简统化接触网腕臂及定位装置预配

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简统化接触网腕臂及定位装置预配清研同创机器人(天津)有限公司是清华控股投资，清华大学天津高端装备研究院孵化的机器人及智能装备产业化高科技企业，为客户提供优质的喷涂机器人、特种作业机器人及智能喷涂系统、智能装配系统等自动化装备，是集研发、生产、销售、服务为一体的智能制造高端装备综合服务商。行业涉及航空航天、先进制造、轨道交通、工程机械、重工装备等制造领域。

公司技术实力雄厚，研发团队中博士、硕士学历人员占80%以上，专业从事机器人本体研发制造、运动控制器及软件开发、系统集成，可根据客户要求非标定制自动化设备，提供安全、高效、柔性的机器人自动化解决方案。

目录

业务领域

--喷涂机器人系列

--特种作业机器人及自动化装备

--智能喷涂系统及自动化生产线

--智能装配系统及自动化生产线

2.1研究简筒化腕臂数据的分析方法并建立数据平台

（1）解决难点——零部件原料规格较多，需要智能选料以节省原材料浪费

（2）实施方案——具有双重反馈机制的数据链平台

本项目通过研究分析简统化腕臂数据，开发了简统化腕臂自动预配系统，该系统将腕臂数据计算软件的得出的生产数据直接导入预配系统，全自动进行腕臂生产，并将腕臂实际生产数据进行保存和输出，避免了人工输入的繁琐与可能的错误；并对生产出的腕臂通过自动喷码实现产品自动标识，实现身份数据的长久追溯。

2.2研究简筒化腕臂的精确生产控制方法

（1）解决难点——装配精度要求高，保证零件安装位置精度和螺栓拧紧精度

（2）实施方案——加工精度闭环控制系列技术

基于简统化接触网腕臂及定位装置的结构及零部件特点，本项目研究了一系列简统化腕臂的精度控制技术。该预配过程采用智能控制系统，模块化生产单元，可以完成智能选料、自动化生产，可以达到对产品的高兼容性；利用机器人技术、高精度伺服数控系统、长距离高精度传感器、激光测量、智能拧紧技术，二维码识别等高新技术；具备管料智能选料抓取，管料自动数控加工，零件自动定位装配、数据自动检测等功能；可以兼容多锚段，多数据的平腕臂和斜腕臂的关键工艺的智能化自动化预配工作。

2.3研究简筒化腕臂产品数据的弓网关系仿真和检验技术

（1）解决难点——弓网关系仿真和检验

（2）实施方案——腕臂上线仿真平台

研发仿真平台，通过平台的机械结构提供仿真模型的参考水平面，模拟腕臂在线路上的实际负载，模拟各种线路状态的受电弓位置和姿态。在平台操作软件中输入获得腕臂的相关设计参数，通过模拟调姿计算，先将受电弓姿态调整到位，模拟高铁运行至该腕臂时的静态弓网位置关系。再启动激光测距装置，测量出从平台到接触点的高度，计算获得实际拉出值，通过与设计值对比，可检验数据是否有偏差并分析偏差原因。

三、关键技术及创新点

3.1基于人工智能遗传算法优化的生产数据计算方法

生产数据的计算过程需要对线路侧面限界、结构高度、接触线导高及拉出值、承力索高度和拉出值、立柱倾斜斜率等十多个数据进行分析，计算出平腕臂、斜腕臂、定位管的尺寸，计算过程具有多个约束，为得到更优的结果，需要对计算方法进行优化。

本项目研究了基于人工智能遗传算法的简统化腕臂数据排产技术，对多锚段数据进行整合、重组，最优化组合排列，达到节省原材料的目的。

3.2简统化腕臂的精确生产控制方法

3.2.1机器人与伺服数控系统结合实现尺寸及安装精确控制

由于简筒化腕臂生产高度柔性化的特点，六轴机器人与高精度伺服系统的结合使用，既能充分利用机器人的高柔性、高负载，又能通过伺服系统的精度保证腕臂生产的尺寸精度和组装精度。

3.2.2基于强化学习的智能拧紧扭矩控制技术

采用基于强化学习的智能拧紧技术，通过高精度扭矩传感器对紧固扭矩实现反馈控制，开发了同步拧紧技术，多螺栓扭矩控制精度在±3%。最终拧紧扭矩上传到管理系统。

3.2.3基于非接触测量技术的腕臂尺寸数据在线测量检验

采用基于磁致伸缩传感器和激光测距仪的高精度非接触测量技术，对生产的腕臂进行尺寸数据在线测量和检验，并保存最终数据到管理系统。

磁致拉抻传感技术和细分控制器精度达到0.01%以内，激光测距仪的测量精度达到0.02mm。最终测量精度可以控制在≤0.3mm。测量台为两轴伺服系统驱动测量装置，可以兼容平斜腕臂的测量和多数据多位置测量。

3.3受电弓的姿态调整算法

腕臂上线仿真的最核心技术在于设计值如何得出，即通过受电弓的姿态调整算法计算，根据曲内/曲外、正定位/反定位、外轨超高各个参数的变化，需要不同的算法。准确的计算方法和精密的受电弓调整机构相互配合，才能是使受电弓达到实际的工作位置，腕臂主要参数的测量和模拟才具有实际意义。

本项目研究设计了简统化腕臂的弓网关系计算仿真技术，并制造了实物仿真装置，实现真实模拟接触网弓网关系，实现了通过腕臂的厂内试挂进行腕臂数据的检验，为简统化接触网的工程应用研究做好装备基础。

3.4创新点

提出了一整套生产数据计算方法，该方法通过对多个测量数据及多个约束条件的分析计算出生产数据，通过三角函数关系校验该数据的正确性，再根据校验后的数据通过人工智能遗传算法重新进行生产数据排序。该方法使得腕臂加工更合理安排生产程序，节约材料，并保留所有加工数据，为后期的腕臂算法优化提供数据支持。

提出一套自动化生产腕臂方法实现精确生产控制方法，该方法利用机器人与伺服控制结合保证了安装精度，利用扭矩传感器实现扭矩反馈控制，利用磁致伸缩传感器和激光跟踪仪实现尺寸在线测量，最终形成加工精度闭环控制，实现了精确加工，精确装配，精确测量，实际数据保存。加工组装精度±1mm，拧紧精度±3％。提出了通过强化学习策略提升拧紧扭矩精度的方法。

研发了真实模拟弓网关系的仿真平台，提出了受电弓的姿态调整算法，为腕臂的厂内检验和研究提供了检测和试验平台，将接触网的弓网关系理论转换成了直观的视觉认知，为后续腕臂数据分析、腕臂生产、腕臂检验以及人员培训打下了坚实的基础。

紧凑型喷涂机器人是清研同创机器人（天津）有限公司自主研发的一款小型工业机器人，该机器人通过国家防爆产品质量监督检验中心（天津）的认证，取得防爆合格证；同时该产品已获得5项授权专利，2项专利在申请中，技术创新成果显著。产品在2020年3月20日上市，已成功应用在汽车零部件喷涂领域，获得客户的认可。