CN105345431B - 基于工业机器人的自动插件机控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人高精度装配领域，提供一种基于工业机器人的自动插件机控制系统，以解决目前的插件机的装配进度不高的问题，该系统包括输送线电机、第一位置获取模块、第二位置获取模块、物料拾取装置、振动料斗、夹紧定位装置、机器人控制器、主控制器和视觉子系统。本发明提出的技术方案通过机器人实现异型电子元器件的快速、精确插装，具有稳定性高、精度高以及抗干扰性强的优点。

Description

基于工业机器人的自动插件机控制系统
技术领域
本发明涉及机器人高精度装配领域，特别涉及一种基于工业机器人的自动插件机控制系统。
背景技术
随着电子产品不断的普及和更新换代，人们对电子产品的需求量也越来越大，在人口红利逐渐下降的今天，电子产品的自动化装配技术尤其是PCB装配技术也显得越来越重要。插件机是将一些电子元件自动标准地插装在PCB电路板的自动化装配设备。传统的插件机由直角坐标机械手、PCB定位装置以及物料系统组成，其插装精度完全依赖于机械定位，无法补偿由机械手的重复定位以及PCB板定位所带来的定位误差。由于PCB板上的异性元件大多是不规则的、且装配精度要求高，使得传统的插件机无法满足要求。
随着工业机器人技术的不断的发展，工业机器人控制精度高，使用方便、稳定性高等特点使其应用领域越来越广泛。在高精度装配领域，工业机器人与机器视觉结合的方案逐渐成为提高产品装配精度的主流趋势。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种基于工业机器人的自动插件机控制系统，以解决目前的插件机的装配进度不高的问题。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种基于工业机器人的自动插件机控制系统，包括输送线电机、第一位置获取模块、第二位置获取模块、物料拾取装置、振动料斗、夹紧定位装置、机器人控制器、主控制器和视觉子系统，所述输送线电机、位置获取模块、物料拾取装置、振动料斗、夹紧定位装置、机器人控制器和视觉子系统均与主控制器连接，所述主控制器包括输送线启停控制模块、第一位置判断模块、第二位置判断模块和信息传输模块，
所述视觉子系统在异型元器件处于视觉子系统的检测范围之内后启动，其用于计算异型元器件的插装位姿偏差信息并将该信息发送至主控制器；
所述第一位置获取模块设置在待插装位置处，用于获取PCB板在输送线上的位置信息；
所述第二位置获取模块设置在振动料斗的出料口处，用于获取异型元器件的位置信息；
所述信息传输模块用于将接收到的插装位姿偏差信息转发至机器人控制器；
所述输送线启停控制模块被配置成：通过控制输送线电机控制输送线的启停；
所述第一位置判断模块被配置成：通过第一位置获取模块的信息判断PCB板是否已到达插装位置，如果PCB板已到达插装位置，则通过夹紧定位装置实现PCB板的夹紧定位；
所述第二位置判断模块被配置成：通过第二位置获取模块的信息判断异型元器件是否到位，如果异型元器件已到位，则主控制器向机器人控制器发送元器件抓取指令；
所述机器人控制器被配置成：当接收到主控制器发送的元器件抓取指令后，通过控制物料拾取装置实现异型元器件的抓取，并使异型元器件处于视觉子系统的检测范围之内；当接收到主控制器发送的元器件插装位姿偏差信息后，调整物料拾取装置的姿态实现元器件的精确插装。
作为一种优选的实施方式，所述视觉子系统包括用于异型元器件缺陷检测的第一CCD、用于计算异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值的第二CCD、用于计算PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值的第三CCD、计算机，所述第一CCD、第二CCD、第三CCD均与计算机连接，所述计算机与主控制器连接，所述计算机用于综合异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板尺寸描述文件计算得到异型元器件的插装位姿偏差信息并将该信息发送至主控制器。
作为另一种优选的实施方式，所述第一CCD设置有图像分割以及BLOB分析模块。
作为另一种优选的实施方式，所述第二CCD设置有SIFT图像匹配模块。
作为另一种优选的实施方式，所述第三CCD设置有视觉定位模块。
作为另一种优选的实施方式，所述夹紧定位装置包括定位气缸和与定位气缸连接的电磁阀，所述电磁阀与主控制器连接。
作为另一种优选的实施方式，所述物料拾取装置由若干元件夹持气爪组成，每个元件夹持气爪均与机器人控制器连接。
作为另一种优选的实施方式，所述第一位置获取模块和第二位置获取模块均通过光电传感器实现。
作为另一种优选的实施方式，所述主控制器与机器人控制器基于RS485通信，所述主控制器与视觉子系统基于以太网通信。
作为另一种优选的实施方式，所述主控制器为PLC控制器。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
本发明通过机器人实现异型电子元器件的快速、精确插装，具有稳定性高、精度高以及抗干扰性强的优点。
附图说明
