CN110561415A - 一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法 - Google Patents

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张书铭
杨波
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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法，包括装配平台模块、第一机器人模块、第二机器人模块和总控模块；装配平台模块上设有机器视觉模块和工件暂存模块；第一机器人模块和/或第二机器人模块从工件暂存模块中取出待装配的工件，并放置在装配平台模块上；机器视觉模块计算出工件位置偏差，并反馈给总控模块，由总控模块控制第一机器人模块和/或第二机器人模块进行运动路径偏差补偿，由第一机器人模块和/或第二机器人模块基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入指定位置。本发明利用机器视觉技术获取工件的位置偏差，并反馈给机器人模块，通过对机器人模块路径补偿，达到补偿工件位置偏差的目的，从而完成对工件的精密装配工作。

Description

一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法
技术领域
本发明属于工业机器人应用技术领域，具体涉及一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法。
背景技术
随着工业机器人研究技术日趋成熟、现代制造业对自动化生产的需求迫切，工业机器人被广泛的应用到现代化的生产中。随着机器人技术的变革，智能工厂已成为未来工厂的发展趋势，工厂智能化程度越高就意味着工业生产环境更为复杂。将机器视觉技术应用于工业机器人的工作领域，利用机器视觉技术获取工件及其周围环境的信息，从中识别出所要的操作的目标物体，并能做出决策来引导工业机器人完成对目标物体的抓取、放置、装配等操作，具有提高产品的质量和生产效率、降低用人成本等优点。集成机器视觉的机器人控制系统将是未来机器人应用技术的发展趋势。
现有技术中通常采用提高工件的定位精度，来解决机器人在装配过程中的误差。这种方法对工件定位装置的精度要求高，柔性差，制造成本高，因此，目前市场上还缺乏经济、实用的解决方案。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法，利用机器视觉技术获取工件及其周围环境的信息，从中识别出所要的操作的目标工件，并能做出决策来引导双机器人协同完成对目标工件的装配工作。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，包括装配平台模块、第一机器人模块、第二机器人模块和总控模块；
所述装配平台模块上设有机器视觉模块和工件暂存模块；
所述第一机器人模块和/或第二机器人模块从工件暂存模块中取出待装配的工件，并放置在所述装配平台模块上；所述机器视觉模块对待装配的工件的实际位置和预设位置进行偏差计算获得位置偏差，并将所述位置偏差反馈给总控模块，由总控模块将位置偏差反馈给第一机器人模块和/或第二机器人模块，对第一机器人模块和/或第二机器人模块的运动路径进行偏差补偿，最后由第一机器人模块和/或第二机器人模块基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入指定位置。
作为本发明的进一步改进，所述基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统还包括工件装配模块，所述第一机器人模块和/或第二机器人模块基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入至其内部。
作为本发明的进一步改进，所述基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统还包括成品存储模块，用于供第一机器人模块或第二机器人模块将工件装配模块中的成品放入其内进行保存。
作为本发明的进一步改进，所述第一机器人模块包括第一机器人底座，所述第一机器人底座上设有第一机器人，所述第一机器人的末端设有第一气缸，所述第一气缸的输出端连接有第一夹爪。
作为本发明的进一步改进，所述第二机器人模块包括第二机器人底座，所述第二机器人底座上设有第二机器人，所述第二机器人的末端设有第二气缸，所述第二气缸的输出端连接有第二夹爪。
作为本发明的进一步改进，所述装配平台模块包括机架、工作面板和线路板；
所述工作面板设于所述机架上；
所述线路板设于所述机架的内部，其上设有若干个电气元件。
作为本发明的进一步改进，所述机器视觉模块包括第一图像采集件、第一光源、第二图像采集件和第二光源，所述第一光源为第一图像采集件提供需要的光亮度；所述第二光源为第二图像采集件提供需要的光亮度；
所述第一图像采集件和第一光源相对设置；所述第二图像采集件和第二光源相对设置；
所述第一图像采集件和第一光源之间的连线垂直于第二图像采集件和第二光源之间的连线。
作为本发明的进一步改进，所述工件暂存模块包括工件暂存模块底座、料仓底座和工件暂存模块外罩；所述工件暂存模块底座上设有第一滑轨和第一限位块，第一限位块上装有弹簧柱塞；所述料仓底座安装在第一滑轨上，且料仓底座上设有第二滑轨，所述第二滑轨垂直第一滑轨，第二滑轨上装有L型连接块，所述L型连接块上连接有料仓侧板，各第二滑轨之间装有第二限位块，第二限位块上装有弹簧柱塞；所述工件暂存模块外罩安装在工件暂存模块底座上，且工件暂存模块外罩上设有供料仓穿过的第一缺口。
