CN106141645B - 一种自动装配系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动装配系统及方法，属于套筒装配技术领域；系统包括视觉采集单元、视觉处理单元、系统控制单元和装配单元。上述方法包括步骤S1，采用一视觉采集单元分别采集套筒的第一图像信息以及需要操作的套管的第二图像信息并输出；步骤S2，采用一视觉处理单元根据第二图像信息对需要操作的套管进行定位；步骤S3，采用一系统控制单元根据第一图像信息以及需要操作的套管，锁定需要操作的套筒，并输出抓取套筒的抓取指令；步骤S4，采用一装配单元根据系统控制单元输出的抓取指令抓取对应的套筒，并将套筒装配到套管上。上述技术方案的有益效果是：能够节省装配过程中的人力成本，加快装配进度，保证自动化装配准确率。

Description

一种自动装配系统及方法

技术领域

本发明涉及套筒装配技术领域，尤其涉及一种自动装配系统及方法。

背景技术

现有的套筒装配过程中，由于需要装配的套筒数量较多，套筒的型号也比较多，每次需要装配的套筒的型号通常由对应需要装配的套管的型号所决定，因此在装配过程中套筒的型号选择是一个比较重要的问题。现有技术中，由于待装配的所有套筒均会被放置在一个上料箱中，套筒型号混杂，通常需要人工根据每次待装配的套管来区分相应型号的套筒，并控制夹取装置进行操作，因此造成大量人力成本的浪费，整个装配过程是一种半自动化的过程，效率较低，人工干预导致套筒安装的准确率也得不到保证。

发明内容

根据现有技术中存在的上述问题，现提供一种自动装配系统及方法的技术方案，旨在节省装配过程中的人力成本，加快装配进度，保证自动化装配准确率。

上述技术方案具体包括：

一种基于协作机器人的自动装配系统，适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的所述套筒被放置在一上料箱内，所述套管被夹紧定位在工位上；其中，包括：

视觉采集单元，用于分别采集所述套筒的第一图像信息以及需要操作的所述套管的第二图像信息并输出；

视觉处理单元，连接所述视觉采集单元，用于根据所述第二图像信息对需要操作的所述套管进行定位；

系统控制单元，分别连接所述视觉采集单元和所述视觉处理单元，用于根据所述第一图像信息以及需要操作的所述套管，锁定需要操作的所述套筒，并输出抓取所述套筒的抓取指令；

装配单元，连接所述系统控制单元，用于根据所述系统控制单元输出的所述抓取指令抓取对应的所述套筒，并将所述套筒装配到所述套管上。

优选的，该自动装配系统，其中，所述视觉采集单元为视觉传感器。

优选的，该自动装配系统，其中，所述第二图像信息中包括所述套管的位置信息，以及所述套管的第一规格信息。

优选的，该自动装配系统，其中，每个所述第一图像信息中包括所述上料箱中放置的对应的所述套筒的第二规格信息。

优选的，该自动装配系统，其中，所述第一图像信息中包括所述上料箱中放置的每个所述套筒的第二规格信息；

所述第二图像信息中包括所述套管的第一规格信息；

所述系统控制单元根据所述第一规格信息分别匹配每个所述第二规格信息，并将匹配成功的所述第二规格信息对应的所述套筒确定为需要操作的所述套筒，并输出抓取需要操作的所述套筒的所述抓取指令。

优选的，该自动装配系统，其中，所述装配单元为一夹持装置。

优选的，该自动装配系统，其中，还包括：

力觉感应单元，连接所述系统控制单元，用于在所述套筒被装配到所述套管上时，感应所述套管作用在所述套筒上的压力，并输出相应的压力值；

所述系统控制单元内预设有一标准压力值，所述系统控制单元将所述力觉感应单元输出的所述压力值和所述标准压力值进行比较，并在所述压力值大于所述标准压力值时输出停止操作的控制指令；

