CN102267274A - 微米精度三层平面工件对位机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微米精度三层平面工件对位机器人，包括计算机控制系统、机器人本体以及气动系统。本发明采用四个位置可移动的黑白影像传感器，对平面工件四角特定的标记进行图像采集，将数据输入工业微机进行图像识别、比对、判定、计算、优化后针对具有四个自由度的执行电机分别给出位移数据。真空吸附平面工件的上吸盘可做垂直方向移动，真空吸附平面工件的下吸盘能够进行前后、左右与水平旋转三个方向的移动。本发明独创的分区气盘可适应不同大小的工件，配合可移动CCD摄像机构大大降低了工件尺寸的限制；上下气盘由计算机控制进行吹吸动作，可对定位后的工件进行压合固定；单机可进行多平面定位处理；四CCD摄像处理可大大提高对位精度。

Description

微米精度三层平面工件对位机器人系统

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地，涉及一种微米精度三层平面工件对位机器人系统。

背景技术

随着工业领域自动化生产的进行，机器视觉以机器代替人眼的作用，被广泛用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。机器视觉系统为非接触测量，对被观测者都不会产生任何损伤。从而提高系统的可靠性。机器视觉系统具有较宽的光谱响应范围，例如使用红外测量，扩展了视觉范围。机器视觉系统能够长时间稳定工作，人眼长时间观察对象会产生疲劳，而机器视觉则能够长时间稳定地作测量、分析和识别任务。

目前的高精度对位装置主要有以下缺点：对工件尺寸要求高，只能适应有限的工件，而且只能实现两平面的定位；要实现三平面或者更多的工件需要多台机器联合操作；只能实现单一对位功能，对位后无法将工件固定，需要其他辅助设备对工件进行处理；CCD摄像机构数目少，只能进行单边对位；当工件发生胀缩时无法保证对位精度。如中国专利文献液晶面板胶带的对位贴附机（其公开号为CN101776817A，公开日为2010.07.14）。本发明针对这些不足进行了以下改进：独创的分区气盘可适应不同大小的工件，配合可移动CCD摄像机构大大降低了工件尺寸的限制；上下气盘由计算机控制可进行吹吸动作，可对定位后的工件进行压合固定；单机可进行多平面定位处理；四CCD摄像处理可大大提高对位精度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种微米精度三层平面工件对位机器人系统，该系统具有四个CCD摄像机构同时定位，大大提高了定位的精确度，在工件膨胀的情况下，精度仍能够达到20微米，同时四个CCD摄像机构能够在滑轨上自由移动，适应不同的工件。

根据本发明的一个方面，提供一种微米精度三层平面工件对位机器人，包括计算机控制系统、机器人本体以及气动系统，所述计算机控制系统与所述机器人本体以及所述气动系统连接，其中，

所述计算机控制系统包括工控机、图像处理模块、步进电机驱动模块、可编程控制器、可调电源以及执行电路，所述工控机与所述可编程控制器、步进电机驱动模块、以及图像处理模块连接，所述可编程控制器与所述执行电路、以及可调电源连接；

所述机器人本体包括主躯干体悬臂钢质支架、大理石基座、X轴位移台、Y轴位移台、水平旋转台、下气盘、Z轴位移台、上气盘、滑动导轨、摄像机支架、左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机、下气盘工件预定位孔、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、水平旋转电机，其中，所述主躯干体悬臂钢质支架与所述Z轴位移台连接，所述上气盘设置于所述Z轴位移台的下方且与所述Z轴位移台固定连接，所述上气盘的四个角分别与所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机连接，所述下气盘、水平旋转台、Y轴位移台、X轴位移台以及大理石基座依次由上至下固定连接，所述X轴电机位于所述X轴位移台上，所述Y轴电机位于所述Y轴位移台上，所述Z轴电机位于所述Z轴位移台上，所述水平旋转电机位于所述水平旋转台上；