作为本发明的进一步改进，所述工件装配模块包括第三气缸、第三夹爪和工件装配模块外罩，所述第三气缸的输出端与所述第三夹爪相连；
所述工件装配模块外罩设在所述第三气缸上，且设有用于供第三夹爪穿过的第二缺口。
作为本发明的进一步改进，所述总控模块包括总控柜、与第一机器人模块相连的第一机器人控制柜，以及与第二机器人相连的第二机器人控制柜，所述总控柜分别与所述第一机器人控制柜和第二机器人控制柜相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统及方法，结构简单、成本低、使用方便，利用机器视觉技术获取工件的位置信息计算出工件位置的偏差值，并反馈给总控模块，总控模块将工件的位置偏差反馈给第一机器人或第二机器人模块，对第一机器人模块或第二机器人模块接下来的运动路径进行偏差补偿，从而引导双机器人完成对目标工件的精密装配工作。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1本发明一个实施例的基于机器视觉的双机器人协同装配平台；
图2本发明一个实施例的装配平台模块；
图3本发明一个实施例的其他模块在装配平台模块上的安装示意图；
图4本发明一个实施例的工件暂存模块；
图5本发明一个实施例的工件装配模块；
图6本发明一个实施例的鲁班锁；
图中：100、第一机器人模块；101、第一机器人；102、第一气缸；103、第一夹爪；104、第一机器人底座；200、第二机器人模块；201、第二机器人；202、第二气缸；203、第二夹爪；204、第二机器人底座；300、装配平台模块；301、机架；302、亚克力板；303、亚克力门；304工作面板；305、电气元件；306、线路板；400、机器视觉模块；401、第一图像采集件；402、第一光源；403、第二图像采集件；404、第二光源；500、工件暂存模块；501、工件暂存模块底座；502、第一滑轨；503、第一限位块；504、弹簧柱塞；505、料仓底座；506、第二滑轨；507、L型连接块；508、料仓侧板；509、第二限位块；510、工件暂存模块外罩；511、料仓；600、工件装配模块；601、第三气缸；602、夹爪；603、工件装配模块外罩；700、成品存储模块；800、总控模块；801、总控柜；802、第一机器人控制柜；803、第二机器人控制柜；900、鲁班锁；901、第一工件；902、第二工件；903、第三工件；904、第四工件；905、第五工件；906、第六工件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1-6所示，本发明实施例中的基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，具体包括：装配平台模块300、第一机器人模块100、第二机器人模块200和总控模块800；
所述装配平台模块300上设有机器视觉模块400、工件暂存模块500和工件装配模块600；
所述第一机器人模块100和/或第二机器人模块200从工件暂存模块500中取出待装配的工件，并放置在所述装配平台模块300上；
所述机器视觉模块400对待装配的工件的实际位置和预设位置进行偏差计算获得位置偏差，该计算过程可以采用现有技术实现，本发明实施例中不做过多的赘述，并将所述位置偏差反馈给总控模块800，由总控模块800将位置偏差反馈给第一机器人模块100和/或第二机器人模块200，对第一机器人模块100和/或第二机器人模块200的运动路径进行偏差补偿，最后由第一机器人模块100和/或第二机器人模块200基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入指定位置。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，
所述装配平台模块300包括机架301、工作面板304和线路板306；所述工作面板304设于所述机架301上，优选设于机架301的顶表面上；所述线路板306设于所述机架301的内部，其上设有若干个电气元件305；具体实施时，所述机架301可以由铝型材搭建而成，机架301的其中三面用亚克力板302封住，一面为亚克力门303；
所述第一机器人模块100和第二机器人模块200分别设置在所述装配平台模块300的相对两侧；所述第一机器人模块100包括第一机器人底座104，所述第一机器人底座104上设有第一机器人101，所述第一机器人101的末端设有第一气缸102，所述第一气缸102的输出端连接有第一夹爪103。所述第二机器人模块200包括第二机器人底座204，所述第二机器人底座204上设有第二机器人201，所述第二机器人201的末端设有第二气缸202，所述第二气缸202的输出端连接有第二夹爪203。
所述机器视觉模块400包括第一图像采集件401、第一光源402、第二图像采集件403和第二光源404，所述第一光源402为第一图像采集件401提供需要的光亮度；所述第二光源404为第二图像采集件403提供需要的光亮度；优选地，所述第一图像采集件401和第一光源402相对设置；所述第二图像采集件403和第二光源404相对设置；所述第一图像采集件401和第一光源402之间的连线垂直于第二图像采集件403和第二光源404之间的连线。
