[发明专利]一种基于增强现实及视觉辅助的人机协作钻铆系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于增强现实及视觉辅助的人机协作钻铆系统和方法，系统包括工业机器人、钻铆执行器、操作者、增强现实设备、钻铆一体工具、深度相机及上位机；方法包括：1）操作者确定待作业孔位，通过增强现实设备控制工业机器人移动至该孔位处；钻铆执行器顶紧外侧壁板。2）操作者通过钻铆一体工具顶紧内侧壁板并上传顶紧力信息；深度相机采集操作者作业姿态；上位机根据操作者的作业姿态和顶紧力信息向钻铆执行器发送作业指令。3）操作者与钻铆执行器协作钻铆。4）整个过程中，操作者通过增强现实设备感知协作系统的运行状态。本发明通过增强现实及视觉辅助人机协作的方式，结合钻铆一体工具，可实现飞机复杂结构狭小空间高质高效钻铆。

技术领域

本发明涉及一种基于增强现实及视觉辅助的人机协作钻铆系统和方法，属于机械工程和飞机装配领域。

背景技术

钻铆是飞机装配的主要连接方式，主要包括钻孔和铆接两个工艺过程，其工艺质量直接影响飞机结构的装配质量和服役可靠性。目前飞机钻铆方式主要为手工钻铆和自动化钻铆。手工钻铆是指两个操作者手持钻孔和铆接工具通过相互协作进行钻铆作业，具有灵活性强、空间适应性好等优点，但其效率较低，且采用现有手工钻铆工具施加顶紧力难以有效控制待装配结构之间的配合间隙，导致钻铆工艺质量差。自动钻铆分为机床钻铆和工业机器人钻铆两种形式，其工艺质量好、效率高，但受限于设备自身尺寸，只适用于结构简单、开敞性好的部件，且其难以根据实际工艺状态灵活调整钻铆顺序以优化工艺质量，易加剧钻铆偏差累积传递，导致结构整体变形过大。新一代飞机不断追求更快的巡航速度、更强的隐身性能以及更高的燃油效率，促使其结构日趋复杂化，导致装配作业空间狭小、开敞性差，直接制约了自动化钻铆技术的应用。当前，空间狭小、开敞性差的复杂结构装配仍采用手工钻铆方式，导致钻铆工艺质量差、效率低。

人机协作的作业方式将人的灵巧性和机器设备的高精度自动化相结合，为上述问题提供了有效的解决思路。目前已有研究提出了人机协作铆接作业方式，但其仅面向单一铆接环节，未涵盖钻孔环节；同时，缺乏对于钻铆顺序灵活调整、钻铆配合间隙控制等关键工艺问题的解决方案；且在人机协作交互方面，对如何保证协作钻铆流程的连贯性、安全性考虑不足，因此，仍难以满足复杂结构狭小空间高质量高效率钻铆工艺需求，亟需研发新技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于增强现实及视觉辅助的人机协作钻铆系统和方法，实现钻铆全过程人机协作，以克服当前飞机复杂结构狭小空间难以应用自动钻铆设备、仅能采用单一手工作业导致的钻铆质量差、效率低等问题，大幅提升飞机复杂结构狭小空间的钻铆质量和效率。

本发明的目的一方面是这样实现的：一种基于增强现实及视觉辅助的人机协作钻铆系统，其特征在于，包括工业机器人、钻铆执行器、操作者、增强现实设备、钻铆一体工具、深度相机以及上位机；

所述工业机器人位于空间开敞的壁板外侧，用于移动钻铆执行器至待作业孔位处；

所述钻铆执行器安装于工业机器人末端法兰，用于进行顶紧壁板、钻孔、送钉、顶铆以及复位操作；

所述操作者位于空间狭小的壁板内侧，通过佩戴增强现实设备和手持钻铆一体工具，与机器人及钻铆执行器进行协作钻铆；

所述增强现实设备用于操作者与上位机之间的信息指令交互；

所述钻铆一体工具用于辅助操作者与机器人及钻铆执行器进行协作钻铆；

所述深度相机用于实时采集操作者作业姿态信息；

所述上位机用于将工业机器人、钻铆执行器、操作者、增强现实设备、钻铆一体工具以及深度相机集成为整体系统。

进一步的，所述钻铆一体工具由气动铆枪、机械套筒及压力传感器组成；所述气动铆枪用于进行铆接操作；所述机械套筒设在气动铆枪上，钻孔时作为顶铁使用；铆接时，能够自由伸缩辅助气动铆枪进行铆接作业；所述压力传感器设置在机械套筒的前端，用于采集操作者在作业过程中施加的顶紧力状态信息。