所述气动系统包括上气盘气动装置、下气盘气动装置、以及高压气泵，其中，所述上气盘气动装置包括与所述可编程逻辑控制器连接的上气盘真空泵、上气盘内区吹气阀、上气盘内区抽吸阀、上气盘外区吹气阀、以及上气盘外区抽吸阀，所述上气盘真空气泵的两端分别与所述上气盘内区抽吸阀的一端和所述上气盘外区抽吸阀的一端连接，所述高压气泵的两端分别与所述上气盘内区吹气阀的一端以及所述上气盘外区吹气阀的一端连接，所述上气盘内区抽吸阀的另一端以及所述上气盘内区吹气阀的另一端均与所述上气盘内气区气孔连接，所述上气盘外区抽吸阀的另一端以及所述上气盘外区吹气阀的另一端均与所述上气盘外气区气孔连接；所述下气盘气动装置包括与所述可编程控制器连接的下气盘真空泵、下气盘内区吹气阀、下气盘内区抽吸阀、下气盘外区吹气阀、以及下气盘外区抽吸阀，所述下气盘真空气泵的两端分别与所述下气盘内区抽吸阀的一端和所述下气盘外区抽吸阀的一端连接，所述高压气泵的两端分别与所述下气盘内区吹气阀的一端和所述下气盘外区吹气阀的一端连接，所述下气盘内区抽吸阀的另一端和所述下气盘内区吹气阀的另一端均与所述下气盘内气区气孔连接，所述下气盘外区抽吸阀的另一端和所述下气盘外区吹气阀的另一端均与所述下气盘外气区气孔连接。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：悬臂固定座、X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、水平旋转机构、四个CCD摄像机构、上气盘组件、下气盘组件、计算机控制系统和气动系统，其中：悬臂固定座与Z轴移动机构连接，上气盘组件设置于Z轴移动机构的下方且与Z轴移动机构固定连接，上气盘组件的四个角分别与四个CCD摄像机构连接，下气盘组件、水平旋转机构、Y轴移动机构、X轴移动机构和悬臂固定座依次由上至下固定连接，计算机控制系统分别与X轴移动机构、Y轴移动机构、Z轴移动机构、水平旋转机构和CCD摄像机构连接，气动系统分别与上气盘组件和下气盘组件连接。所述的悬臂固定座包括：悬臂支架和基座，其中：基座分别与悬臂支架和X轴移动机构固定连接，悬臂支架与Z轴移动机构固定连接。

所述的Z轴移动机构包括：Z轴位移台和Z轴电机，其中：Z轴位移台分别与Z轴电机、悬臂固定座和上气盘组件连接。

所述的上气盘组件包括：上气盘固定板、吸附板，其中：上气盘固定板分别与四个CCD摄像机构、吸附板和Z轴移动机构固定连接。

所述的上气盘固定板的边框上设有外气区气孔、内气区气孔。该上气盘固定板内部设有互相间隔的外气区和内气区，外气区气孔和内气区气孔分别与外气区和内气区连通。

所述的下气盘组件包括：吸附板、下气盘固定板、四个灯光窗口、LED灯板和两个工件预定位栓，其中：下气盘固定板分别与LED灯板、吸附板和水平旋转机构固定连接，四个灯光窗口分别设置于下气盘固定板的四个角上，两个工件预定位栓分别嵌入于下气盘固定板。

所述的下气盘固定板的边框上设有外气区气孔和内气区气孔，该下气盘固定板内部设有互相间隔的外气区和内气区，外气区气孔和内气区气孔分别与外气区和内气区连通，该下气盘固定板的边缘设有两个预定位孔，两个预定位孔分别嵌入两个工件预定位栓。

所述的吸附板的中央设有孔稀疏区，该吸附板的四周对称分布四个孔密集区。

所述的孔密集区气孔的间距分别小于孔稀疏区气孔的间距。

所述的孔稀疏区与孔密集区所有的气孔都必须与相应的气道对准。

所述的工件预定位栓包括：内套、外套、限制线绳和弹簧，其中：弹簧分别与内套和外套连接，外套的外壁嵌入于对应的吸附板内，内套的外壁与外套的内壁面接触且内套能够沿外套的内壁活动，限制线绳用来限制弹簧的弹出高度。

