有效的检测出对接管道与目标管道之间的角度及距离差异数据。
有益效果:通过把管道放置于AGV小车进行对接,相比于起重机吊接,能耗更低,也不会存在管道坠落风险,通过倾角传感器、视觉相机和六自由度并联平台可精确稳定可靠的实现对接操作,可有效实现管道对接时各种自由度的调整,对接效率高,安全性好,对接操作简单,有效降低了人工操作量,提升了操作安全性,相比于传统的对接方法,劳动强度更低,能耗更低,安全性更高,有效的提升了管道对接的作业效率。
附图说明
图1是本发明管道对接示意图。
图2是本发明中GIS对接设备结构示意图。
图3是本发明中GIS管道夹具主视结构示意图。
图4是本发明中GIS管道夹具侧视结构示意图。
图5是本发明管道对接流程示意图。
图中:1、AGV小车;2、可升降平台;3、六自由度并联平台;4、GIS管道夹具;5、倾角传感器;6、视觉相机;7、对接管道;8、目标管道;201、升降板;202、导向柱;301、下平台;302、下虎克铰;303、电动缸;304、上虎克铰;305、上平台;401、左夹爪;402、右夹爪;403、滑块;404、滑轨;405、齿轮;406、齿条;407、夹爪驱动电机;408、夹爪驱动减速机;409、压力传感器;410、抱夹面。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1-4所示,一种GIS管道对接设备,包括2台可二自由度移动的AGV小车1、2套可升降平台2、2套六自由度并联平台3和2套GIS管道夹具4,可升降平台2设于AGV小车1上,六自由度并联平台3设于可升降平台2上,GIS管道夹具4设于六自由度并联平台3上,六自由度并联平台3上设置有可检测出GIS管道夹具4沿X轴、Y轴、Z轴转动角度的倾角传感器5和可检测出对接管道7与目标管道8之间的位置及角度差异数值的视觉相机6,视觉相机6的视向与GIS管道夹具4的轴向一致,AGV小车1、可升降平台2、六自由度并联平台3、GIS管道夹具4、视觉相机6和倾角传感器5均通过通讯接口与控制装置连接。
为了实现了升降平台的升降功能,可升降平台2包括升降板201、丝杠副、升降驱动电机、升降减速机和四根导向柱202,四根导向柱202竖向设置,与AGV小车1内设置的导向套滑动相配,升降板201连接固定于四根导向柱202上端,升降驱动电机连接升降减速机,升降减速机通过丝杠副连接升降板201以驱动竖向移动。该结构方便地实现了升降平台的升降功能。
为了实现六自由度并联平台3,六自由度并联平台3包括下平台301、下虎克铰302、电动缸303、上虎克铰304、位移传感器和上平台305,下平台301连接固定于升降板201上,电动缸303的缸底端通过下虎克铰302与下平台301连接,电动缸303的活塞端通过上虎克铰304与上平台305连接,电动缸303共6个,相邻电动缸303依次呈正和倒的V字型排列,每个电动缸303设有1个位移传感器。采用该结构的六自由度并联平台3,技术成熟,控制精度高,且可以方便的直接从市场采购,免去了制造加工的过程,相对成本较低。
为了安全稳定地实现对GIS管道的夹取,GIS管道夹具4包括左夹爪401、右夹爪402、齿轮405、齿条406、滑轨404、夹爪驱动电机407、夹爪驱动减速机408和压力传感器409,左夹爪401和右夹爪402分别固定于两根齿条406的上面,且左夹爪401和右夹爪402的底部分别通过滑块403与两根平行的滑轨404滑动连接,两根滑轨404设置于上平台305上面,齿轮405与两根齿条406啮合,夹爪驱动电机407连接夹爪驱动减速机408,夹爪驱动减速机408连接齿轮405,左夹爪401和右夹爪402上分别设置有压力传感器409,压力传感器409的感应面位于夹爪的抱夹面410。该管道夹具可安全稳定地实现对GIS管道的夹取,当齿轮405顺时针或逆时针转动时,齿条406带动夹爪实现张开或闭合,压力传感器409可有效感应夹紧压力,通过压力反馈,使夹紧力保持在合理的数值,避免应压力太大而损伤管道。
