CN101913076A - 基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法及装置，该方法采用视觉摄像头识别活塞、活塞销和连杆的位置和方位，在计算机中计算出抓取位置，由机械手爪抓取并放置到智能装配台上。在智能装配台的控制下将连杆插入到活塞中；工业机器人将活塞销装入到活塞装配孔中。装置中视觉摄像头识别并定位工作台上放置的活塞、活塞销和连杆；工业机器人的数据端与计算机的数据端连接；视觉摄像头与计算机连接；工业机器人控制机械手爪抓取活塞、活塞销和连杆，并放入到智能装配台中；智能装配台的串行信号线与计算机连接，智能装配台的控制电路板控制连杆夹具将连杆插入到活塞内；工业机器人根据无传感器装配方法将活塞销装配到活塞装配孔中。

Description

基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆装配方法及装置。

背景技术

发动机作为汽车的“心脏”，其制造技术是整车制造技术的集中体现。能否保证发动机具有良好的性能，实现可靠地运转，很大程度上取决于发动机制造过程的最后工序-装配。发动机装配线可在节约成本的前提下，通过合理的工艺规程、正确的操作方法完成产品的组装，以满足生产的需要。柔性化、自动化的生产过程，一方面能够改进产品质量，提高生产效率，另一方面也能够降低工人劳动强度。

工业机器人由于其自动化程度高、灵活性高、安装空间小和可编程控制等优点，已逐步在汽车生产线中获得了应用，例如在车身前后挡板的安装、车灯的安装、汽车电池的安装、座椅的安装，总装线、发动机缸体、缸盖机加工生产线上零件的搬运等工序中，工业机器人都能完成多项作业任务。

基于工业机器人的销-孔装配技术备受关注，美国专利US 7340323公开了一种应用于轴-孔装配的装置和方法，提出了基于力反馈的工业机器人轴孔装配。文献“A modular approach for solving the peg-in-holeproblem with a multifingered gripper”(K.Kleimann，D.M.Bettenhausen and M.Seitz，ICRA，1995：p.758-763)“An AssemblyProcess Modeling and Analysis for Robotic Multiple Peg-in-hole”(Y.Q.Fei and X.F.Zhao，Journal of Intelligent and RoboticSystems，2003(36)：175-189)，“位置、力反馈和视觉融合控制的机器人轴孔装配”(席文明，颜景平，罗祥，制造业自动化，2001(5)：43-47)等都报道了基于工业机器人的轴孔装配技术，但都集中在基于力传感器反馈信息去控制工业机器人末端的运动，将轴逐步插入到孔中的控制方法上。

现有的技术的工业机器人轴孔装配系统中，只实现了将轴装入到固定放置的物体上的圆孔中。然而，发动机活塞、活塞销和连杆装配中，需要将活塞销同时装入到圆形活塞上的圆孔中和连杆的圆孔中。目前，在发动机装配线上，这项工序仍然依靠人工完成。

因而，如何采用工业机器人和气动手爪自动抓取活塞和连杆放置到智能夹具中，将活塞销装入到活塞销和连杆的孔中，能够改进产品质量、提高装配效率、降低成本和劳动强度。

发明内容

为了解决现有发动机活塞、活塞销和连杆装配系统在装配过程中，效率低，装配的均一性不好，劳动强度大的问题，因而本发明的目的提供一种视觉引导下，智能装配台和工业机器人配合完成的，发动机活塞、活塞销和连杆装配方法及装置。

为达成所述目的，本发明的第一方面是提供一种基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆装配装置，该装置包括：工业机器人、视觉摄像头、机械手爪、智能装配台、计算机，其中：在工业机器人的末端上设有视觉摄像头和机械手爪，视觉摄像头识别并定位工作台上放置的活塞、活塞销和连杆；工业机器人的数据端与计算机的数据端连接；视觉摄像头的视频信号线与计算机的图像处理单元连接；工业机器人根据抓取活塞、活塞销和连杆的位置，控制机械手爪自动抓取活塞、活塞销和连杆并放入到智能装配台中；智能装配台的串行通信接口与计算机连接，智能装配台的控制电路板控制连杆夹具将连杆插入到活塞内，并保证连杆前端的孔与活塞孔中心线对准；工业机器人根据无传感器装配方法将活塞销装配到活塞装配孔中。

为达成所述目的，本发明的第二方面是提供一种基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，该方法包括：