所述的CCD摄像机构包括: 滑动导轨、摄像支架和摄像机，其中：滑动导轨固定于上气盘组件上且滑动导轨延伸至上气盘组件的外侧，摄像支架与滑动导轨活动连接，摄像机固定于摄像支架上。

所述的滑动导轨的两根轨道相互平行且镜像对称分布，该对称中心线与上气盘的对角线重合，该滑动导轨的两端设有锁紧机构。

所述的X轴移动机构包括：X轴位移台和X轴电机，其中：X轴位移台分别与悬臂固定座、Y轴移动机构和X轴电机连接。

所述的Y轴移动机构包括：Y轴位移台和Y轴电机，其中：Y轴位移台分别与X轴移动机构、水平旋转机构和Y轴电机连接。

所述的水平旋转机构包括：水平旋转台和水平旋转电机，其中：水平旋转台分别与Y轴移动机构、下气盘组件和水平旋转电机连接。

所述的气动系统包括：上气盘气动装置、下气盘气动装置和高压气泵，其中： 

所述的上气盘气动装置包括：上气盘真空泵、上气盘内区吹气阀、上气盘内区抽吸阀、上气盘外区吹气阀和上气盘外区抽吸阀，它们均与计算机控制系统中的可编程逻辑控制器连接，上气盘真空气泵的两端分别与上气盘内区抽吸阀的一端和上气盘外区抽吸阀的一端连接，高压气泵的两端分别与上气盘内区吹气阀的一端和上气盘外区吹气阀的一端连接，上气盘内区抽吸阀的另一端和上气盘内区吹气阀的另一端均与上气盘内气区气孔连接，上气盘外区抽吸阀的另一端和上气盘外区吹气阀的另一端均与上气盘外气区气孔连接。

所述的下气盘气动装置包括：下气盘真空泵、下气盘内区吹气阀、下气盘内区抽吸阀、下气盘外区吹气阀和下气盘外区抽吸阀，它们均与计算机控制系统中的可编程逻辑控制器连接，下气盘真空气泵的两端分别与下气盘内区抽吸阀的一端和下气盘外区抽吸阀的一端连接，高压气泵的两端分别与下气盘内区吹气阀的一端和下气盘外区吹气阀的一端连接，下气盘内区抽吸阀的另一端和下气盘内区吹气阀的另一端均与下气盘内气区气孔连接，下气盘外区抽吸阀的另一端和下气盘外区吹气阀的另一端均与下气盘外气区气孔连接。

所述的计算机控制系统包括工控机、图像处理模块、步进电机驱动模块、可编程控制器、可调电源和执行电路。工控机与可编程控制器、步进电机驱动模块和图像处理模块连接，可编程控制器与执行电路和可调电源连接，执行电路与上下气盘阀门、上下气盘真空泵和高压气泵连接，可调电源与LED灯板连接，步进电机驱动模块与X、Y、Z和水平旋转电机连接，图像处理模块与四个CCD摄像机连接。

所述的LED灯板的发光面朝上，亮光透过吸附板给CCD摄像机构提供由下而上的平面光源。

所述的工件预定位栓实现工件预定位，在没有机械压力时，内套依靠弹簧的张力凸出于吸附板的平面，暴露在外；在遇到机械压力时，则相应缩回外套内。从而起到，给所要加工的工件预定位的作用。为使得内套不至于跳出外套还应该有一根限制线绳加以限制。工件预定位栓在嵌入吸附板时，要做到底部与其表面完全平整，不可以凸出。

利用本发明加工的工件，事先开好圆孔，该圆孔与预定位孔的位置相互对应，工件放入两个工件预定位栓就可以实现工件预定位。

利用本发明加工的工件，事先开好圆孔，该圆孔与预定位孔相对应，工件放入两个工件预定位栓就可以实现工件预定位。该圆孔的直径要略大于预定位孔的直径，使加工工件放入后仍能做小范围的移动。

