CN109839075A - 一种机器人自动测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人应用技术领域，具体地说是一种机器人自动测量系统及测量方法，包括机器人、自动测量组件、托盘和输送线，其中自动测量组件设置于机器人的机械臂末端，所述自动测量组件包括连接架、力觉传感器、激光测距传感器和视觉传感器，所述力觉传感器与所述机器人的机械臂末端固连，所述连接架上端与所述力觉传感器固连，所述激光测距传感器和视觉传感器分设于所述连接架两侧，工件置于所述托盘上，所述托盘通过所述输送线送至测量工位，位于测量工位的工件通过所述自动测量组件测量，且所述自动测量组件通过所述机器人驱动移动，所述托盘上设有标定块。本发明采用主动测量机制，可对未知工件进行测量，可实现生产的高度柔性化和自动化。

Description

一种机器人自动测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及机器人应用技术领域，具体地说是一种机器人自动测量系统及测量方法。

背景技术

测量传感器根据测量原理，可分为接触式和非接触式两种。其中接触式测量原理是基于触觉传感器，比如常规3D坐标测量机即为接触式测量，其通过探针沿三个方向移动，使探头与工件表面接触，再通过探针上的力觉装置实现对物体测量；非接触式测量则是基于超声波、激光和视觉等传感器，该种传感器通过搭载移动平台也可实现对工件的测量。接触式传感器对于未知尺寸的工件很难实现自动测量；自动的非接触测量多采用被动触发方式，需要使非接触传感器运动到距工件一定距离，触发传感器才能向运动执行机构发送信号，使运动执行机构停止运动后，传感器进行检测。由上述可知，目前用于自动测量的设备很难具备高效自动在线检测能力。

实际生产实践中，尤其对大批量工业生产而言，对产品进行自动测量的需求日益迫切，另外随着自动化生产的不断推进，生产的各个环节都需要有高效、高柔性的自动化解决方案，而且工件的上料、装夹、加工、检测、装配等诸多生产环节都希望实现自动化生产要求。但现有设备均不能独立高效的完成工件检测，难以满足实际需要。

另外随着科技发展，标准机器人已经逐步应用于工业领域，如果能够将标准机器人纳入测量体系，将大大提高测量效率，能够满足企业自动化检测需求。但现有技术中还没有基于机器人的自动测量系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人自动测量系统及测量方法，采用主动测量机制，可以对未知工件进行测量，不需人工干预，可实现生产的高度柔性化和自动化。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种机器人自动测量系统，包括机器人、自动测量组件、托盘和输送线，其中自动测量组件设置于机器人的机械臂末端，所述自动测量组件包括连接架、力觉传感器、激光测距传感器和视觉传感器，所述力觉传感器与所述机器人的机械臂末端固连，所述连接架上端与所述力觉传感器固连，所述激光测距传感器和视觉传感器分设于所述连接架两侧，工件置于所述托盘上，所述托盘通过所述输送线送至测量工位，位于测量工位的工件通过所述自动测量组件测量，且所述自动测量组件通过所述机器人驱动移动，所述托盘上设有标定块。

所述力觉传感器上端通过一个转接法兰与所述机器人的机械臂末端固连。

所述输送线上设有限位传感器，且所述限位传感器通过所述托盘触碰发出信号控制机器人启动。

一种机器人自动测量系统的测量方法，其特征在于：

一、工件装卡在托盘上，所述托盘通过输送线输送到机器人的测量工位；

二、所述自动测量组件通过所述机器人驱动依次移动至工件上方、侧方和后方，并通过视觉传感器测量工件轮廓尺寸；

三、机器人系统根据步骤二中得到的工件轮廓尺寸确定工件上的待精确测量特征点以及机器人与工件之间的干涉区域，并根据所述待精确测量特征点和干涉区域规划出机器人机械臂末端的测量路径；

四、机器人的机械臂末端根据步骤三中规划的测量路径移动，并通过激光测距传感器测出与工件上的待精确测量特征点的距离值并反馈给机器人系统，机器人系统确定各个待精确测量特征点相对机器人坐标原点的坐标值；

五、机器人扫描托盘上的标定块，确认工件相对托盘坐标系的坐标值。

测量过程中，机器人的机械臂末端受力通过所述力觉传感器测量，当自动测量组件与工件发生干涉时，所述力觉传感器发出信号控制机器人停止运行。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明采用主动测量机制，可以对未知工件进行测量，不需人工干预，可实现生产的高度柔性化和自动化。

2、本发明机器人测量路径根据视觉传感器检测出的轮廓尺寸和干涉区域确定，机器人可根据计算出的测量轨迹高速运行，大幅提升检测效率。

3、本发明测量值可以直接为零件间特征的相对尺寸关系，或是零件相对托盘上标定点的相对位置关系，可减少机器人运动误差带来的检测精度误差，提高测量系统的精度。

4、本发明在机械臂末端搭载力觉传感器，可避免自动检测装置与工件发生碰撞的损伤，提高系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中的A处放大图，