步骤Sa：根据抓取标定算法建立视觉摄像头坐标系与工业机器人坐标系之间的转换关系；

步骤Sb：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞抓取位置选择算法，计算出活塞的抓取位置；

步骤Sc：根据活塞的抓取位置控制机械手爪抓取活塞，并将活塞放置到智能装配平台的活塞夹持座中；

步骤Sd：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用连杆抓取位置选择算法，计算出连杆的抓取位置；

步骤Se：根据连杆的抓取位置，在计算机中规划出工业机器人的抓取作业轨迹控制机械手爪抓取连杆，并将连杆放置到智能装配平台的连杆夹持座中；

步骤Sf：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞销抓取位置选择算法，计算出活塞销的抓取位置；

步骤Sg：根据活塞销的抓取位置，控制机械手爪抓取活塞销，并将活塞销抓取到智能平台上方的安全位置；

步骤Sh：视觉摄像头采集智能装配台上的背景图像，在计算机内采用活塞装配孔识别和定位算法，将活塞装配孔从智能装配台上识别出来，并计算出活塞装配孔的位置；

步骤Si：在智能装配台的控制电路板的控制下，连杆夹持座将连杆送入到活塞中；控制电路板根据距离传感器的反馈信息，控制连杆前端的小孔与活塞装配孔对准；

步骤Sj：在计算机中采用无传感器装配算法，将活塞销装入活塞装配孔内。

本发明的有益效果：在视觉引导下，安装在工业机器人末端的视觉摄像头，实现对活塞抓取位置的选择；实现对活塞销抓取位置的选择；实现对连杆抓取位置的选择。工业机器人和智能装配平台实现对活塞、活塞销和连杆的自动装配，提高了装配的效率和产品的均一性。与传统的装配方法相比，具有以下优点：

a).视觉引导下，工业机器人识别活塞、活塞销和连杆，在计算机中计算出抓取位置，与传统的示教方式相比，提高了工业机器人抓取过程的灵活性。

b).智能装配台上，在控制电路板的程序控制下，活塞夹持座将活塞固定住，连杆夹持座将连杆固定并将连杆插入到活塞中。

c).智能装配台与计算机之间通过串行总线交换信息，将智能装配台的状态传送给工业机器人，配合工业机器人将活塞销插入活塞。因而，提高了装配过程的可靠性。

附图说明

图1为基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆的自动化装配装置的构成图；

图2为本发明实施例的智能装配平台的构成图；

图3为本发明实施例的活塞夹持座的剖视图；

图4为本发明实施例的控制电路板的构成图；

图5为本发明实施例的计算机的结构示意图；

图6为本发明实施例的智能装配台将连杆插入活塞的流程图；

图中主要部件说明：

工业机器人1              视觉摄像头2

机械手爪3                智能装配台4

控制电路板41             处理器411

串行通信接口412          电机驱动电路413

传感器信息采集芯片414    与非门4131

第一三极管4132           第二三极管4133

第一继电器4134           第二三极管4135

传感器信息采集芯片414

电机42                   联轴器421

丝杆43                   连杆夹持座44

单向气缸441              连杆夹持座的电磁阀442

连杆夹紧栓443            连杆固定栓444

活塞夹持座45             双向气缸451

活塞夹持座的电磁阀452    活塞夹紧块453

距离传感器46

计算机5                图像处理单元51

抓取控制单元52         无传感器装配控制单元53

数据通信单元54

工作台6                活塞7

活塞销8                连杆9

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施进行详细说明。

如图1所示，基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆自动化装配装置包括工业机器人1、视觉摄像头2、机械手爪3、智能装配台4、计算机5。视觉摄像头2安装在工业机器人1上，用于采集工作台6上放置的活塞7、活塞销8、连杆9的图像。机械手爪3安装在工业机器人1的末端，用于抓取并装配活塞7、活塞销8、连杆9。工业机器人1的数据端与计算机5的数据通信单元54的数据端连接，工业机器人1用于和计算机5之间进行数据交换；视觉摄像头2的视频信号线与计算机5的图像采集处理单元51连接，计算机5用于接收视觉摄像头2输入的图像并对图像进行处理；工业机器人1根据抓取活塞7、活塞销8和连杆9的位置，控制机械手爪3自动抓取活塞7、活塞销8和连杆9并放入到智能装配台4中；智能装配台4的串行通信接口412与计算机5连接，智能装配台4的控制电路板控制连杆夹持座44具将连杆9插入到活塞内，并保证连杆9前端的孔与活塞7孔的中心线对准；工业机器人1根据无传感器装配方法将活塞销8装配到活塞7的装配孔中。计算机5包括图像处理单元51、抓取控制单元52、无传感器装配控制单元53、数据通信单元54。