所述的气动装置能够完成上气盘组件和下气盘组件的吸附与吹气工件的功能，包括能够单独在内气区吸气只吸附小工件、在内气区和外气区同时吸气而吸附大工件、能够上气盘组件吸气的同时下气盘组件的内范围气区吸气而外范围气区吹气，从而达到使得工件在1-2层粘和区粘和的目的。本发明能够在下气盘组件吸气的同时上气盘组件的内气区吸气而外气区吹气，从而达到使得工件在2-3层粘和区粘和的目的。上气盘组件和下气盘组件在接近时能够同时吸附工件以便进行精确定位，上气盘组件和下气盘组件在远离时也能够分别处于吸气或者吹气或者无气的状态，从而方便于工件脱离。

本发明上气盘组件和下气盘组件能够平整地吸牢工件，由四角的CCD摄像机构对工件上设定的图标进行辨识，然后由计算机计算出精确位置进行对位。当发现上工件膨胀时，本发明会自动将膨胀误差均匀分配到四个角，使整体误差最小。对位后上气盘组件下压，进行压合处理，然后上气盘组件继续吸附第三个平面工件，重复进行上述定位操作。通过压合处理能够处理多个平面，同时使对位后的工件能够脱离本发明自由进行各种处理。

本发明具有四个自由度即XYZθ的位移动作是由四个步进电机旋转来实现的即X轴电机、Y轴电机、Z轴电机和水平旋转电机带动上气盘组件和下气盘组件不断地变化位置，执行着对位、定位和粘合的操作。

本发明的所有动作都受控于计算机控制系统，计算机控制系统进行图像分析与计算、位移量分析与计算、反馈再修正、比较与判定。  

附图说明

图1为机器人本体与计算机控制系统、气动系统总装示意图；

图2为机器人本体结构示意图；

图3为上气盘结构示意图；

图4为下气盘结构示意图；

图5为嵌入于下气盘的工件预定位栓结构示意图；

图6为加工工件板上预定位开孔示意图；

图7为气动装置控制示意图；

图8为本发明自动控制流程图；

图9为上气盘气孔示意图；

图10为上气盘内外气区分布图；

图11为下气盘气孔稀疏区与气孔密集区分布图。

图中：1为主躯干体悬臂钢质支架 2为大理石基座 3为X轴位移台 4为Y轴位移台 5为水平旋转台 6为下气盘 7为Z轴位移台 8为上气盘 9为滑动导轨 10为摄像机支架 11左前摄像机 12为左后摄像机 13为右前摄像机 14为右后摄像机 15为上吸盘边缘四个角伸展区 16为滑动导轨 17为上气盘固定板 18为两组导轨的平行中心线在上吸盘的前后两端呈110度角 19为上气盘外气区气孔 20为上气盘内气区气孔 21为上气盘吸附板（透明的有机玻璃上打气孔） 22为外区隔离墙 23为内区隔离墙 24为上下气盘内气区 25为上下气盘外气区 26为边框螺丝孔 27为下气盘外气区气孔 28为下气盘内气区气孔 29为灯光窗口 30为LED灯板 31为下气盘吸附板（透明的有机玻璃上打气孔） 32为下气盘固定板33为气盘气孔稀疏区 34为气盘气孔密集区 35为下气盘工件预定位孔 36为定位栓内套 37为定位栓外套 38为定位栓弹簧 39为限制线绳 40为待加工板材对位圆孔 41为上气盘真空泵 42上气盘外区抽吸阀 43为上气盘内区抽吸阀 44为上气盘外区吹气阀 45为上气盘内区吹气阀 46为下气盘真空泵 47为下气盘外区抽吸阀 48为下气盘内区抽吸阀 49为下气盘外区吹气阀 50为下气盘内区吹气阀 51为高压气泵 52为步进电机驱动器 53为X轴电机54为Y轴电机 55为Z轴电机 56为水平旋转电机 57为图像处理模块 58为工控机 59为可编程器控制 60为执行电路 61为可调电源。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括计算机控制系统、机器人本体和气动系统。其中所述计算机控制系统与所述机器人本体和所述气动系统连接。所述计算机控制系统包括工控机58、图像处理模块57、步进电机驱动模块52、可编程控制器59、可调电源61和执行电路60。所述工控机58与所述可编程控制器59、步进电机驱动模块52和图像处理模块57连接，所述可编程控制器59与所述执行电路60和所述可调电源61连接，所述执行电路60与所述上下气盘阀门和所述真空泵、高压气泵连接，所述可调电源61与所述LED灯板连接，所述步进电机驱动模块52与X、Y、Z和水平旋转电机连接，所述图像处理模块57与左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14连接。

