科创中国
基于虚拟场景的多维度防撞检测机制构建与协同控制
成果类型：: 实用新型专利
发布时间: 2022-10-18 17:45:05
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”高端装备产业科技服务团| 贡天媛 | 2022-10-20 23:14:58
大尺寸平面分段结构复杂，加强筋、扶强材等障碍多，无法像小组立一样利
用拍照等技术识别出整个构件的摆放和焊缝位置。大尺寸复杂平面分段结构中，
机器人自身工作空间范围要求，对焊缝周边的障碍物无法实现自动避开。若采用
示教方式生产，受人为因素影响大，且对存在障碍的焊缝示教焊接困难，无法实
现基于焊接任务分配的均衡生产，严重影响平面分段焊缝的自动化焊接生产效率。
包括以下成果：
一 基于虚拟场景的 3+6 轴机器人位姿控制方法
1 基于平面分段三维模型和焊接环境的虚拟场景搭建2 基于平面分段三维模型焊缝的机器人焊接姿态生成
二 机器人多维度防撞检测机制构建及避障路径优化
1 基于虚拟场景的机器人多位姿防撞检测规则 2 基于虚拟场景的机器人多姿态避障路径优化
三 基于平面分段焊接任务的双门架四机器人均衡生产
本项目基于国产行业自主可控软件 SPD 船舶产品设计软，开展了 SPD 船体
设计模型的数字赋能研究，解决了 SPD 船体结构模型的数据驱动机器人焊接成
套关键共性技术难题，实现大尺寸复杂平面分段多机器人焊接智能装备的数字赋
能。
研发大尺寸复杂平面分段机器人焊接系统及装备
开展三维设计模型数据赋能高端智能装备的各项研究工作，打通了基于船体
三维模型的数据驱动关键技术，研发了大尺寸复杂立体构件焊接机器人系统及船
舶平面分段机器人焊接装备，促进了船舶建造行业技术创新的上游、中游、下游
的对接与耦合，推动了在国产行业软件自主可控、智能装备研发方面的产学研深
度融合，实现了大尺寸复杂立体构件的空间焊缝自动焊接生产，已成功应用于民
用各型船舶、公务船舶的建造生产过程中，创造了突出的经济效益和社会效益。
项目组提出了基于焊接任务分配的焊接机器人姿态控制的方法，建立了基于虚拟场景狭小空间的多机器人多维度防撞检测机 制和避障规则，确保了复杂结构环境中多机器人安全焊接生产与均衡生产位姿协同控制。为了解决大尺寸复杂平面分段的结构变形大、装配偏差大、焊缝位置偏 差大的技术难题，提出了大尺寸复杂平面分段多区域控制点偏差测量与补偿技术， 建立了大尺寸构件多区域控制点设置规则和多区域自适应补偿方法，打通了基于平面分段三维模型的焊接工艺参数、多机器人焊接程序直接引导生产现场多机器人进行焊接的技术路径。本项目立足于船舶工业国产自主可控 SPD 软件，针对大型船体建造过程中亟需数字化生产的高端装备，开展了大尺寸复杂平面分段多机器人数字化生产装备的数字赋能研究，解决了数据驱动大尺寸复杂平面分段机器人焊接的基础工艺成套关键技术，达到了船舶行业国际领先水平，在国内船舶行业处于领先地位。本项目研究成果已成功应用于世界超级沉隧工程、大型水面船舶建造、公务船的平面分段结构建造过程，取得了显著的经济效益和社会效益，具有良好的应用前景。
研究团队由合国内高端装备研发企业 （DIG）、高端装备研发院所（中船 11 所）、行业软件开发公司（上海东欣软件工程有限公司）、高校（江苏科技大学）的数余名专家组成。
研究团队开展了基于 SPD 船体模型的大尺寸复杂平面分段高端焊接装备数字赋能的成套关键技术研究，实现了三维模型数据驱动船舶平面分段机器人焊接生产，推动了我国船舶工业自主可控软件功能完善，促进了船舶工业软件的自主可控性能提升。
本项目在技术研发、装备研制和推广应用过程中，获得授权发明专利 5 件、
授权实用新型专利 8 件、受理发明专利 20 件、发表论文 3 篇、主编团体标准 1 项、编制企业标准 1 项、制定企业技术秘密 2 项。
项目成果主要在中船黄埔文冲船舶有限公司进行产业化应用，项目实施以来，近 3 年实现本项目研究成果占比产值达 2.36 亿元，利润约 3389 万元，节支约 1552万，为公司带来显著的经济效益。同时相关技术成果也推广应用到北京火箭装备公司建造的航天某火箭发动机喷管，以及武汉曼众精工机械有限公司单位建造的汽车底盘管件等产品，累计新增销售额超 9953.54 万元，新增利润 134.62 万元，机器人智能焊接技术与装备直接销售合同超过 1 亿元。
本项目显著的研究成果，有效地助力了国产自主可控 SPD 软件从设计端到数据驱动装备端的跨越式发展，填补了国防装备数字化焊接生产的多项技术空白，推动了船舶行业的数字化转型进，促进了国产行业软件自主可控、智能装备研发方面的产学研深度融合，保障了国家重要工程产品高质量建造。
本项目以船舶工业国产自主可控软件 SPD 船舶产品设计为平台，开展船舶行业高端制造装备的数字赋能研究，解决了船体三维模型数据驱动多机器人焊接生产的关键共性基础技术，形成了应用于大型船体建造的大量主要技术指标，为该成果的重要转化方向。
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