工业机器人1为Fanuc M3B关节型机器人。

视觉摄像头2为DS-2CZ252P摄像头或是其它型号的摄像头。

图2示出智能装配台的结构示意图，智能装配平台4包括控制电路板41、电机42、丝杆43、连杆夹持座44、活塞夹持座45、距离传感器46；控制电路板41的输出端与电机42的输入端相连，用于控制电机42的正向转动或反向转动；电机42的输出轴通过联轴器421与丝杆43相连；连杆夹持座44固定在丝杆43的丝杆副上，连杆夹持座44与控制电路板41电气连接，用于控制连杆夹持座夹紧或释放连杆；距离传感器46安装在连杆夹持座44的前端，用于检测连杆夹持座44与活塞夹持座45之间的距离；控制电路板41与活塞夹持座45电气连接，用于控制连杆夹持座夹紧或释放活塞；距离传感器46的输出端与控制电路板41的输入端相连，用于输入活塞夹持座和连杆夹持座之间的距离；活塞夹持座45固定在智能装配台4上。

智能装配台将连杆插入活塞内的步骤如下：

步骤h1：计算机5通过串行通信接口412，向智能装配台4的控制电路板41发送夹持连杆9的命令，控制电路板41控制活塞夹持座的电磁阀452动作，使单向气缸441的杆伸出，带动活塞夹持座45的固定栓夹紧连杆9；

步骤h2：计算机5通过串行通信接口412，向智能装配平台4的控制电路板41发送夹持活塞7的命令，控制电路板41控制活塞夹持座的电磁阀452动作，使双向气缸451的杆伸出，活塞夹持座45的固定栓夹紧活塞7；

步骤h3：计算机5通过串行通信接口412，向智能装配平台4的控制电路板41发送插入连杆7的命令，控制电机42正向转动，带动丝杆43直线运动，使连杆夹持座44向前移动；

步骤h4：距离传感器46检测连杆夹持座44与活塞夹持座45之间的距离，并将距离信号反馈到控制电路板41中：如果检测到的距离等于设定值，则电机42停止转动，控制电路板41通过串行通信接口412，向计算机5发送连杆9已经插入活塞7的指令；如果检测到的距离大于设定值，则电机42继续正转，使连杆夹持座44向前移动；如果检测到的距离小于设定值，则电机42反转，使连杆夹持座44向后移动。

连杆夹持座44包括单向气缸441，连杆夹持座的电磁阀442，夹紧栓443，固定栓444；夹紧栓443与单向气缸441的驱动杆连接，用于夹紧连杆；连杆夹持座的电磁阀442电气连接与单向气缸441和控制电路板41，控制电路板41驱动连杆夹持座的电磁阀442，连杆夹持座的电磁阀442控制单向气缸441的驱动杆的伸出。

如图2示出的活塞夹具45包括双向气缸451、活塞夹持座的电磁阀452、活塞夹紧块453，及图3示出为本发明实施例的活塞夹具45的剖视图，活塞夹具45底座为弧形，用于放置活塞；活塞夹紧块453的下部为弧形，活塞夹持座的电磁阀452与控制电路板41连接，双向气缸451的气管和控制电路板41分别与活塞夹持座的电磁阀452相连，控制电路板41驱动活塞夹持座的电磁阀452；活塞夹持座的电磁阀452在驱动双向气缸451的驱动杆与夹紧块453连接在一起；当双向气缸451动作使活塞夹紧块453向内运动，从而夹紧活塞。