如图2所示，所述机器人本体包括：主躯干体悬臂钢质支架1、大理石基座2、X轴位移台3、Y轴位移台4、水平旋转台5、下气盘6、Z轴位移台7、上气盘8、滑动导轨9、摄像机支架10、左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14、下气盘工件预定位孔35、待加工板材对位圆孔40、X轴电机53、Y轴电机54、Z轴电机55、水平旋转电机56，其中：所述主躯干体悬臂钢质支架1与所述Z轴位移台7连接，所述上气盘8设置于所述Z轴位移台7的下方且与所述Z轴位移台7固定连接，所述上气盘8的四个角分别与所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14连接，所述下气盘6、水平旋转台5、Y轴位移台4、X轴位移台3和大理石基座2依次由上至下固定连接，所述X轴电机53位于所述X轴位移台3上，所述Y轴电机54位于所述Y轴位移台4上，所述Z轴电机55位于所述Z轴位移台7上，所述水平旋转电机56位于所述水平旋转台5上。

如图3、9、10所示，所述上气盘8包括：上气盘固定板17、滑动导轨16、上气盘吸附板21、上吸盘边缘四个角伸展区15、上气盘外气区气孔19和上气盘内气区气孔20，其中，所述上气盘固定板17分别与所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14、吸附板16以及Z轴位移台7固定连接，所述上气盘固定板17的边框上设有所述上气盘外气区气孔19和上气盘内气区气孔20，所述上气盘固定板17通过外区隔离墙22和内区隔离墙23在内部分隔成互相间隔的上下气盘外气区25和上下气盘内气区24，所述上气盘外气区气孔19和所述上气盘内气区气孔20分别与所述上下气盘外气区25和所述上下气盘内气区24连通。所述上气盘固定板17沿对角线延伸出所述上吸盘边缘四个角伸展区15，所述滑动导轨16的两根轨道相互平行且镜像对称分布，该对称中心线与上气盘的对角线重合，所述滑动导轨16的两端设有锁紧机构。所述边框螺丝孔26用于将所述上气盘吸附板21固定到所述上气盘固定板17上。

如图4所示，所述下气盘6包括：下气盘吸附板31、下气盘固定板32、四个灯光窗口29、LED灯板30和两个下气盘工件预定位孔35，其中,所述下气盘固定板32分别与所述LED灯板30、下气盘吸附板31以及水平旋转台5固定连接，四个所述灯光窗口29分别设置于所述下平面固定板32的四个角上。

所述下气盘固定板32的边框上设有下气盘外气区气孔27和下气盘内气区气孔28，所述下气盘固定板32通过外区隔离墙23和内区隔离墙23在内部分隔成互相间隔的所述上下气盘外气区25和所述上下气盘内气区24，所述下气盘外气区气孔27和所述下气盘内气区气孔28分别与所述上下气盘外气区25和所述上下气盘内气区24连通，所述下气盘固定板32的边缘设有两个所述下气盘工件预定位孔35。两个所述下气盘工件预定位孔35分别嵌入两个所述工件预定位栓17。所述边框螺丝孔26用于将所述下气盘吸附板31固定到所述下气盘固定板32上。

所述下气盘吸附板31的中央设有气盘气孔稀疏区33，所述下气盘吸附板31的四周对称分布四个所述气盘气孔密集区34。所述气盘气孔稀疏区33相邻气孔的间距大于所述气盘气孔密集区34相邻气孔的间距。