为了更好地避免损伤管道,左夹爪401和右夹爪402的抱夹面410设有弹性垫层。通过增加弹性垫层,可以更好地避免损伤管道。
为了实现三维定位检测,视觉相机6为能够进行三维定位、检测、测量的3D相机。实现三维定位、检测和测量。
一种GIS管道对接设备的使用方法,如图5所示,其过程包括以下步骤:
S1:把对接管道7由起重设备吊起放于两个GIS管道夹具4内,两个GIS管道夹具4分别夹紧GIS管道的两端,两台AGV小车1同时启动开往目标管道8的对接端;
S2:通过控制装置把对接管道7粗调到可进行视觉相机6视觉检测的工作区域范围内;
S3:两个六自由度并联平台3分别升到中位;
S4:倾角传感器5对X轴和Y轴偏角检测,检测的偏角数据反馈给两个六自由度并联平台3,由六自由度并联平台3进行X轴和Y轴偏角的调整;
S5:视觉相机6开始工作,检测读出对接管道7与目标管道8之间的角度及距离差异数据传送给控制装置;
S6:控制装置根据视觉相机6传送的数据解算出两个六自由度并联平台3的每根电缸的运动数据而进行联动,调整对接管道7的姿态与目标管道8的姿态一致并靠拢目标管道8;
S7:对接管道7与目标管道8锁好固定后,两六自由度并联平台3回缩到低位,当前管道对接结束。
为了防止压力过大损伤管道,步骤S1中,夹爪的压力传感器409检测夹爪与管子之间的抱紧压力,当压力达到压力传感器409设定的压力值后,GIS管道夹具4停止继续加载夹紧力。能有效保证夹紧的安全性,防止压力过大损伤管道。
为了检测出对接管道7与目标管道8之间的角度及距离差异数据,步骤S5中,在六自由度并联平台3发送开始检测指令,视觉相机6开始工作,六自由度并联平台3沿着Z轴向下移动,帮助视觉相机6对目标管道8法兰盘端面的扫描工作。可有效的检测出对接管道7与目标管道8之间的角度及距离差异数据。
本实例中,视觉相机6只使用与目标管道相邻的GIS管道对接设备上,另一台GIS管道对接设备可以不设置视觉相机6。
管道对接时,可把管道2端吊放到2AGV小车1上再去与目标管道8对接,可有效实现对接时各种自由度的调整,通过把管道放置于AGV小车1进行对接,相比于起重机吊接,能耗更低,也不会存在管道坠落风险,通过倾角传感器5、视觉相机6和六自由度并联平台3可精确稳定可靠的实现对接操作,对接效率高,安全性更好,管道对接操作简单,有效降低了人工操作量,提升了操作安全性,相比于传统的对接设备和方法,劳动强度更低,安全性更高,操作更方便,有效的提升了管道对接的作业效率。
以上图1-5所示的一种GIS管道对接设备及其使用方法是本发明的具体实施例,已经体现出本发明突出的实质性特点和显著进步,可根据实际的使用需要,在本发明的启示下,对其进行形状、结构等方面的等同修改,均在本方案的保护范围之列。
Claims (9)
1.一种GIS管道对接设备,其特征在于:包括2台可二自由度移动的AGV小车(1)、2套可升降平台(2)、2套六自由度并联平台(3)和2套GIS管道夹具(4),所述的可升降平台(2)设于AGV小车(1)上,所述的六自由度并联平台(3)设于可升降平台(2)上,所述的GIS管道夹具(4)设于六自由度并联平台(3)上,所述的六自由度并联平台(3)上设置有可检测出GIS管道夹具(4)沿X轴、Y轴、Z轴转动角度的倾角传感器(5)和可检测出对接管道(7)与目标管道(8)之间的位置及角度差异数值的视觉相机(6),所述的视觉相机(6)的视向与GIS管道夹具(4)的轴向一致,所述的AGV小车(1)、可升降平台(2)、六自由度并联平台(3)、GIS管道夹具(4)、视觉相机(6)和倾角传感器(5)均通过通讯接口与控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种GIS管道对接设备,其特征在于:所述的可升降平台(2)包括升降板(201)、丝杠副、升降驱动电机、升降减速机和四根导向柱(202),所述的四根导向柱(202)竖向设置,与AGV小车(1)内设置的导向套滑动相配,所述的升降板(201)连接固定于四根导向柱(202)上端,所述的升降驱动电机连接升降减速机,升降减速机通过丝杠副连接升降板(201)以驱动竖向移动。
