淺析機器人在油氣田機械產品質量監督檢驗系統中的應用

王 亮，胡凱博，李東東，蒲 江

中國石油長慶油田分公司技術監測中心 （陜西 西安 710018）

1 現代工業機器人的應用情況

工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，它能自動執行工作，是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，現代工業機器人還可以根據人工智能技術制定的原則綱領行動。工業機器人的典型應用包括焊接、刷漆、組裝、采集和放置[1]。

2 機器人在油氣田機械產品質量監督檢驗系統中主要實現的功能

在油氣田機械產品質量監督檢驗系統中，機器人所要完成的工作是從上料區的旋轉托盤抓取法蘭，放置在三坐標測量機的工裝上，將三坐標測量機測量完成的法蘭抓取放置到環形流水線上料工位，根據檢驗結果將環形流水線下料工位的法蘭分別放置在不合格料盒和合格托盤中，合格托盤中的法蘭按照排放程序依次排放[2]。檢驗系統的結構布置如圖1所示。

3 機器人的選型

在規劃檢驗的法蘭規格范圍內，最重法蘭的規格為DN100-1500Lb的帶頸對焊法蘭，法蘭的近似質量為31.33 kg[3]。機器人抓取法蘭還需配備適宜的工裝。根據法蘭外形結構特點，采用夾持法蘭外圓的方式實現法蘭的抓取，抓取的工裝為氣驅電磁閥執行機構。通過外接氣源，控制執行機構夾緊或放松，加持機構配備不同規格卡爪（圖2），實現不同外徑法蘭的抓取。執行機構加上卡爪的最大重量為35 kg，加上最重法蘭31 kg，機器人的抓取重量至少為70 kg。考慮到抓取過程回轉、急停加速度產生的力以及安全系數[4]，最終確定的機器人抓取重量級別為100 kg級。最終選取的機器人為SRA100-01-FD11-0000型機器人，其規格參數如圖3所示。

圖1 檢驗系統結構布置

圖2 適用不同法蘭外徑的卡爪

圖3 機器人規格參數

4 視覺識別系統的應用

機器人可以按照編輯的路徑進行法蘭的轉移，但在將法蘭裝夾在法蘭檢驗工裝的過程中，無法每次準確無誤地將法蘭孔放置在定位銷上，這就需要將法蘭水平旋轉一定角度，且角度范圍不可過大，否則無法準確裝夾。雖然在上料托盤處增加了紅外十字光標，但上料托盤旋轉過程本身存在系統誤差，加上人工放置的人為誤差，無法保證角度準確可靠。因此選擇視覺識別系統配合機器人抓取，本系統中所使用的視覺識別就是一個參照物比對的原理。首先需要建立一個標準場景，視覺識別通過檢測識別場景與標準場景的對比，自動對偏移與旋轉量進行校對，計算出偏移參數坐標；接著，將結果發送給機器人，機器人根據偏移坐標進行校正，保證最終運行位置與標準場景一致[5]；最終，將視覺相機集成在機器人夾具上（圖4）。目前所使用的歐姆龍視覺控制器具有高穩定性和相機的高分辨率，控制器自帶多種功能，可以實現形狀搜索、對位等功能，滿足使用要求，同時還具有多種通信功能（232C,Ethernet），可以實現與不同廠家控制器通信。

5 機器人運行軌跡編程

機器人編寫作業程序的流程如圖5所示。通過手動操作，選取記錄機器人運行軌跡的坐標點，并將其保存，自動運行時，機器人將根據所取坐標點的軌跡運行。但在運行過程中，相鄰兩位置點，機器人選擇最短路徑執行，因此選擇坐標點的位置要避讓運行軌跡上的障礙物。

圖4 視覺識別與夾持執行機構集成

圖5 編寫作業程序流程

為了使裝在機器人前端的工裝動作或讀入確認工件的信號，將應用命令（功能）記錄于作業程序內的適當位置。此外，為了進行復雜作業，可能會調用別的作業程序，或依外部信號的狀態跳到別的作業程序，這些也作為應用命令加以記錄。

具有代表性的應用命令一般使用符合機器人語言SLIM（Standard Language for Industrial Manipulators）的格式表示。此外，應用命令也能以“FN***”的形式指定，***的部分為1～3位的數字（***稱為功能號碼）。機器人的程序就是由軌跡位置點與該位置點對應的功能程序構成。本系統使用的部分機器人程序及對應功能如圖6所示。

6 結束語

在油氣田機械產品質量監督檢驗系統中，機器人的使用進一步提高了檢驗的自動化程度，也是一次成功的嘗試。今后將根據實際檢驗情況，進一步開發機器人的功能，使該設備得到更廣闊應用。

圖6 機器人程序及說明