图3为图1中本发明的工作状态示意图一，

图4为图1中本发明的工作状态示意图二。

其中，1为机器人，2为自动测量组件，21为转接法兰，22为力觉传感器，23为激光测距传感器，24为连接架，25为视觉传感器，3为工件，4为托盘，41为标定块，5为输送线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～4所示，本发明包括机器人1、自动测量组件2、托盘4和输送线5，其中自动测量组件2设置于机器人1的机械臂末端，所述自动测量组件2包括连接架24、力觉传感器22、激光测距传感器23和视觉传感器25，所述力觉传感器22与所述机器人1的机械臂末端固连，所述连接架24上端与所述力觉传感器22固连，所述激光测距传感器23和视觉传感器25分设于所述连接架24两侧，工件3置于所述托盘4上，且所述托盘4通过所述输送线5送至测量工位，位于测量工位的工件3通过所述自动测量组件2测量，且所述自动测量组件2通过所述机器人1驱动移动。

如图2所示，所述力觉传感器22上端通过一个转接法兰21与所述机器人1的机械臂末端固连。

如图1所示，在所述托盘4上设有标定块41，机器人1可以通过扫描托盘4上的标定块41确认工件3相对托盘4坐标系的位置。

在所述输送线5上设有限位传感器，托盘4移动到测量工位后触碰所述限位传感器，所述限位传感器发出信号使控制系统启动机器人1工作。

所述机器人1、力觉传感器22、激光测距传感器23、视觉传感器25和限位传感器均为本领域公知技术。

本发明的工作原理为：

如图1和图3～4所示，工件3装卡在托盘4上，并由输送线5输送到机器人1的测量工位，机器人1接收到托盘4到位指令后，分别在工件3上方、侧方和后方通过视觉传感器25初步测量其轮廓尺寸，再根据预先设定的特征识别程序，确定待精确测量特征点并生成机器人1与工件3的干涉区域，然后根据干涉区和待精确测量特征机器人1自动规划出机械臂末端的测量路径，机器人1的机械臂末端根据规划的测量路径依次运动到相应位置，并通过激光测距传感器23测出相对工件3待精确测量特征的精确距离值，并将距离值返回机器人1系统，机器人1系统运算出各个待精确测量特征点相对机器人1坐标原点的距离，从而得出各坐标点相对机器人1坐标原点的坐标值，再通过系统运算得出零件各特征尺寸的大小，此步检测为生产线加工前序，下一步需要得出托盘4与工件3相对位置，但输送线5及卡具之间往往定位不准确或无定位装置，机器人1可通过扫描托盘4上的标定块41，确认工件3相对托盘4坐标系的坐标值，整个测量完成，测量数据传输至生产控制系统，工件3通过输送线5送入生产线加工。机器人1系统确定待精确测量特征点和干涉区域、测量路径规划及坐标值均为本领域公知技术，

力觉传感器22可测量机器人1的机械臂末端受力变化，也即如果自动测量组件2与工件3发生干涉，力觉传感器22会立即向机器人1反馈信号，机器人将立即停止，从而可以对检测设备起到保护作用，这样机器人1可以提高实际运行速度，也可避免机器人1因程序错误造成检测设备碰撞损坏。

Claims (5)

1.一种机器人自动测量系统，其特征在于：包括机器人(1)、自动测量组件(2)、托盘(4)和输送线(5)，其中自动测量组件(2)设置于机器人(1)的机械臂末端，所述自动测量组件(2)包括连接架(24)、力觉传感器(22)、激光测距传感器(23)和视觉传感器(25)，所述力觉传感器(22)与所述机器人(1)的机械臂末端固连，所述连接架(24)上端与所述力觉传感器(22)固连，所述激光测距传感器(23)和视觉传感器(25)分设于所述连接架(24)两侧，工件(3)置于所述托盘(4)上，所述托盘(4)通过所述输送线(5)送至测量工位，位于测量工位的工件(3)通过所述自动测量组件(2)测量，且所述自动测量组件(2)通过所述机器人(1)驱动移动，所述托盘(4)上设有标定块(41)。

2.根据权利要求1所述的机器人自动测量系统，其特征在于：所述力觉传感器(22)上端通过一个转接法兰(21)与所述机器人(1)的机械臂末端固连。

3.根据权利要求1所述的机器人自动测量系统，其特征在于：所述输送线(5)上设有限位传感器，且所述限位传感器通过所述托盘(4)触碰发出信号控制机器人(1)启动。

4.一种根据权利要求1所述的机器人自动测量系统的测量方法，其特征在于：

一、工件(3)装卡在托盘(4)上，所述托盘(4)通过输送线(5)输送到机器人(1)的测量工位；

二、所述自动测量组件(2)通过所述机器人(1)驱动依次移动至工件(3)上方、侧方和后方，并通过视觉传感器(25)测量工件(3)轮廓尺寸；

三、机器人(1)系统根据步骤二中得到的工件(3)轮廓尺寸确定工件(3)上的待精确测量特征点以及机器人(1)与工件(3)之间的干涉区域，并根据所述待精确测量特征点和干涉区域规划出机器人(1)机械臂末端的测量路径；

四、机器人(1)的机械臂末端根据步骤三中规划的测量路径移动，并通过激光测距传感器(23)测出与工件(3)上的待精确测量特征点的距离值并反馈给机器人(1)系统，机器人(1)系统确定各个待精确测量特征点相对机器人(1)坐标原点的坐标值；

五、机器人(1)扫描托盘(4)上的标定块(41)，确认工件(3)相对托盘(4)坐标系的坐标值。

5.根据权利要求4所述的机器人自动测量系统的测量方法，其特征在于：测量过程中，机器人(1)的机械臂末端受力通过所述力觉传感器(22)测量，当自动测量组件(2)与工件(3)发生干涉时，所述力觉传感器(22)发出信号控制机器人(1)停止运行。