如图4示出为本发明实施例的智能装配台的控制电路板的结构示意图，图中的控制电路板包括处理器411、串行通信接口412、电机驱动电路413、传感器信息采集芯片414，其中处理器411的型号为AT89C52或其它微处理器；串行通信接口412的型号为MAX232或其它串行通信芯片，负责与计算机5之间通信，处理器411连接串行通信接口412和传感器信息采集电路414，处理器411中存储有控制程序，用于向串行通信接口412发送通信信号，用于向电机驱动电路413发送电机42正转、反转和停止的控制信号；串行通信接口412接收处理器411的连杆夹持座和活塞夹持座的距离信号，并输出电机转动指令给处理器411。传感器信息采集芯片414生成并输出连杆夹持座44与活塞夹持座45之间的距离信号；传感器信息采集芯片414的型号可以是MAX168或其它模拟量转换为数字量的芯片，传感器信息采集芯片414用于采集并处理距离传感器输入的AD调理信号，处理器411内存储并运行电机控制程序、计算机通信的程序和采集并处理距离传感器信号的程序；处理器411接收串行通信接口412的电机转动指令、接收传感器信息采集芯片414输出的连杆夹持座44与活塞夹持座45之间的距离信号，处理器411的控制管脚、前进管脚和后退管脚输出高电平信号；电机驱动电路413包括与非门4131、第一三极管4132和第二三极管4133，第一继电器4134和第二继电器4135，与非门4131的三个输入端与处理器411(AT89C52)的控制管脚、前进管脚和后退管脚连接，当控制管脚和前进管脚输出高电平时，第一三极管4132和第一继电器4134导通，电机42正转，连杆夹持座44向前运动；当控制管脚和后退管脚输出高电平时，第二三极管4133和第二继电器4135导通，电机42反转，连杆夹持座44向后运动。

如图5示出为本发明实施例的计算机的结构示意图，计算机5包括图像处理单元51、抓取控制单元52、无传感器装配控制单元53和数据通信单元54，其中：图像处理单元51与视觉摄像头2相连接，用于接收视觉摄像头2输入的图像，抓取控制单元52与图像处理单元51相连，用于执行活塞抓取位置选择算法、连杆抓取位置选择算法、活塞销抓取位置选择算法；无传感器装配控制单元53中存储并执行无传感器装配算法，输出工业机器人装配操作的目标位置；数据通信单元54与抓取控制单元52相连，用于向工业机器人输出活塞抓取点位置、连杆抓取点位置、活塞销的抓取点位置；数据通信单元54与无传感器装配控制单元53相连，用于向工业机器人输出活塞销的位姿。

如图6示出为本发明实施例一种使用基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆装配装置的基于工业机器人的发动机活塞、活塞销和连杆的自动化装配方法的流程图，该装配方法包括如下步骤：

步骤Sa：根据抓取标定算法建立视觉摄像头坐标系与工业机器人坐标系之间的转换关系；在进行发动机活塞7、活塞销8和连杆9自动化装配任务前，根据工作台6的位置和视觉摄像头2视野范围设定工业机器人1的初始作业位置。

步骤Sb：在进行活塞、活塞销和连杆自动化装配任务时，视觉摄像头2采集工作台6上的背景图像，在计算机5内采用活塞抓取位置选择算法，将活塞7从工作台6上识别出来，并计算出活塞7的抓取位置；

步骤Sc：根据活塞7的抓取位置控制机械手爪3抓取活塞7，并将活塞7放置到智能装配平台4的活塞夹持座45中。

步骤Sd：视觉摄像头2采集工作台6上的背景图像，在计算机5内采用连杆抓取位置选择算法，将连杆9从工作台6上识别出来，并计算出连杆9的抓取位置；

步骤Se：根据连杆9的抓取位置，在计算机5中规划出工业机器人1的抓取作业轨迹，控制机械手爪3抓取连杆9，并将连杆9放置到智能装配平台4的连杆夹持座44中。

步骤Sf：视觉摄像头2采集工作台6上的背景图像，在计算机5内采用活塞销抓取位置选择算法，将活塞销8从工作台6上识别出来，并计算出活塞销8的抓取位置；

步骤Sg：根据活塞销8的抓取位置，控制机械手爪3抓取活塞销8，并将活塞销8抓取到智能平台4上方的安全位置。

步骤Sh：视觉摄像头2采集智能装配台4上的背景图像，在计算机5内采用活塞装配孔识别和定位算法，将活塞7的装配孔从智能装配台4上识别出来，并计算出活塞7的装配孔的位置。

步骤Si：在智能装配台4的控制电路板41的控制下，连杆夹持座44将连杆9送入到活塞7中。控制电路板41根据距离传感器46的反馈信息，控制连杆9前端的小孔与活塞7的装配孔对准。

步骤Sj：在计算机5中采用无传感器装配算法，将活塞销8装入活塞7的装配孔内。

抓取标定算法的步骤如下：

步骤b1：将活塞7放置在一个固定高度的平台上并活塞7移动不同的位置，视觉摄像头2采集不同位置的活塞图像，在计算机5中利用椭圆提取算法提取不同位置的活塞轮廓并计算不同位置的活塞中心在视觉摄像头2坐标系下的坐标Cn，n≥1为活塞7移动不同的位置的次数；

