传统液化天然气的加注操作都由人手完成,具有一定的危险性。在人力成本越来越高和工业自动化高速发展的背景下,产业中机器换人的趋势愈发地明显,这也是本课题启动的重要原因。根据车辆液化天然气加注的特点,基于六自由度工业机器人,开发了一套包含柔性自动夹具、传感引导系统、人机交互界面等的液化天然气自动加注系统。具体工作可概括为以下部分:1.针对车辆液化天然气加注的特点,基于六自由度工业机器人,设计了一套适合车辆液化天然气加注的自动加注流程,提出系统设计要求,为后续子系统设计提供原始依据。2.根据标准手动式加液枪和回气枪,分析其对接动作、锁紧方式以及锁紧驱动力,设计对应的自动夹具。加液枪本体重量达6KG,测试得出需要锁紧驱动力在1000N以上。通过合理使用材料、轻量化设计、有限元分析等手段,设计出一套气压驱动的自动夹具。在包含被动柔性设计和自动工具交换装置的前提下,加液枪及其夹具整体重量控制在15KG以下,满足机器人运行要求。针对回气枪对接动作设计出一个整体旋转结构,以适应回气枪与回气口的对接。经验证该结构能完成回气枪自动对接。3.为适应车辆停泊位置不确定,需要大范围检测定位的要求,设计一套基于Eye-in-Hand机器视觉的复合视觉引导系统,通过视觉相机、超声波传感器、直线位移传感器相互结合,实现全自动加液口、回气口探测和定位。通过超声波传感器、位移传感器、视觉相机的组合使用,设计一套粗精两级定位测量逻辑,在大范围预定位、精确定位、时间控制三方面取得良好平衡,达到应用级别。复合视觉引导系统与柔性夹具组成一个基于视觉引导的主动柔性装配系统。4.基于C#语言,开发了一套能提供机器人控制、监控和人机交互功能的软件,实现了加注流程的控制与监控。5.根据上述设计,搭建自动加注系统样机,进行传感系统性能测试和样机实际对接测试。实测可得,超声波传感器测量误差低于5.5mm,直线位移传感器测量误差低于0.02mm,视觉相机二维定位误差低于0.4mm,整个自动加注系统整体对接误差低于0.6mm,对接试验成功进行。试验验证了自动夹具的可靠性、引导系统的实用性以及系统加注逻辑的合理性。