CN109048925B

CN109048925B - 一种柔性装配机器人及其磁力模板装配方法

Info

Publication number: CN109048925B
Application number: CN201811238188.8A
Authority: CN
Inventors: 吴易明; 张保军; 赵晓进; 于龙飞; 孙建建; 王永旺; 张尚玉; 陈武强
Original assignee: Xi'an Zhongke Photoelectric Precision Engineering Co ltd
Current assignee: Xi'an Zhongke Photoelectric Precision Engineering Co ltd
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2038-10-23
Also published as: CN109048925A

Abstract

本发明公开了一种柔性装配机器人及其磁力模板装配方法，包括主控单元，与主控单元连接的精定位相机控制单元和双目相机控制单元、桁架机器人控制单元、装配平台控制单元、上料装置控制单元和磁力模板装填总成控制单元；其中，精定位相机控制单元和双目相机控制单元分别设定精定位相机和双目相机，磁力模板装填总成控制单元设磁力模板装填总成。本发明解决了磁块装填过程中出现破碎的问题，使得磁力模板装填的自动化程度大幅度提高，装填效率及品质高；该方式极大提高了设备对产品的适应性，节省了成本并且保证了装填的准确性。

Description

一种柔性装配机器人及其磁力模板装配方法

技术领域

本发明属于自动化装配技术领域，具体涉及一种柔性装配机器人及其磁力模板装配方法。

背景技术

随着科技的不断进步，机器人产品逐渐进入生活中的每一个领域，取代或减轻人们在工作中重复而繁琐的体力劳动。传统的磁力模板装配主要依靠人手工操作，但是该方式存在装配效率和品质较低、磁块易破碎、劳动量大等缺点，大大降低了产品的装配效率。

机器人装配以其自动化程度高、装配精度高、稳定性好、能适应极端环境等特点而广泛应用于汽车、航空、电子产品、军工制造等各行各业。目前国内机器人应用中，对于需要使用多台设备同时工作时，一般是使用多台机器人共同完成所需的工作，多台机器人在一条生产线上工作时，需要很多的辅助设备，增加采购成本，故障率会提高，产生效率不能保证，占地面积也较大。

因此，研制自动化程度高、具有高度柔性(适应不同规格磁力模板)、精简流水线的机器人设备，对提高磁力模板装配效率具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种能够自动进行磁力模板装配的机器人及其磁力模板装配方法，该机器人具有占地面积小、自动化程度高、柔性度高，能够适应不同规格磁力模的特点。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种柔性装配机器人，包括：

主控单元，包括工控机及轴卡，用于获取精定位相机控制单元、双目相机控制单元传输的系统磁力模板精确定位信息，分别通过桁架机器人控制单元、装配平台控制单元和上料装置控制单元控制桁架系统、装配平台和上料装置进行系统操作；

精定位相机控制单元，对待装位置进行精确识别，完成图像采集并将信息传递至工控机；

双目相机控制单元，采集磁力模板图像信息，并进行磁力模板的粗定位以及识别，完成图像采集并将信息传递至工控机；

桁架机器人控制单元，执行主控单元发出的指令，带动磁力模板装填总成移动到装填规划后的起始装填位置；

装配平台控制单元，执行主控单元发出的指令，控制装配平台将磁力模板从上一流水线工位转移到下一流水线工位；

上料装置控制单元，执行主控单元发出的指令，将待装磁块推入料盒中等待装配；

磁力模板装填总成控制单元，控制磁力模板完成对偏差量的修正，再控制气缸装填动作，实现磁力模板装填无误。

优选的，所述装配平台固定于地面，桁架系统架设在装配平台上方，多组磁力模板装填总成设在磁力模板上，并与桁架系统上的运动机构相连；在桁架系统上设有双目相机总成支架；还包括设在装配平台前端的上料装置和电控柜；主控单元装在电控柜中。

优选的，所述磁力模板装填总成包括装填总成骨架，所述装填总成骨架上固定有多个升降圆筒，在所述装填总成骨架顶部固定有精定位相机，底部固定有上料机构，两侧固定电磁阀组和调压阀，前端固定切料气缸；光源设在上料机构底部。

优选的，所述上料机构包括与装填总成骨架连接的上料装置固定板，上料装置固定板上设有装入磁块料排的料盒，送料气缸固定在料盒上方，拨料装置设在料盒端部并通过拨料气缸推送磁块料排，气缸位置检测传感器安装在拨料气缸的两端。

优选的，所述升降圆筒上设有DD马达，磁块爪手连接在升降圆筒下方，磁块爪手上安装有缓冲器，极性检测及装填到位检测装置嵌入在磁块爪手内；升降圆筒内上下分别设有一级下压气缸和二级下压气缸。