所述装配单元根据所述控制指令，停止对所述套筒进行装配的操作。

优选的，该自动装配系统，其中，所述力觉感应单元为力觉传感器。

优选的，该自动装配系统，其中，还包括：

报警单元，连接所述系统控制单元，用于根据所述系统控制单元输出的所述控制指令形成并输出一报警信息，以提醒使用者。

优选的，该自动装配系统，其中，还包括：

引导单元，连接所述装配单元，用于提供使用者引导所述自动装配系统进行一次套筒和套管的装配操作，并记录所述装配操作的操作轨迹；

所述装配单元根据所述操作轨迹执行后续的每次所述装配操作。

一种基于协作机器人的自动装配方法，适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的所述套筒被放置在一上料箱内，所述套管被夹紧定位在工位上；其中，包括：

步骤S1，采用一视觉采集单元分别采集所述套筒的第一图像信息以及需要操作的所述套管的第二图像信息并输出；

步骤S2，采用一视觉处理单元根据所述第二图像信息对需要操作的所述套管进行定位；

步骤S3，采用一系统控制单元根据所述第一图像信息以及需要操作的所述套管，锁定需要操作的所述套筒，并输出抓取所述套筒的抓取指令；

步骤S4，采用一装配单元根据所述系统控制单元输出的所述抓取指令抓取对应的所述套筒，并将所述套筒装配到所述套管上。

优选的，该自动装配方法，其中，在所述套筒被装配到所述套管上时，采用一力觉感应单元感应所述套管作用在所述套筒上的压力，并输出相应的压力值；

随后，采用所述系统控制单元将所述力觉感应单元输出的所述压力值和预设的标准压力值进行比较，并在所述压力值大于所述标准压力值时输出停止操作的控制指令；

所述步骤S4中，在所述装配单元将所述套筒装配到所述套管上时，若所述装配单元接收到所述控制指令，则停止对所述套筒的装配操作。

优选的，该自动装配方法，其中，提供一引导单元供使用者引导所述装配单元进行一次套筒和套管的装配操作，并记录所述装配操作的操作轨迹；

则所述步骤S4中，所述装配单元在每次将所述套筒装配到所述套管上，根据所述操作轨迹执行相应的所述装配操作。

上述技术方案的有益效果是：

1)提供一种自动装配系统，能够节省装配过程中的人力成本，加快装配进度，保证自动化装配准确率；

2)提供一种自动装配方法，能够支持上述自动装配系统正常运行。

附图说明

图1是本发明的较佳的实施例中，一种自动装配系统的功能框架示意图；

图2是本发明的一个较佳的实施例中，将自动装配系统应用在机械装置上的结构示意图；

图3是本发明的较佳的实施例中，一种自动装配方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种基于协作机器人的自动装配系统。所谓协作机器人，是指一种不需要设置电子围栏的机器人装置。使用者可以近距离对机器人装置进行接触。在该协作机器人上安置有多个传感器，能够感应到人体接近的信号并且根据信号强弱控制协作机器人持续运行/停止运行，以确保使用者近距离操作协作机器人的安全性。上述传感器可以包括各种形式的距离传感器，以及视觉传感器等。具体地，上述安装有各类传感器的协作机器人能够与使用者之间进行安全的操作交互，做到所谓“碰撞停止，推按退避，触碰回退”的三大安全功能，在去除电子围栏的前提下同样保证使用者的操作安全。

则本发明的较佳的实施例中，上述基于协作机器人的自动装配系统适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的套筒被放置在一上料箱内，套管被夹紧定位在工位上。即套管被固定在工位上，协作机器人只需要操作套筒往套管上装配即可。

本发明的较佳的实施例中，如图1所示，上述自动装配系统具体包括：

视觉采集单元1，用于分别采集套筒的第一图像信息以及需要操作的套管的第二图像信息并输出；

视觉处理单元2，连接视觉采集单元1，用于根据第二图像信息对需要操作的套管进行定位；

系统控制单元3，分别连接视觉采集单元1和视觉处理单元2，用于根据第一图像信息以及需要操作的套管，锁定需要操作的套筒，并输出抓取套筒的抓取指令；

装配单元4，连接系统控制单元3，用于根据系统控制单元3输出的抓取指令抓取对应的套筒，并将套筒装配到套管上。

在一个具体实施例中，上述视觉采集单元1可以用来采集关联于套筒的第一图像信息，例如采集套筒的长度、粗细以及横截面形状等尺寸信息等，以用来分辨套筒的型号。同样地，上述视觉采集单元1也可以用来采集关联于套管的第二图像信息，例如采集套管的长度、粗细和横截面形状等尺寸信息，以用来分辨套管的型号。