所述工件暂存模块500包括工件暂存模块底座501、料仓底座505和工件暂存模块外罩510；所述工件暂存模块底座501上设有第一滑轨502和第一限位块503，第一限位块503上装有弹簧柱塞504；所述料仓底座505安装在第一滑轨502上，且料仓底座505上设有第二滑轨506，所述第二滑轨506垂直第一滑轨502，第二滑轨506上装有L型连接块507，所述L型连接块507上连接有料仓侧板508，各第二滑轨506之间装有第二限位块509，第二限位块509上装有弹簧柱塞；所述工件暂存模块外罩510安装在工件暂存模块底座501上，且工件暂存模块外罩510上设有供料仓511穿过的第一缺口，本发明实施例中的工件暂存模块是柔性机构，料仓511能在平面上沿第一滑轨和第二滑轨的方向做适量移动。
所述工件装配模块600包括第三气缸601和工件装配模块外罩603，所述第三气缸601的输出端连接有第三夹爪602；所述工件装配模块外罩603设在所述第三气缸601上，且设有用于供第三夹爪602穿过的第二缺口。
所述总控模块800包括总控柜801与第一机器人模块100相连的第一机器人控制柜802，以及与第二机器人201相连的第二机器人控制柜803，所述总控柜801分别与所述第一机器人控制柜802和第二机器人控制柜803相连。
鲁班锁有6个工件构成，鲁班锁的第一工件901放在料仓近第一机器人101侧的第一库位，第一工件901旁边依次是第三工件903、第四工件904、第六工件906、第五工件905和第二工件902。综上所述，在利用本发明实施例中的基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统的进行鲁班锁的装配时，工作原理具体为：
首先，总控模块800调用第一机器人101和第二机器人201事先编好的程序分别抓取料仓511里的第一工件901和第二工件902到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第一工件901和第二工件902的位置信息，计算出第一工件901和第二工件902的位置偏差，并将偏差值传送给总控模块800，总控模块800将第一工件901的位置偏差传送给第一机器人101，将第二工件902的偏差值传送给第二机器人201，第一机器人101和第二机器人201补偿对应的偏差值，从而将第一工件901和第二工件902放到工件装配模块600中，此时第三气缸601关闭；
然后，总控模块800调用第一机器人101事先编好的程序抓取料仓511里的第三工件903到机器视觉模块400中进行拍照，与此同时总控模块800调用第二机器人201事先编好的程序回到原点，机器视觉模块400拍下第三工件903的位置信息，计算出第三工件903的位置偏差，并将偏差值传送给总控模块800，总控模块800将偏差值传递给第一机器人101，第一机器人101补偿此偏差值，从而将第三工件903装配到第一工件901和第二工件902之间的缺口中。
接下来，总控模块800调用第一机器人101和第二机器人201事先编好的程序分别抓取料仓511里的第四工件904和第五工件905到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第四工件904和第五工件905的位置信息，计算出第四工件904和第五工件905的位置偏差，并将偏差值传送给总控模块800，总控模块800将第四工件904的偏差值传送给第一机器人101，将第五工件905的偏差值传送给第二机器人201，第一机器人101和第二机器人201补偿对应的偏差值，从而将第四工件904和第五工件905装配到第三工件903上，且在第一工件901和第二工件902两侧。
再接下来，总控模块800调用第一机器人101事先编好的程序抓取料仓里511的第六工件906到机器视觉模块400中进行拍照，与此同时总控模块800调用第二机器人201事先编好的程序回到原点，机器视觉模块400拍下第六工件906的位置信息，计算出第六工件906的位置偏差，并将偏差值传送总控模块800，总控模块800将偏差值传送给第一机器人101，第一机器人101补偿此偏差值，从而将第六工件906装配到以上五个工件间的方形缺口中，第一机器人回到原点，从而完成鲁班锁900的装配。
实施例2
本发明实施例与实施例的1的区别在于：
所述成品存储模块700，用于供第一机器人模块100或第二机器人模块200将工件装配模块600中的成品放入其内进行保存。
综上所述，本发明实施例中的基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统的工作原理具体为：
首先，利用第一机器人101和第二机器人201按照事先编好的程序分别抓取料仓511里的第一工件901和第二工件902，并按照事先编好的程序将第一工件901和第二工件902放置到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第一工件901和第二工件902的位置信息，并计算出第一工件901和第二工件902的位置偏差，将偏差值传送第一机器人101和第二机器人201，第一机器人101和第二机器人201补偿对应的偏差值，将第一工件901和第二工件902放到工件装配模块600中，此时第三气缸601关闭；
然后，第一机器人101按照事先编好的程序分别抓取料仓511里的第三工件903，第二机器人201回到原点，然后第一机器人101按照事先编好的程序抓取第三工件903到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第三工件903的位置信息，机器视觉模块400计算出第三工件903的位置偏差，将偏差值传送第一机器人101，第一机器人101补偿此偏差值，将第三工件903装配到第一工件901和第二工件902之间的缺口中。