图1为本发明的实施例一提供的基于工业机器人的自动插件机控制系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例一提供的基于工业机器人的自动插件机控制系统的结构框图。如图1所示，该控制系统包括输送线电机4、光电传感器5、光电传感器6、物料拾取装置、振动料斗7、夹紧定位装置、机器人控制器2、PLC控制器1和视觉子系统3。
输送线电机4、光电传感器5、光电传感器6、物料拾取装置、振动料斗7、夹紧定位装置、机器人控制器2和视觉子系统3均与PLC控制器1连接。具体地，PLC控制器1与机器人控制器2基于RS485通信，PLC控制器1与视觉子系统3基于以太网通信。
夹紧定位装置包括定位气缸8和与定位气缸8连接的电磁阀9，电磁阀9与PLC控制器12连接。当PCB板到达插装位置后，PLC控制器12通过定位气缸8的电磁阀9控制定位气缸实现PCB板的夹紧定位。
物料拾取装置由4个元件夹持气爪组成，包括元件夹持气爪21、元件夹持气爪22、元件夹持气爪23、元件夹持气爪24，元件夹持气爪21、元件夹持气爪22、元件夹持气爪23、元件夹持气爪24均与机器人控制器2连接。
光电传感器5设置在待插装位置处，用于获取PCB板在输送线上的位置信息，具体地，当PCB板到达待插装位置处时，光电传感器5向PLC控制器12发送信号。
光电传感器6设置在振动料斗的出料口处，用于获取异型元器件的位置信息。具体地，当PCB板到达振动料斗的出料口处时，光电传感器6向PLC控制器12发送信号。
视觉子系统3在异型元器件处于视觉子系统3的检测范围之内后启动，其用于计算异型元器件的插装位姿偏差信息并将该信息发送至PLC控制器1。具体地，视觉子系统3包括用于异型元器件缺陷检测的CCD31、用于计算异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值的CCD32、用于计算PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值的CCD33、工业计算机34以及计算机外设35，CCD31、CCD32、CCD33均与工业计算机34连接，工业计算机34与PLC控制器1连接，工业计算机34用于综合异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板尺寸描述文件计算得到异型元器件的插装位姿偏差信息并将该信息发送至PLC控制器1。
具体地，CCD31设置有图像分割以及BLOB分析模块，该模块采用图像分割以及BLOB分析算法对异型元器件的缺陷进行检测。
CCD32设置有SIFT图像匹配模块和第一乘法模块，SIFT图像匹配模块采用SIFT图像匹配算法求出元器件夹持位姿与标准夹持位姿的像素偏差值(xk,yk,θk)，第一乘法模块用于采用下下式计算得到元器件在机器人基准坐标系中的偏差值(x1,y1,θ1)：
其中θ1＝θk，Ms为CCD32坐标系与机器人基准坐标系的转换关系，Ms可以采用离线手眼标定的方法求解得到。
CCD33设置有视觉定位模块和第二乘法模块，视觉定位模块采用视觉定位算法求出PCB板位姿与标准夹持位姿的像素偏差值(xj,yj,θj)，乘法模块用于采用下式计算得到PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值(x2,y2,θ2)：
其中θ2＝θj，Mm为CCD33坐标系与机器人基准坐标系的转换关系，Mm可以采用离线手眼标定的方法求解得到。
工业计算机34综合异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值(x1,y1,θ1)、PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值(x2,y2,θ2)、PCB板尺寸描述文件计算得到异型元器件的插装位姿偏差信息(△x,△y,△θ)，具体的计算公式为：
PLC控制器1包括输送线启停控制模块、第一位置判断模块、第二位置判断模块和信息传输模块。信息传输模块用于将接收到的插装位姿偏差信息转发至机器人控制器2；输送线启停控制模块被配置成：通过控制输送线电机控制输送线的启停；第一位置判断模块被配置成：通过光电传感器5的信息判断PCB板是否已到达插装位置，如果PCB板已到达插装位置，则通过夹紧定位装置实现PCB板的夹紧定位；第二位置判断模块被配置成：通过光电传感器6的信息判断异型元器件是否到位，如果异型元器件已到位，则PLC控制器1向机器人控制器2发送元器件抓取指令。
机器人控制器2被配置成：当接收到PLC控制器1发送的元器件抓取指令后，通过控制物料拾取装置实现异型元器件的抓取，并使异型元器件处于视觉子系统3的检测范围之内；当接收到PLC控制器1发送的元器件插装位姿偏差信息后，根据元器件插装位姿偏差信息调整物料拾取装置的姿态实现元器件的精确插装。
下面说明本实施例系统的工作原理。