步骤b2：操作工业机器人1运动，使工业机器人1的机械手爪3插入到不同位置的活塞7内，并使每个位置的活塞中心线和机械手爪3的中心线基本重合，机械手爪3前端接触活塞底部，计算机从工业机器人数据端读取并记录不同位置活塞时工业机器人1的位姿Pn；

步骤b3：根据活塞中心在视觉摄像头2的坐标系下的坐标C1、C2、C3、C4和Cn对应的工业机器人1的位姿P1、P2、P3、P4和Pn，利用三次曲线拟合方法拟合出视觉摄像头2的坐标系与工业机器人1坐标系之间的变换关系。

活塞抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤c1：活塞抓取位置选择算法的灰度图转换模块在计算机5内将视觉摄像头2的数据端输入的含有背景的活塞图像转换为含有背景的活塞灰度图；

步骤c2：活塞抓取位置选择算法的图像分割模块将含有背景的活塞灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为含有活塞灰度图像的区域；

步骤c3：活塞抓取位置选择算法的活塞图像匹配模块将在计算机5内预先存储有活塞的灰度图，与含有活塞灰度图像的区域进行比较，找到活塞灰度图，并计算出活塞7的中心和活塞内孔直线边缘的方向；

步骤c4：计算出活塞内与活塞内孔直线边缘平行的直径的两个端点的位置，也就是活塞7的抓取位置。

活塞销抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤d1：活塞销抓取位置选择算法的灰度图转换模块在计算机5内将视觉摄像头数据端输入的含有背景的活塞销图像，转换为含有背景的活塞销灰度图；

步骤d2：活塞销抓取位置选择算法的图像分割模块将包含背景的活塞销灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有活塞销灰度图像的区域；

步骤d3：活塞销抓取位置选择算法的活塞销图像匹配模块将在计算机5内预先存储有活塞销的灰度图与含有活塞销灰度图像的区域进行比较，找到活塞销灰度图，并计算出活塞销的中心的位置；

步骤d4：计算出通过活塞销中心的直径的两个端点的位置，也就是活塞销的抓取位置。

连杆抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤e1：连杆抓取位置选择算法的灰度图转换模块，在计算机5内将视觉摄像头数据端输入的包含背景的连杆图像，转换为包含背景的连杆灰度图；

步骤e2：连杆抓取位置选择算法的图像分割模块，将包含背景的连杆灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有连杆灰度图像的区域；

步骤e3：连杆抓取位置选择算法的连杆图像匹配模块将在计算机5内预先存储有连杆的灰度图与含有连杆灰度图像的区域进行比较，找到连杆灰度图；

步骤e4：在连杆灰度图上计算出连杆后端圆孔的中心位置、前端圆孔的中心位置、以及连接两个中心的直线的方向，则连杆后端与连接两个中心直线平行的直径的两个端点为连杆的抓取位置。

利用活塞装配孔识别和定位算法识别和计算出活塞装配孔位置的步骤如下：

步骤f1：活塞装配孔识别和定位算法的灰度图转换模块，在计算机5内将视觉摄像头输入的包含背景的活塞孔图像转换为包含背景的活塞孔灰度图；

步骤f2：活塞装配孔识别和定位算法的图像分割模块，将包含背景的活塞装配孔的灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有活塞孔灰度图像的区域；

步骤f3：活塞装配孔识别和定位算法的活塞装配孔图像匹配模块将在计算机内预先存储有活塞装配孔的灰度图与含有活塞装配孔灰度图像的区域进行比较，找到活塞装配孔灰度图；

步骤f4：活塞装配孔识别和定位算法的活塞装配孔计算模块在活塞孔灰度图上，计算出活塞孔的中心的位置。

所述无传感器装配算法的步骤如下：

步骤g1：在计算机5中计算出活塞销8在三维状态空间(T(x，y，z)，R(θ_x，θ_y)，d)的可行域；其中，T(x，y，z)，R(θ_x，θ_y)是活塞销8在活塞7的装配孔坐标系x、y、z下的位置T和姿态R，θ_x，θ_y是活塞销8的中心线与活塞7的装配孔坐标系x轴、y轴的夹角，d是活塞销8的底面中心点到活塞7的装配孔中心点的距离，活塞7的装配孔坐标系的z轴方向向上；