3.根据权利要求2所述的一种GIS管道对接设备,其特征在于:所述的六自由度并联平台(3)包括下平台(301)、下虎克铰(302)、电动缸(303)、上虎克铰(304)、位移传感器和上平台(305),所述的下平台(301)连接固定于升降板(201)上,所述的电动缸(303)的缸底端通过下虎克铰(302)与下平台(301)连接,所述的电动缸(303)的活塞端通过上虎克铰(304)与上平台(305)连接,电动缸(303)共6个,相邻电动缸(303)依次呈正和倒的V字型排列,每个电动缸(303)设有1个位移传感器。
4.根据权利要求3所述的一种GIS管道对接设备,其特征在于:所述的GIS管道夹具(4)包括左夹爪(401)、右夹爪(402)、齿轮(405)、齿条(406)、滑轨(404)、夹爪驱动电机(407)、夹爪驱动减速机(408)和压力传感器(409),所述的左夹爪(401)和右夹爪(402)分别固定于两根齿条(406)的上面,且左夹爪(401)和右夹爪(402)的底部分别通过滑块(403)与两根平行的滑轨(404)滑动连接,两根滑轨(404)设置于所述的上平台(305)上面,所述的齿轮(405)与两根齿条(406)啮合,所述的夹爪驱动电机(407)连接夹爪驱动减速机(408),夹爪驱动减速机(408)连接齿轮(405),所述的左夹爪(401)和右夹爪(402)上分别设置有压力传感器(409),压力传感器(409)的感应面位于夹爪的抱夹面(410)。
5.根据权利要求4所述的一种GIS管道对接设备,其特征在于:所述的左夹爪(401)和右夹爪(402)的抱夹面(410)设有弹性垫层。
6.根据权利要求5所述的一种GIS管道对接设备,其特征在于:所述的视觉相机(6)为能够进行三维定位、检测、测量的3D相机。
7.采用权利要求1所述的一种GIS管道对接设备的使用方法,其特征在于包括以下步骤:
1)把对接管道(7)由起重设备吊起放于两个GIS管道夹具(4)内,两个GIS管道夹具(4)分别夹紧GIS管道的两端,两台AGV小车(1)同时启动开往目标管道(8)的对接端;
2)通过控制装置把对接管道(7)粗调到可进行视觉相机(6)视觉检测的工作区域范围内;
3)两个六自由度并联平台(3)分别升到中位;
4)倾角传感器(5)对X轴和Y轴偏角检测,检测的偏角数据反馈给两个六自由度并联平台(3),由六自由度并联平台(3)进行X轴和Y轴偏角的调整;
5)视觉相机(6)开始工作,检测读出对接管道(7)与目标管道(8)之间的角度及距离差异数据传送给控制装置;
6)控制装置根据视觉相机(6)传送的数据解算出两个六自由度并联平台(3)的每根电缸的运动数据而进行联动,调整对接管道(7)的姿态与目标管道(8)的姿态一致并靠拢目标管道(8);
7)对接管道(7)与目标管道(8)锁好固定后,两六自由度并联平台(3)回缩到低位,当前管道对接结束。
8.根据权利要求7所述的一种GIS管道对接设备的使用方法,其特征在于:步骤1)中,夹爪的压力传感器(409)检测夹爪与管子之间的抱紧压力,当压力达到压力传感器(409)设定的压力值后,GIS管道夹具(4)停止继续加载夹紧力。
9.根据权利要求7所述的一种GIS管道对接设备的使用方法,其特征在于:步骤5)中,在六自由度并联平台(3)发送开始检测指令,视觉相机(6)开始工作,六自由度并联平台(3)沿着Z轴向下移动,帮助视觉相机(6)对目标管道(8)法兰盘端面的扫描工作。
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