当PCB板到达插装位置后，PLC控制器1通过定位气缸8的电磁阀9控制定位气缸8实现PCB板的夹紧定位；PLC控制器1通过振动料斗出料口处的光电传感器6判断异型元器件是否到位；当异型元器件到位后，PLC控制器1向机器人控制器2发送元器件抓取指令；机器人控制器2接受到PLC控制器1发送的元器件抓取指令后，通过控制元件夹持气爪实现异型元器件的抓取，并运动机器人手臂，使异型元器件处于视觉子系统3的检测范围之内；通过CCD31对异型元器件的缺陷进行检测；通过CCD32求出元器件夹持位姿与标准夹持位姿的像素偏差值(xk,yk,θk)并结合Ms计算出元器件在机器人基准坐标系中的偏差值(x1,y1,θ1)；通过CCD33求出PCB板位姿与标准定位位姿的像素偏差值(xj,yj,θj)，并结合Mm计算出PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值(x2,y2,θ2)；综合(x1,y1,θ1)、(x2,y2,θ2)以及PCB板尺寸描述文件计算出异型元器件的插装位姿偏差(△x,△y,△θ)；工业计算机34将插装位姿偏差(△x,△y,△θ)发送至PLC控制器1；PLC控制器1将接收到的插装位姿偏差信息转发至机器人控制器2；当接收到PLC控制器1发送的元器件插装位姿偏差信息后，机器人控制器2根据元器件插装位姿偏差信息调整物料拾取装置的姿态实现元器件的精确插装。
从以上实施例可以看出，本发明实施例通过机器人实现异型电子元器件的快速、精确插装，具有稳定性高、精度高以及抗干扰性强的优点。
需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于包括输送线电机、第一位置获取模块、第二位置获取模块、物料拾取装置、振动料斗、夹紧定位装置、机器人控制器、主控制器和视觉子系统，所述输送线电机、第一位置获取模块、第二位置获取模块、物料拾取装置、振动料斗、夹紧定位装置、机器人控制器和视觉子系统均与主控制器连接，所述主控制器包括输送线启停控制模块、第一位置判断模块、第二位置判断模块和信息传输模块，
所述视觉子系统在异型元器件处于视觉子系统的检测范围之内后启动，所述视觉子系统包括用于异型元器件缺陷检测的第一CCD、用于计算异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值的第二CCD、用于计算PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值的第三CCD、计算机，所述第一CCD、第二CCD、第三CCD均与计算机连接，所述计算机与主控制器连接，所述计算机用于综合异型元器件在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板在机器人基准坐标系中的偏差值、PCB板尺寸描述文件计算得到异型元器件的插装位姿偏差信息并将该信息发送至主控制器；
所述第一位置获取模块设置在待插装位置处，用于获取PCB板在输送线上的位置信息；
所述第二位置获取模块设置在振动料斗的出料口处，用于获取异型元器件的位置信息；
所述信息传输模块用于将接收到的插装位姿偏差信息转发至机器人控制器；
所述输送线启停控制模块被配置成：通过控制输送线电机控制输送线的启停；
所述第一位置判断模块被配置成：通过第一位置获取模块的信息判断PCB板是否已到达插装位置，如果PCB板已到达插装位置，则通过夹紧定位装置实现PCB板的夹紧定位；
所述第二位置判断模块被配置成：通过第二位置获取模块的信息判断异型元器件是否到位，如果异型元器件已到位，则主控制器向机器人控制器发送元器件抓取指令；
所述机器人控制器被配置成：当接收到主控制器发送的元器件抓取指令后，通过控制物料拾取装置实现异型元器件的抓取，并使异型元器件处于视觉子系统的检测范围之内；当接收到主控制器发送的元器件插装位姿偏差信息后，调整物料拾取装置的姿态实现元器件的精确插装。
2.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述第一CCD设置有图像分割以及BLOB分析模块。
3.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述第二CCD设置有SIFT图像匹配模块。
4.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述第三CCD设置有视觉定位模块。
5.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述夹紧定位装置包括定位气缸和与定位气缸连接的电磁阀，所述电磁阀与主控制器连接。
6.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述物料拾取装置由若干元件夹持气爪组成，每个元件夹持气爪均与机器人控制器连接。
7.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述第一位置获取模块和第二位置获取模块均通过光电传感器实现。
8.根据权利要求1所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述主控制器与机器人控制器基于RS485通信，所述主控制器与视觉子系统基于以太网通信。
9.根据权利要求1至8中任一所述的基于工业机器人的自动插件机控制系统，其特征在于所述主控制器为PLC控制器。
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