步骤g2：计算d对T(x，y，z)的偏导数

表示的隐函数T＝T(R)；计算出隐函数T(R)的可行域；

步骤g3：工业机器人1将活塞销8抓取到一个固定的位姿R₀(θ_x，θ_y)，工业机器人1将活塞销8沿x、y和z方向移动，使活塞销8到达可行域T(R₀)的最低点，这个最低点对应着活塞销8在固定位姿R₀(θ_x，θ_y)下的一个唯一状态；

步骤g4：工业机器人1调节活塞销8的位姿到R₁(θ_x，θ_y)，并再将活塞销8沿x，y和z方向移动，使活塞销8到达可行域T(R₁)的最低点，这个最低点对应着活塞销8在固定位姿R₁(θ_x，θ_y)下的一个唯一状态；

步骤g5：使活塞销8的位姿R(θ_x，θ_y)的夹角逐步与活塞7的装配孔的坐标轴的z轴重合重复步骤g4，直到把活塞销8插入活塞7的孔内为止。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的权利要求书的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置，其特征在于，包括工业机器人(1)、视觉摄像头(2)、机械手爪(3)、智能装配台(4)、计算机(5)，其中：在工业机器人(1)的末端上设有视觉摄像头(2)和机械手爪(3)，视觉摄像头(2)识别并定位工作台上放置的活塞、活塞销和连杆；工业机器人(1)的数据端与计算机(5)的数据端连接；视觉摄像头(2)的视频信号线与计算机(5)的图像处理单元连接；工业机器人(1)根据抓取活塞、活塞销和连杆的位置，控制机械手爪(3)自动抓取活塞、活塞销和连杆并放入到智能装配台(4)中；智能装配台(4)的串行通信接口与计算机(5)连接，智能装配台(4)的控制电路板控制连杆夹具将连杆插入到活塞内，并保证连杆前端的孔与活塞孔中心线对准；工业机器人(1)根据无传感器装配方法将活塞销装配到活塞装配孔中。

2.根据权利要求1所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置，其特征在于，智能装配平台(4)包括：控制电路板(41)、电机(42)，丝杆(43)、连杆夹持座(44)、活塞夹持座(45)和距离传感器(46)，控制电路板(41)的输出端与电机(42)的输入端相连，用于控制电机(42)的正向转动或反向转动，电机(42)的输出轴通过联轴器与丝杆(43)相连，连杆夹持座(44)固定在丝杆(43)的丝杆副上，控制电路板(41)与连杆夹持座(44)电气连接，用于控制连杆夹持座夹紧或释放连杆；距离传感器(46)安装在连杆夹持座(44)的前端，用于检测连杆夹持座(44)与活塞夹持座(45)之间的距离；控制电路板(41)与活塞夹持座(45)电气连接，用于控制连杆夹持座夹紧或释放活塞；距离传感器(46)的输出端与控制电路板(41)的输入端相连，用于输入活塞夹持座和连杆夹持座之间的距离；活塞夹持座(45)固定在智能装配台上。

3.根据权利要求1所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置，其特征在于，智能装配台将连杆插入活塞内的步骤如下：

步骤h1：计算机通过串行通信接口，向智能装配台的控制电路板发送夹持连杆命令，控制电路板控制活塞夹持座的电磁阀动作，使单向气缸的杆伸出，带动活塞夹持座的固定栓夹紧连杆；

步骤h2：计算机通过串行通信接口，向智能装配平台的控制电路板发送夹持活塞命令，控制电路板控制活塞夹持座的电磁阀动作，使双向气缸的杆伸出，活塞夹持座的固定栓夹紧活塞；

步骤h3：计算机通过串行通信接口，向智能装配平台的控制电路板发送插入连杆的命令，控制电机正向转动，带动丝杆直线运动，使连杆夹持座向前移动；

步骤h4：距离传感器检测连杆夹持座与活塞夹持座之间的距离，并将距离信号反馈到控制电路板中：如果检测到的距离等于设定值，则电机停止转动，控制电路板通过串行通信接口，向计算机发送连杆已经插入活塞的指令；如果检测到的距离大于设定值，则电机继续正转，使连杆夹持座向前移动；如果检测到的距离小于设定值，则电机反转，使连杆夹持座向后移动。