如图5所示，两个所述下气盘工件预定位孔35中嵌入预定位栓，所述预定位栓包括定位栓内套36、定位栓外套37、定位栓弹簧38以及限制线绳39。其中，所述定位栓弹簧38分别与所述定位栓内套36和所述定位栓外套37连接，所述定位栓外套37的外壁嵌入于所述预定位孔35内，所述定位栓内套的外壁与所述定位栓外套的内壁面接触且所述定位栓内套能够沿所述定位栓外套的内壁活动，所述限制线绳39连接在所述定位栓弹簧38的两端之间，所述限制线绳39用来限制所述定位栓弹簧38的弹出高度。

如图6所示，利用本发明加工的工件，事先开好待加工板材对位圆孔40，所述待加工板材对位圆孔40与所述下气盘工件预定位孔35相对应，工件放入两个工件预定位栓就可以实现工件预定位。所述待加工板材对位圆孔40其直径要略大于所述下气盘工件预定位孔35的直径，使加工工件放入后仍能做小范围的移动。

如图7所示，所述气动系统包括：上气盘气动装置、下气盘气动装置和高压气泵51。其中，所述上气盘气动装置包括：上气盘真空泵41、上气盘内区吹气阀45、上气盘内区抽吸阀43、上气盘外区吹气阀44以及上气盘外区抽吸阀42，它们均与所述计算机控制系统中的所述可编程逻辑控制器连接，所述上气盘真空气泵41的两端分别与所述上气盘内区抽吸阀43的一端和所述上气盘外区抽吸阀42的一端连接，所述高压气泵51的两端分别与所述上气盘内区吹气阀45的一端和所述上气盘外区吹气阀44的一端连接，所述上气盘内区抽吸阀43的另一端和所述上气盘内区吹气阀45的另一端均与所述上气盘内气区气孔20连接，所述上气盘外区抽吸阀42的另一端和所述上气盘外区吹气阀44的另一端均与所述上气盘外气区气孔19连接。

所述下气盘气动装置包括：下气盘真空泵46、下气盘内区吹气阀50、下气盘内区抽吸阀48、下气盘外区吹气阀49以及下气盘外区抽吸阀47，它们均与所述计算机控制系统中的所述可编程逻辑控制器连接，所述下气盘真空气泵46的两端分别与所述下气盘内区抽吸阀48的一端和所述下气盘外区抽吸阀47的一端连接，所述高压气泵51的两端分别与所述下气盘内区吹气阀50的一端和所述下气盘外区吹气阀49的一端连接，所述下气盘内区抽吸阀48的另一端和所述下气盘内区吹气阀50的另一端均与所述下气盘内气区气孔28连接，所述下气盘外区抽吸阀47的另一端和所述下气盘外区吹气阀49的另一端均与所述下气盘外气区气孔27连接。

所述气动系统所包含的所有组件均与所述可编程控制器59连接，都是按需求依照程序来运行以及通断的，所述上、下气盘的内气区和外气区都可按需求独立进行吹气和抽吸。

如图11所示，所述气盘气孔稀疏区33所有的气孔必须与所述上下气盘内气区对准，所述气盘气孔密集区34所有的气孔必须与所述上下气盘外气区对准。

如图2所示，本实施例中所述上气盘8和下气盘6分别吸附上下工件，所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14用于进行摄影，由计算机计算出精确位置，控制所述X轴位移台3、Y轴位移台4以及水平旋转台5进行对位。对位后所述上气盘8下压，同时所述上气盘气动装置改吸为吹，使上下工件能平整的粘合在一起。处理完的工件能够继续进行多平面定位或者脱离本装置进行其他处理。

本实施例中所述上气盘8和下气盘6通过气道设计，分成内外两区，两区能够独立进行吹吸动作，以适应不同大小的工件。

所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14分别位于两两平行的轨道上，在保证坐标稳定的同时能够适应不同大小的工件。所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14通过辨识工件上预设的图标，而非辨识工件边缘，这样有利于进一步提高精度。所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14也能够保证出现胀缩时将误差均匀分布到整个工件，从而使整体误差最小。