则上述实施例中，可以采用上述视觉处理单元2，根据上述关联于套管的第二图像信息，处理得到该需要装配的套管的型号并输出相应的型号信息，即对需要处理的套管进行定位。进一步地，对套管进行定位还可以包括定位该套管所处的位置(例如该套管所处的工位，或者该套管所处的空间位置)，以便于后续进行套筒的自动装配操作。

随后，上述实施例中，采用上述系统控制单元3，根据上述经过视觉处理单元2定位套管所得到的型号信息，可以匹配得到需要自动装配的相应的套筒的型号。并且，系统控制单元3根据上述关联于套筒的第一图像信息，匹配之前处理得到的需要装配的套筒的型号，输出抓取相应型号套筒的抓取指令，即控制上述的装配单元4抓取哪个型号的具体哪个套筒进行自动装配的操作指令。

最后，上述实施例中，上述装配单元4根据上述系统控制单元3输出的抓取指令，抓取相应型号的具体套筒，并将其装配到已经被定位的套管上，从而完成整个套筒自动装配的过程。

本发明的较佳的实施例中，上述视觉采集单元1可以为视觉传感器，例如图像传感器等，可以用来采集套管和套筒的图像信息，并提供给视觉处理单元2/系统控制单元3对套筒或者套管进行定位。

本发明的较佳的实施例中，上述关联于套管的第二图像信息中可以包括该套管的位置信息，以及该套管的第一规格信息。具体地，如上文中所述，所谓位置信息，可以根据其对该套管进行定位，以定位该套管的工位位置或者空间位置。所谓第一规格信息，其中可以包括该套管的长度、粗细以及横截面形状等一系列可以表征套管型号的信息。根据该第一规格信息，能够处理得到该套管的型号。

同样地，本发明的较佳的是势力中，上述关联于套筒的第一图像信息中可以包括该套筒的第二规格信息，即包括该套筒的长度、粗细以及横截面形状等一系列可以表征套筒型号的信息。根据该第二规格信息，可以处理得到上料箱中放置的不同套筒的型号。

则本发明的较佳的实施例中，上述系统控制单元3根据第一规格信息分别匹配每个第二规格信息，并将匹配成功的第二规格信息对应的套筒确定为需要操作的套筒，并输出抓取需要操作的套筒的抓取指令。即，上述系统控制单元3根据已经处理得到的套管的型号，去匹配抓取相应型号的套筒，以进行自动装配操作。

本发明的较佳的实施例中，上述装配单元4可以为一夹持装置。

本发明的较佳的实施例中，上述自动装配系统中还可以包括：

力觉感应单元5，连接系统控制单元3，用于在套筒被装配到套管上时，感应套管作用在套筒上的压力，并输出相应的压力值；

上述系统控制单元3内预设有一标准压力值，则上述系统控制单元3将力觉感应单元5输出的压力值和标准压力值进行比较，并在压力值大于标准压力值时输出停止操作的控制指令；

上述装配单元4可以根据上述系统控制单元3输出的控制指令，停止对套筒进行装配的操作。

具体地，本发明的较佳的实施例中，上述力觉感应单元5可以为一个力觉传感器，该力觉感应单元5可以用来感应当套筒被装配到套管上时套管对套筒的反作用力，即套管对套筒的压力。在现有技术中，当一般的操作机械将套筒装配到套管上时，有可能因为各种原因受到阻碍，例如套筒在套管的某个位置被夹死从而导致无法继续装配，此时一般操作机械会继续执行装配操作，这样很有可能导致工件损坏，使得整个装配过程无法继续。而在本发明的较佳的实施例中，可以采用上述力觉感应单元5实时感应装配过程中套管对套筒的压力值并输出，上述系统控制单元3接收上述输出的压力值并进行比较，在上述压力值大于一预设的标准压力值时输出控制装配单元4停止操作的控制指令，从而控制装配单元4停止操作，避免进一步操作对套筒的损坏。