本发明相应地给出了一种柔性装配机器人的磁力模板装配方法，包括如下步骤：

步骤1，主控单元通过以太网接口与桁架机器人控制单元通信，通过装配平台控制单元控制装配平台的伺服电机以便将磁力模板从上一流水线工位转移到下一流水线工位；

步骤2，通过上料装置控制单元将待装磁块推入料盒中，通过以太网接口与精定位相机控制单元和双目相机控制单元通信，完成图像采集工作；

步骤3，系统缺料时需要人工补充磁块，主控单元接收到补料完成命令后通过上料装置控制单元将磁块料排推入料盒中，等待装配；

步骤4，当上游工位磁力模板来料后，主控单元通过装配平台控制单元将磁力模板运送到待装区域，随后通过双目相机控制单元采集图像进行磁力模板的粗定位以及识别，完成磁力模板装填路径规划；

步骤5，通过桁架机器人控制单元带动磁力模板装填总成移动到装填规划后的起始装填位置，然后通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别，如果装填位置出现偏差，磁力模板装填总成控制单元控制DD马达旋转完成对偏差量的修正，再控制电磁阀组进行气缸装填动作。

优选的，所述步骤4中，通过双目相机控制单元采集图像进行磁力模板的粗定位以及识别，完成磁力模板装填路径规划，包括如下步骤：

41)从粗定位图像中识别出待装磁块的轮廓及关键特征点；

42)从待装磁块模板图像中提取装配点的图像坐标；

43)根据粗定位图像工件的外形轮廓及特征点，利用映射关系将模板图中装配点的坐标转换到粗定位图像中；

44)将粗定位提取的坐标转换到桁架机器人坐标系下；

45)装填路径规划，获得最佳的装填路线。

优选的，所述步骤5中，通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别，包括如下步骤：

51)采集待装配点图像；

52)提取待装位置的边缘信息，拟合出待装配位置的范围；

53)在待装位置的边缘所处的范围内，精确提取特征位置的坐标；

54)将特征位置的图像坐标转换到桁架机器人坐标系下。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

1、本发明通过桁架系统、多组集中供料装填总成配合双目视觉装置，使得磁力模板装填的自动化程度大幅度提高，并且保证了装填效率及品质，精简了装配流水线，通过增加缓冲装置及调节二段下压气缸节流口和气压大小，解决了磁块装填过程中出现破碎的问题。

2、本发明通过双目视觉系统及精定位相机，能够对磁力模板三维信息进行重构，解决了普通装配机器人功能单一化的问题，该方式能够对不同规格、不同形状的磁力模板进行精确定位、识别及装填，极大提高了设备对产品的适应性。

3、本发明通过气缸对料排进行切料，并通过辅助检测设备对切料到位及磁块极性进行判断，节省了成本并且保证了装填的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明磁力模板装配机器人结构示意图。

图2为控制系统示意图。

图3为本发明磁力模板装填总成结构示意图。

图4为切料装置总成结构示意图。

图5为升降圆筒局部结构示意图。

图6为装填总成内部两段下压气缸装配结构示意图。

图中：1、桁架系统；2、磁力模板装填总成；3、装配平台；4、磁力模板；5、双目相机总成支架；6、双目相机；7、上料装置；8、电控柜；9、装填总成骨架；10、精定位相机；11、光源；12、电磁阀组；13、调压阀；14、送料气缸；15、磁块料排；16、料盒；17、拨料装置；18、气缸位置检测传感器；19、拨料气缸；20、上料装置固定板；21、DD马达；22、磁块爪手；23、缓冲器；24、极性检测及装填到位检测装置；25、升降圆筒；26、一级下压气缸；27、二级下压气缸；28、切料气缸。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示，本发明柔性装配机器人包括：主控单元，与主控单元连接的精定位相机控制单元和双目相机控制单元、桁架机器人控制单元、装配平台控制单元、上料装置控制单元和磁力模板装填总成控制单元；其中，精定位相机控制单元和双目相机控制单元分别设定精定位相机和双目相机，磁力模板装填总成控制单元设磁力模板装填总成。

其中，主控单元包括工控机及轴卡，用于获取精定位相机控制单元、双目相机控制单元传输的系统磁力模板精确定位信息，分别通过桁架机器人控制单元、装配平台控制单元和上料装置控制单元控制桁架系统、装配平台和上料装置进行系统操作。精定位相机控制单元，对待装位置进行精确识别，完成图像采集并将信息传递至工控机。双目相机控制单元，采集磁力模板图像信息，并进行磁力模板的粗定位以及识别，完成图像采集并将信息传递至工控机。桁架机器人控制单元，执行主控单元发出的指令，带动磁力模板装填总成移动到装填规划后的起始装填位置。装配平台控制单元，执行主控单元发出的指令，控制装配平台将磁力模板从上一流水线工位转移到下一流水线工位。上料装置控制单元，执行主控单元发出的指令，将待装磁块推入料盒中等待装配。磁力模板装填总成控制单元，控制磁力模板完成对偏差量的修正，再控制气缸装填动作，实现磁力模板装填无误。