所述计算机控制系统的对位采取反馈修正的方法，不断进行摄像－对位－再摄像－再定位，能够确保对位误差在设定范围之内。

如图9所示，在一个实施例中，自动控制流程包括如下步骤：

步骤S201：所述上气盘8和下气盘件6开，将两层工件利用定位栓放入预定位置；

步骤S202根据工件大小，所述下气盘6吸气，所述上气盘8降下，吸起上工件；

步骤S203所述左前摄像机11、左后摄像机12、右前摄像机13、右后摄像机14对工件上设定的特殊标识进行拍摄；

步骤S204：计算机根据拍摄图像计算出XYθ轴的移动量；

步骤S205：判断移动量是否在允许范围内，若否，则通过步骤S206，所述下气盘6进行相应移动，并重复对工件上设定的特殊标识进行拍摄和计算机根据拍摄图像计算出XYθ轴的移动量；若是，则通过步骤S207，所述上气盘8压下，改吸气为吹气，使两工件粘合；通过所述步骤S208，所述上气盘组件8升起，继续放入第三层工件，重复进行所述步骤S202，直至完成三平面对位。 

Claims (7)

1.一种微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，包括计算机控制系统、机器人本体以及气动系统，所述计算机控制系统与所述机器人本体以及所述气动系统连接，其中，

所述计算机控制系统包括工控机、图像处理模块、步进电机驱动模块、可编程控制器、可调电源以及执行电路，所述工控机与所述可编程控制器、步进电机驱动模块、以及图像处理模块连接，所述可编程控制器与所述执行电路、以及可调电源连接；

所述机器人本体包括主躯干体悬臂钢质支架、大理石基座、X轴位移台、Y轴位移台、水平旋转台、下气盘、Z轴位移台、上气盘、滑动导轨、摄像机支架、左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机、下气盘工件预定位孔、X轴电机、Y轴电机、Z轴电机、水平旋转电机，其中，所述主躯干体悬臂钢质支架与所述Z轴位移台连接，所述上气盘设置于所述Z轴位移台的下方且与所述Z轴位移台固定连接，所述上气盘的四个角分别与所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机连接，所述下气盘、水平旋转台、Y轴位移台、X轴位移台以及大理石基座依次由上至下固定连接，所述X轴电机位于所述X轴位移台上，所述Y轴电机位于所述Y轴位移台上，所述Z轴电机位于所述Z轴位移台上，所述水平旋转电机位于所述水平旋转台上；

所述气动系统包括上气盘气动装置、下气盘气动装置、以及高压气泵，其中，所述上气盘气动装置包括与所述可编程逻辑控制器连接的上气盘真空泵、上气盘内区吹气阀、上气盘内区抽吸阀、上气盘外区吹气阀、以及上气盘外区抽吸阀，所述上气盘真空气泵的两端分别与所述上气盘内区抽吸阀的一端和所述上气盘外区抽吸阀的一端连接，所述高压气泵的两端分别与所述上气盘内区吹气阀的一端以及所述上气盘外区吹气阀的一端连接，所述上气盘内区抽吸阀的另一端以及所述上气盘内区吹气阀的另一端均与所述上气盘内气区气孔连接，所述上气盘外区抽吸阀的另一端以及所述上气盘外区吹气阀的另一端均与所述上气盘外气区气孔连接；所述下气盘气动装置包括与所述可编程控制器连接的下气盘真空泵、下气盘内区吹气阀、下气盘内区抽吸阀、下气盘外区吹气阀、以及下气盘外区抽吸阀，所述下气盘真空气泵的两端分别与所述下气盘内区抽吸阀的一端和所述下气盘外区抽吸阀的一端连接，所述高压气泵的两端分别与所述下气盘内区吹气阀的一端和所述下气盘外区吹气阀的一端连接，所述下气盘内区抽吸阀的另一端和所述下气盘内区吹气阀的另一端均与所述下气盘内气区气孔连接，所述下气盘外区抽吸阀的另一端和所述下气盘外区吹气阀的另一端均与所述下气盘外气区气孔连接。