4.根据权利要求2所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置，其特征在于，控制电路板(41)包括处理器(411)，串行通信接口(412)，电机驱动电路(413)及传感器信息采集电路(414)，其中处理器(411)连接串行通信接口(412)和传感器信息采集电路(414)，处理器(411)内存储并运行电机控制程序、计算机通信的程序和采集并处理距离传感器信号的程序；串行通信接口(412)接收处理器(411)的连杆夹持座和活塞夹持座的距离信号，并输出电机转动指令给处理器(411)；传感器信息采集芯片(414)生成并输出连杆夹持座(44)与活塞夹持座(45)之间的距离信号；传感器信息采集芯片(414)用于采集并处理距离传感器输入的AD调理信号，处理器(411)内存储并运行电机控制程序、计算机通信的程序和采集并处理距离传感器信号的程序；处理器(411)接收串行通信接口(412)的电机转动指令、接收传感器信息采集芯片(414)输出的连杆夹持座(44)与活塞夹持座(45)之间的距离信号，处理器(411)的控制管脚、前进管脚和后退管脚输出高电平信号。

5.根据权利要求1所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置，其特征在于，所述计算机包括图像处理单元(51)、抓取控制单元(52)、无传感器装配控制单元(53)和数据通信单元(54)，其中：图像处理单元(51)与视觉摄像头(2)相连接，用于接收视觉摄像头(2)输入的图像；抓取控制单元(52)与图像处理单元(51)相连，用于执行活塞抓取位置选择算法、连杆抓取位置选择算法、活塞销抓取位置选择算法；无传感器装配控制单元(53)中存储并执行无传感器装配算法，输出工业机器人装配操作的目标位置；数据通信单元(54)与抓取控制单元(52)相连，用于向工业机器人输出活塞抓取点位置、连杆抓取点位置、活塞销的抓取点位置；数据通信单元(54)与无传感器装配控制单元(53)相连，用于向工业机器人输出活塞销的位姿。

6.一种使用权利要求1所述基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配装置的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，该装配方法包括如下步骤：

步骤Sa：根据抓取标定算法建立视觉摄像头坐标系与工业机器人坐标系之间的转换关系；

步骤Sb：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞抓取位置选择算法，计算出活塞的抓取位置；

步骤Sc：根据活塞的抓取位置控制机械手爪抓取活塞，并将活塞放置到智能装配平台的活塞夹持座中；

步骤Sd：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用连杆抓取位置选择算法，计算出连杆的抓取位置；

步骤Se：根据连杆的抓取位置，在计算机中规划出工业机器人的抓取作业轨迹控制机械手爪抓取连杆，并将连杆放置到智能装配平台的连杆夹持座中；

步骤Sf：视觉摄像头采集工作台上的背景图像，在计算机内采用活塞销抓取位置选择算法，计算出活塞销的抓取位置；

步骤Sg：根据活塞销的抓取位置，控制机械手爪抓取活塞销，并将活塞销抓取到智能平台上方的安全位置；

步骤Sh：视觉摄像头采集智能装配台上的背景图像，在计算机内采用活塞装配孔识别和定位算法，将活塞装配孔从智能装配台上识别出来，并计算出活塞装配孔的位置；

步骤Si：在智能装配台的控制电路板的控制下，连杆夹持座将连杆送入到活塞中；控制电路板根据距离传感器的反馈信息，控制连杆前端的小孔与活塞装配孔对准；

步骤Sj：在计算机中采用无传感器装配算法，将活塞销装入活塞装配孔内。

7.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，利用抓取标定算法确定坐标系转换关系的步骤如下：

步骤b1：将活塞放置在一个固定高度的平台上并活塞移动不同的位置，视觉摄像头采集不同位置的活塞图像，在计算机中利用椭圆提取算法提取不同位置的活塞轮廓并计算不同位置的活塞中心在视觉摄像头坐标系下的坐标Cn n≥1为活塞移动不同的位置的次数；

步骤b2：操作工业机器人运动，使工业机器人的机械手爪插入到不同位置的活塞内，并使每个位置的活塞中心线和机械手爪3的中心线基本重合，机械手爪3前端接触活塞底部，计算机从工业机器人数据端读取并记录不同位置活塞时工业机器人的位姿Pn，n≥1为活塞移动不同的位置的次数；

步骤b3：根据活塞中心在视觉摄像头坐标系下的坐标C1、C2、C3、C4和Cn对应的工业机器人的位姿P1、P2、P3、P4和Pn，利用三次曲线拟合方法拟合出视觉摄像头坐标系与工业机器人坐标系之间的变换关系。

8.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，活塞抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤c1：活塞抓取位置选择算法的灰度图转换模块在计算机内将视觉摄像头数据端输入的含有背景的活塞图像转换为含有背景的活塞灰度图；

步骤c2：活塞抓取位置选择算法的图像分割模块将含有背景的活塞灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为含有活塞灰度图像的区域；