本发明的较佳的实施例中，在设置上述力觉感应单元5的基础上，可以进一步设置：

报警单元6，连接系统控制单元3，用于根据系统控制单元3输出的控制指令形成并输出一报警信息，以提醒使用者。

具体地，在上述力觉感应单元5输出的压力值大于上述标准压力值的情况下，系统控制单元3输出控制装配单元4停止操作的控制指令，此时上述报警单元6同样接收上述控制指令，并且根据控制指令形成并输出一报警信息，例如报警声或者报警提示界面，以提醒使用者注意。此时使用者可以人为排除障碍，例如理顺套筒和套管之间的障碍，从而使得装配操作能够继续顺利进行下去。随后，使用者可以按下设置在上述自动装配系统上的一个恢复运行的按钮(未示出)，以使得整个自动装配系统恢复运行，装配单元4继续对套筒进行自动装配操作。

本发明的较佳的实施例中，上述自动装配系统中还包括：

引导单元7，连接装配单元4，用于提供使用者引导自动装配系统进行一次套筒和套管的装配操作，并记录装配操作的操作轨迹；

则上述装配单元4根据操作轨迹执行后续的每次装配操作。

具体地，本发明的较佳的实施例中，上述引导单元7提供使用者对自动装配系统进行示教的功能。例如使用者可以通过上述引导单元7引导自动装配系统的装配单元4按照一定的操作轨迹对套筒和套管进行一次装配的操作，上述自动装配系统记录下该操作轨迹，随后装配单元4在每次对套筒和套管进行装配的过程中，均沿着上述操作轨迹进行。

本发明的较佳的实施例中，上述引导单元7可以为设置在自动装配系统外部的引导杆或者引导手柄(未示出)。使用者可以通过上述引导杆或者引导手柄，带动自动装配系统沿着操作轨迹执行一遍完整的自动装配操作过程，以完成示教操作。

本发明的一个较佳的实施例中，将上述自动装配系统具体化为设置在一个协作机器人A上的装置，则该装置的结构如图2所示，在该装置中：

套管B被由夹紧固定装置B1固定在工作台B2上，套筒C由夹持装置C1(即上文中所述的装配单元4)，在夹持装置C1下方分别设置有视觉传感器C2(即上文中所述的视觉采集单元1)、力觉传感器C3(即上文中所述的力觉感应单元5)和引导手柄C4(即上文中所述的引导单元7)。其他待装配的套筒被放置在上料箱D中。

另外在上述附图2中，协作机器人A还包括机器人底座A1和机器人控制柜A2。

根据如图2所示的基于协作机器人的自动装配系统，能够实现上述自动装配系统中包括的所有功能。

本发明的较佳的实施例中，基于上文中所述的基于协作机器人的自动装配系统，现提供一种基于协作机器人的自动装配方法，该方法适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的套筒被放置在一上料箱内，套管被夹紧定位在工位上；

则上述自动装配方法具体如图3所示，包括：

步骤S1，采用一视觉采集单元分别采集套筒的第一图像信息以及需要操作的套管的第二图像信息并输出；

步骤S2，采用一视觉处理单元根据第二图像信息对需要操作的套管进行定位；

步骤S3，采用一系统控制单元根据第一图像信息以及需要操作的套管，锁定需要操作的套筒，并输出抓取套筒的抓取指令；

步骤S4，采用一装配单元根据系统控制单元输出的抓取指令抓取对应的套筒，并将套筒装配到套管上。

本发明的较佳的实施例中，在套筒被装配到套管上时，采用一力觉感应单元感应套管作用在套筒上的压力，并输出相应的压力值；

随后，采用系统控制单元将力觉感应单元输出的压力值和预设的标准压力值进行比较，并在压力值大于标准压力值时输出停止操作的控制指令；

则上述步骤S4中，在装配单元将套筒装配到套管上时，若装配单元接收到控制指令，则停止对套筒的装配操作。

本发明的较佳的实施例中，提供一引导单元供使用者引导装配单元进行一次套筒和套管的装配操作，并记录装配操作的操作轨迹；

则上述步骤S4中，装配单元在每次将套筒装配到套管上，根据操作轨迹执行相应的装配操作。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种基于协作机器人的自动装配系统，适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的所述套筒被放置在一上料箱内，所述套管被夹紧定位在工位上；其特征在于，包括：