2.根据权利要求1所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，所述上气盘包括上气盘固定板、滑动导轨、吸附板、上气盘外气区气孔、以及上气盘内气区气孔，其中，所述上气盘固定板分别与所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机、吸附板、以及Z轴位移台固定连接，所述上气盘固定板的边框上设有所述上气盘外气区气孔和上气盘内气区气孔，所述上气盘固定板内部设有互相间隔的所述上下气盘外气区和所述上下气盘内气区，所述上气盘外气区气孔和所述上气盘内气区气孔分别与所述上下气盘外气区和所述上下气盘内气区连通，所述滑动导轨的两根轨道相互平行且镜像对称分布，该对称中心线与上气盘的对角线重合，所述滑动导轨的两端设有锁紧机构，所述上气盘吸附板固定到所述上气盘固定板上。

3.根据权利要求1或2所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，所述下气盘包括下气盘吸附板、下气盘固定板、四个灯光窗口、LED灯板和两个下气盘工件预定位孔，其中，所述下气盘固定板分别与所述LED灯板、下气盘吸附板以及水平旋转台固定连接，四个所述灯光窗口分别设置于所述下气盘固定板的四个角上，所述下气盘固定板的边框上设有所述下气盘外气区气孔和所述下气盘内气区气孔，所述下气盘固定板内部设有互相间隔的所述上下气盘外气区和所述上下气盘内气区，所述下气盘外气区气孔和所述下气盘内气区气孔分别与所述上下气盘外气区和所述上下气盘内气区连通，所述下气盘固定板的边缘设有两个所述下气盘工件预定位孔，两个所述下气盘工件预定位孔分别嵌入两个工件预定位栓，所述下气盘吸附板的中央设有下气盘气孔稀疏区，所述下气盘吸附板的四周对称分布四个所述下气盘气孔密集区，所述下气盘气孔稀疏区相邻气孔的间距大于所述下气盘气孔密集区相邻气孔的间距，所述下气盘吸附板固定到所述下气盘固定板上。

4.根据权利要求3所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，所述预定位栓包括定位栓内套、定位栓外套、定位栓弹簧、以及限制线，其中，所述定位栓弹簧分别与所述定位栓内套以及所述定位栓外套连接，所述定位栓外套的外壁嵌入于所述预定位孔内，所述定位栓内套的外壁与所述定位栓外套的内壁面接触且所述定位栓内套能够沿所述定位栓外套的内壁活动，所述限制线绳连接在所述定位栓弹簧的两端之间以用来限制所述定位栓弹簧的弹出高度。

5.根据权利要求4所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，还包括滑动导轨以及摄像支架，所述滑动导轨固定于所述上气盘上且所述滑动导轨延伸至所述上气盘的外侧，所述摄像支架与滑动导轨活动连接，所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机固定于所述摄像支架上，所述滑动导轨的两根轨道相互平行且镜像对称分布，所述滑动导轨的对称中心线与所述上气盘的对角线重合，所述滑动导轨的两端设有锁紧机构。

6.根据权利要求5所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，所述LED灯板的发光面朝上，所述LED灯板的亮光透过所述上气盘吸附板和下气盘吸附板给所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机提供由下而上的平面光源。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的微米精度三层平面工件对位机器人，其特征在于，所述计算机控制系统用于执行如下控制流程：

第一控制流程：控制所述上气盘和下气盘开，将两层工件利用所述定位栓放入预定位置；根据工件大小，控制所述下气盘吸气，控制所述上气盘降下，吸起上工件；

第二控制流程：控制所述左前摄像机、左后摄像机、右前摄像机、右后摄像机对工件上设定的特殊标识进行拍摄；根据拍摄图像计算出XYθ轴的移动量；

第三控制流程：判断移动量是否在允许范围内，若否，则控制所述下气盘进行相应移动，并重复对工件上设定的特殊标识进行拍摄和计算机根据拍摄图像计算出XYθ轴的移动量；若是，则进入第四控制流程；

第四控制流程：控制所述上气盘压下，改吸气为吹气，使两工件粘合；

第五控制流程：控制所述上气盘升起，继续放入第三层工件，重复进行所述第二控制流程，直至完成三平面对位。

Images