步骤c3：活塞抓取位置选择算法的活塞图像匹配模块将在计算机内预先存储有活塞的灰度图，与含有活塞灰度图像的区域进行比较，找到活塞灰度图，并计算出活塞的中心和活塞内孔直线边缘的方向；

步骤c4：计算出活塞内与活塞内孔直线边缘平行的直径的两个端点的位置，也就是活塞的抓取位置。

9.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，活塞销抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤d1：活塞销抓取位置选择算法的灰度图转换模块在计算机内将视觉摄像头数据端输入的含有背景的活塞销图像，转换为含有背景的活塞销灰度图；

步骤d2：活塞销抓取位置选择算法的图像分割模块将包含背景的活塞销灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有活塞销灰度图像的区域；

步骤d3：活塞销抓取位置选择算法的活塞销图像匹配模块将在计算机内预先存储有活塞销的灰度图与含有活塞销灰度图像的区域进行比较，找到活塞销灰度图，并计算出活塞销的中心的位置；

步骤d4：计算出通过活塞销中心的直径的两个端点的位置，也就是活塞销的抓取位置。

10.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，连杆抓取位置选择算法的计算步骤如下：

步骤e1：连杆抓取位置选择算法的灰度图转换模块，在计算机内将视觉摄像头数据端输入的包含背景的连杆图像，转换为包含背景的连杆灰度图；

步骤e2：连杆抓取位置选择算法的图像分割模块，将包含背景的连杆灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有连杆灰度图像的区域；

步骤e3：连杆抓取位置选择算法的连杆图像匹配模块将在计算机内预先存储有连杆的灰度图与含有连杆灰度图像的区域进行比较，找到连杆灰度图；

步骤e4：在连杆灰度图上计算出连杆后端圆孔的中心位置、前端圆孔的中心位置、以及连接两个中心的直线的方向，则连杆后端与连接两个中心直线平行的直径的两个端点为连杆的抓取位置。

11.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，利用活塞装配孔识别和定位算法识别和计算出活塞装配孔位置的步骤如下：

步骤f1：活塞装配孔识别和定位算法的灰度图转换模块，在计算机内将视觉摄像头输入的包含背景的活塞孔图像转换为包含背景的活塞孔灰度图；

步骤f2：活塞装配孔识别和定位算法的图像分割模块，将包含背景的活塞装配孔的灰度图像划分为几个区域，其中一个区域为包含有活塞孔灰度图像的区域；

步骤f3：活塞装配孔识别和定位算法的活塞装配孔图像匹配模块将在计算机内预先存储有活塞装配孔的灰度图与含有活塞装配孔灰度图像的区域进行比较，找到活塞装配孔灰度图；

步骤f4：活塞装配孔识别和定位算法的活塞装配孔计算模块在活塞孔灰度图上，计算出活塞孔的中心的位置。

12.根据权利要求6所述的基于工业机器人的活塞、活塞销和连杆装配方法，其特征在于，所述无传感器装配算法的步骤如下：

步骤g1：在计算机中计算出活塞销在三维状态空间(T(x，y，z)，R(θ_x，θ_y)，d)的可行域；其中，T(x，y，z)，R(θ_x，θ_y)是活塞销在活塞装配孔坐标系x、y、z下的位置T和姿态R，θ_x，θ_y是活塞销的中心线与活塞装配孔坐标系x轴、y轴的夹角，d是活塞销底面中心点到活塞装配孔中心点的距离，活塞装配孔坐标系的z轴方向向上；

步骤g2：计算d对T(x，y，z)的偏导数表示的隐函数T＝T(R)；计算出隐函数T(R)的可行域；

步骤g3：工业机器人将活塞销抓取到一个固定的位姿R₀(θ_x，θ_y)，工业机器人将活塞销沿x、y和z方向移动，使活塞销到达可行域T(R₀)的最低点，这个最低点对应着活塞销在固定位姿R₀(θ_x，θ_y)下的一个唯一状态；

步骤g4：工业机器人调节活塞销的位姿到R₁(θ_x，θ_y)，并再将活塞销沿x，y和z方向移动，使活塞销到达可行域T(R₁)的最低点，这个最低点对应着活塞销在固定位姿R₁(θ_x，θ_y)下的一个唯一状态；

步骤g5：使活塞销的位姿R(θ_x，θ_y)的夹角逐步与活塞装配孔的坐标轴的z轴重合重复步骤g4，直到把活塞销插入活塞孔内为止。

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