如图1所示，磁力模板装配机器人具体结构包括：桁架系统1、磁力模板装填总成2、装配平台3、磁力模板4、双目相机总成支架5、双目相机6、上料装置7和电控柜8；其中装配平台3固定在地面上，桁架系统1架设在装配平台3上方，桁架系统1底部与地面用化学螺栓固定，桁架系统1能进行X/Y方向平移。多组磁力模板装填总成2与桁架系统1顶端运动机构用螺栓固定，通过桁架系统1平移带动多组磁力模板装填总成2对不同磁力模板的不同位置进行装填。多组磁力模板装填总成2设在磁力模板4上，并与桁架系统1上的运动机构相连，磁力模板4放置在装配平台3上随装配平台3一起运动，实现磁力模板流水线生产。双目相机总成支架5固定在桁架系统1上，双目相机6固定在双目相机总成支架5上，双目相机6用于对全局系统进行粗定位，同时构建磁力模板三维立体信息，上料装置7安装在桁架系统1内侧，方便多组磁力模板装填总成2中的料盒16进行快速取料，还包括设在装配平台3前端的上料装置7和电控柜8；主控单元装在电控柜中。电控柜8放置在桁架外侧，方便工人及维护人员进行相关操作。

如图3所示，磁力模板装填总成2包括装填总成骨架9，装填总成骨架9上固定有多个升降圆筒25，在装填总成骨架9顶部固定有精定位相机10，对装填过程中磁力模板4局部装填定位信息进行精确定位识别；底部固定有上料机构，光源11设在上料机构底部，提高了相机识别的清晰度及效果；装填总成骨架9两侧固定电磁阀组12和调压阀13，对各组气缸进行压力和通断控制；前端固定切料气缸28。

如图4所示，上料机构包括与装填总成骨架9连接的上料装置固定板20，上料装置固定板20上设有装入磁块料排15的料盒16，送料气缸14固定在料盒16上方，拨料装置17设在料盒16端部并通过拨料气缸19推送磁块料排15，气缸位置检测传感器18安装在拨料气缸19的两端。

磁块料排15通过上料装置7送入料盒16，送料气缸14固定在料盒16上，通过送料气缸14将磁块料排15推送至切料气缸28处，切料气缸28固定在装填总成骨架9上，将磁块料排15分离成单个磁块；拨料装置17与拨料气缸19固定，将单个磁块拨至磁块爪手22内；气缸位置检测传感器18安装在拨料气缸19的两端，保证磁块能够准确的填入磁块爪手22内；料盒16固定在上料装置固定板20上，上料装置固定板20与装填总成骨架7用螺栓连接，保证了其与与装填总成骨架7的稳固性。

如图5、图6所示，DD马达21安装在装填总成骨架9顶部，磁块爪手22与升降圆筒25连接，升降圆筒能够适应对不同高度的磁力模板进行装填，缓冲器23安装在磁块爪手22底部，用于降低爪手在盘体装填过程中对磁力模板4撞击造成的损伤；极性检测及装填到位检测装置24嵌入在爪手内，极性检测主要用来对磁块极性进行判断，保证装填过程中极性方向的准确性。装填到位检测装置主要用来对磁块是否装填到位进行检测，确保磁块装填的可靠性、精确性。升降圆筒25与DD马达21用螺钉紧固，DD马达21主要用于装填过程中接收到相机识别出的磁力模板4的具体的角度位置信息后，进行角度的旋转定位。一级下压气缸26和二级下压气缸27固定在升降圆筒25内部，一级下压气缸26用于将爪手靠近磁力模板，二级下压气缸27用于精确装填，通过调节两级气缸节流口及气压大小，进而调节速度及推力的大小，彻底解决了磁块装填过程中出现破碎的问题。

如图2所示，本发明柔性装配机器人的磁力模板装配方法，步骤如下：

步骤1，主控单元由高性能工控机及轴卡组成，通过以太网接口与桁架机器人控制单元通信，通过装配平台控制单元控制装配平台的伺服电机以便将磁力模板从上一流水线工位转移到下一流水线工位；

步骤3，系统缺料时需要人工补充磁块，主控单元接收到补料完成命令后通过上料装置控制单元将磁块料排15推入料盒16中，等待装配；

步骤4，当上游工位磁力模板4来料后，主控单元通过装配平台控制单元将磁力模板4运送到待装区域，随后通过双目相机控制单元采集图像进行磁力模板4的粗定位以及识别，完成该型号磁力模板4装填路径规划，步骤如下：