视觉采集单元，用于分别采集所述套筒的第一图像信息以及需要操作的所述套管的第二图像信息并输出；

视觉处理单元，连接所述视觉采集单元，用于根据所述第二图像信息对需要操作的所述套管进行定位；

系统控制单元，分别连接所述视觉采集单元和所述视觉处理单元，用于根据所述第一图像信息以及需要操作的所述套管，锁定需要操作的所述套筒，并输出抓取所述套筒的抓取指令；

装配单元，连接所述系统控制单元，用于根据所述系统控制单元输出的所述抓取指令抓取对应的所述套筒，并将所述套筒装配到所述套管上；

所述第一图像信息中包括所述上料箱中放置的每个所述套筒的第二规格信息；

所述第二图像信息中包括所述套管的第一规格信息；

所述系统控制单元根据所述第一规格信息分别匹配每个所述第二规格信息，并将匹配成功的所述第二规格信息对应的所述套筒确定为需要操作的所述套筒，并输出抓取需要操作的所述套筒的所述抓取指令。

2.如权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于，所述视觉采集单元为视觉传感器。

3.如权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于，所述第二图像信息中包括所述套管的位置信息，以及所述套管的第一规格信息。

4.如权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于，所述装配单元为一夹持装置。

5.如权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于，还包括：

力觉感应单元，连接所述系统控制单元，用于在所述套筒被装配到所述套管上时，感应所述套管作用在所述套筒上的压力，并输出相应的压力值；

所述系统控制单元内预设有一标准压力值，所述系统控制单元将所述力觉感应单元输出的所述压力值和所述标准压力值进行比较，并在所述压力值大于所述标准压力值时输出停止操作的控制指令；

所述装配单元根据所述控制指令，停止对所述套筒进行装配的操作。

6.如权利要求5所述的自动装配系统，其特征在于，所述力觉感应单元为力觉传感器。

7.如权利要求5所述的自动装配系统，其特征在于，还包括：

报警单元，连接所述系统控制单元，用于根据所述系统控制单元输出的所述控制指令形成并输出一报警信息，以提醒使用者。

8.如权利要求1所述的自动装配系统，其特征在于，还包括：

引导单元，连接所述装配单元，用于提供使用者引导所述自动装配系统进行一次套筒和套管的装配操作，并记录所述装配操作的操作轨迹；

所述装配单元根据所述操作轨迹执行后续的每次所述装配操作。

9.一种基于协作机器人的自动装配方法，适用于套筒和套管的装配过程中，不同规格的所述套筒被放置在一上料箱内，所述套管被夹紧定位在工位上；其特征在于，包括：

步骤S1，采用一视觉采集单元分别采集所述套筒的第一图像信息以及需要操作的所述套管的第二图像信息并输出；

步骤S2，采用一视觉处理单元根据所述第二图像信息对需要操作的所述套管进行定位；

步骤S3，采用一系统控制单元根据所述第一图像信息以及需要操作的所述套管，锁定需要操作的所述套筒，并输出抓取所述套筒的抓取指令；

步骤S4，采用一装配单元根据所述系统控制单元输出的所述抓取指令抓取对应的所述套筒，并将所述套筒装配到所述套管上；

所述第一图像信息中包括所述上料箱中放置的每个所述套筒的第二规格信息；

所述第二图像信息中包括所述套管的第一规格信息；

所述步骤S3中，采用所述系统控制单元根据所述第一规格信息分别匹配每个所述第二规格信息，并将匹配成功的所述第二规格信息对应的所述套筒确定为需要操作的所述套筒，并输出抓取需要操作的所述套筒的所述抓取指令。

10.如权利要求9所述的自动装配方法，其特征在于，在所述套筒被装配到所述套管上时，采用一力觉感应单元感应所述套管作用在所述套筒上的压力，并输出相应的压力值；

随后，采用所述系统控制单元将所述力觉感应单元输出的所述压力值和预设的标准压力值进行比较，并在所述压力值大于所述标准压力值时输出停止操作的控制指令；

所述步骤S4中，在所述装配单元将所述套筒装配到所述套管上时，若所述装配单元接收到所述控制指令，则停止对所述套筒的装配操作。

11.如权利要求9所述的自动装配方法，其特征在于，提供一引导单元供使用者引导所述装配单元进行一次套筒和套管的装配操作，并记录所述装配操作的操作轨迹；

则所述步骤S4中，所述装配单元在每次将所述套筒装配到所述套管上，根据所述操作轨迹执行相应的所述装配操作。