接下来，第一机器人101和第二机器人201按照事先编好的程序分别抓取料仓511里的第四工件904和第五工件905，然后按照事先编好的程序抓取第四工件904和第五工件905到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第四工件904和第五工件905的位置信息，并计算出第四工件904和第五工件905的位置偏差，将偏差值传送第一机器人101和第二机器人201，第一机器人101和第二机器人201补偿对应的偏差值，将第四工件904和第五工件905装配到第三工件903上，且在第一工件901和第二工件902两侧。
再接下来，第一机器人101按照事先编好的程序分别抓取料仓511里的第六工件906，第二机器人201回到原点，然后第一机器人101按照事先编好的程序抓取第三工件903到机器视觉模块400中进行拍照，机器视觉模块400拍下第六工件906的位置信息，机器视觉模块400计算出第六工件906的位置偏差，将偏差值传送第一机器人101，第一机器人101补偿此偏差值，将第六工件906装配到以上五个工件间的方形缺口中。
最后，第一机器人101按照之前编好的程序，抓取工件装配模块600中已经装配好的鲁班锁900，此时第三气缸601打开，第一机器人101将装配好的鲁班锁900放到成品存储模块700中，第一机器人101回到原点，从而完成整个流程。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：包括装配平台模块、第一机器人模块、第二机器人模块和总控模块；
所述装配平台模块上设有机器视觉模块和工件暂存模块；
所述第一机器人模块和/或第二机器人模块从工件暂存模块中取出待装配的工件，并放置在所述装配平台模块上；所述机器视觉模块对待装配的工件的实际位置和预设位置进行偏差计算获得位置偏差，并将所述位置偏差反馈给总控模块，由总控模块将位置偏差反馈给第一机器人模块和/或第二机器人模块，对第一机器人模块和/或第二机器人模块的运动路径进行偏差补偿，最后由第一机器人模块和/或第二机器人模块基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入指定位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统还包括工件装配模块，所述第一机器人模块和/或第二机器人模块基于偏差补偿过的运动路径将待装配的工件送入至其内部。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统还包括成品存储模块，用于供第一机器人模块或第二机器人模块将工件装配模块中的成品放入其内进行保存。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述第一机器人模块包括第一机器人底座，所述第一机器人底座上设有第一机器人，所述第一机器人的末端设有第一气缸，所述第一气缸的输出端连接有第一夹爪。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述第二机器人模块包括第二机器人底座，所述第二机器人底座上设有第二机器人，所述第二机器人的末端设有第二气缸，所述第二气缸的输出端连接有第二夹爪。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述装配平台模块包括机架、工作面板和线路板；
所述工作面板设于所述机架上；
所述线路板设于所述机架的内部，其上设有若干个电气元件。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述机器视觉模块包括第一图像采集件、第一光源、第二图像采集件和第二光源，所述第一光源为第一图像采集件提供需要的光亮度；所述第二光源为第二图像采集件提供需要的光亮度；
所述第一图像采集件和第一光源相对设置；所述第二图像采集件和第二光源相对设置；
所述第一图像采集件和第一光源之间的连线垂直于第二图像采集件和第二光源之间的连线。
8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述工件暂存模块包括工件暂存模块底座、料仓底座和工件暂存模块外罩；所述工件暂存模块底座上设有第一滑轨和第一限位块，第一限位块上装有弹簧柱塞；所述料仓底座安装在第一滑轨上，且料仓底座上设有第二滑轨，所述第二滑轨垂直第一滑轨，第二滑轨上装有L型连接块，所述L型连接块上连接有料仓侧板，各第二滑轨之间装有第二限位块，第二限位块上装有弹簧柱塞；所述工件暂存模块外罩安装在工件暂存模块底座上，且工件暂存模块外罩上设有供料仓穿过的第一缺口。
9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述工件装配模块包括第三气缸、第三夹爪和工件装配模块外罩，所述第三气缸的输出端与所述第三夹爪相连；
所述工件装配模块外罩设在所述第三气缸上，且设有用于供第三夹爪穿过的第二缺口。
10.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉补偿的双机器人协同装配系统，其特征在于：所述总控模块包括总控柜、与第一机器人模块相连的第一机器人控制柜，以及与第二机器人相连的第二机器人控制柜，所述总控柜分别与所述第一机器人控制柜和第二机器人控制柜相连。
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