41)从粗定位图像中识别出待装磁块的轮廓及关键特征点；

42)从待装磁块模板图像中提取装配点的图像坐标；

44)将粗定位提取的坐标转换到桁架机器人坐标系下；

45)装填路径规划，获得最佳的装填路线。

步骤5，紧接着通过桁架机器人控制单元带动磁力模板装填总成2移动到装填规划后的起始装填位置，然后通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别以提高装填精度，保证装填无误，如果此时发现装填位置出现偏差，磁力模板装填总成控制单元控制DD马达旋转完成对偏差量的修正，最后再控制电磁阀组进行气缸装填动作，保证装填无误。

通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别步骤如下：

51)采集待装配点图像；

52)提取待装位置的边缘信息，拟合出待装配位置的范围；

54)将特征位置的图像坐标转换到桁架机器人坐标系下。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种柔性装配机器人，其特征在于，包括：

磁力模板装填总成控制单元，控制磁力模板完成对偏差量的修正，再控制气缸装填动作，实现磁力模板装填无误；

所述装配平台（3）固定于地面，桁架系统（1）架设在装配平台（3）上方，多组磁力模板装填总成（2）设在磁力模板（4）上，并与桁架系统（1）上的运动机构相连；在桁架系统（1）上设有双目相机总成支架（5）；还包括设在装配平台（3）前端的上料装置（7）和电控柜（8）；主控单元装在电控柜中；

所述磁力模板装填总成（2）包括装填总成骨架（9），装填总成骨架（9）上固定有多个升降圆筒（25），在所述装填总成骨架（9）顶部固定有精定位相机（10），底部固定有上料机构，两侧固定电磁阀组（12）和调压阀（13），前端固定切料气缸（28）；光源（11）设在上料机构底部；

所述上料机构包括与装填总成骨架（9）连接的上料装置固定板（20），上料装置固定板（20）上设有装入磁块料排（15）的料盒（16），送料气缸（14）固定在料盒（16）上方，拨料装置（17）设在料盒（16）端部并通过拨料气缸（19）推送磁块料排（15），气缸位置检测传感器（18）安装在拨料气缸（19）的两端。

2.根据权利要求1所述的柔性装配机器人，其特征在于，所述升降圆筒（25）上设有DD马达（21），磁块爪手（22）连接在升降圆筒（25）下方，磁块爪手（22）上安装有缓冲器（23），极性检测及装填到位检测装置（24）嵌入在磁块爪手（22）内；升降圆筒（25）内上下分别设有一级下压气缸（26）和二级下压气缸（27）。

3.一种权利要求1所述的柔性装配机器人的磁力模板装配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤3，系统缺料时需要人工补充磁块，主控单元接收到补料完成命令后通过上料装置控制单元将磁块料排（15）推入料盒（16）中，等待装配；

步骤4，当上游工位磁力模板（4）来料后，主控单元通过装配平台控制单元将磁力模板（4）运送到待装区域，随后通过双目相机控制单元采集图像进行磁力模板（4）的粗定位以及识别，完成磁力模板（4）装填路径规划；

步骤5，通过桁架机器人控制单元带动磁力模板装填总成（2）移动到装填规划后的起始装填位置，然后通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别，如果装填位置出现偏差，磁力模板装填总成控制单元控制DD马达（21）旋转完成对偏差量的修正，再控制电磁阀组（12）进行气缸装填动作。

4.根据权利要求3所述的柔性装配机器人的磁力模板装配方法，其特征在于，所述步骤4中，通过双目相机控制单元采集图像进行磁力模板（4）的粗定位以及识别，完成磁力模板（4）装填路径规划，包括如下步骤：

41）从粗定位图像中识别出待装磁块的轮廓及关键特征点；

42）从待装磁块模板图像中提取装配点的图像坐标；

43）根据粗定位图像工件的外形轮廓及特征点，利用映射关系将模板图中装配点的坐标转换到粗定位图像中；

44）将粗定位提取的坐标转换到桁架机器人坐标系下；

45）装填路径规划，获得最佳的装填路线。

5.根据权利要求3所述的柔性装配机器人的磁力模板装配方法，其特征在于，所述步骤5中，通过精定位相机控制单元对待装位置进行精确识别，包括如下步骤：

51）采集待装配点图像；

52）提取待装位置的边缘信息，拟合出待装配位置的范围；

53）在待装位置的边缘所处的范围内，精确提取特征位置的坐标；

54）将特征位置的图像坐标转换到桁架机器人坐标系下。