CN115781252A - 一种基于双目视觉的智能装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于双目视觉的智能装配系统，包括：视觉检测机构、自动偏移装置，自动压装装置，机械限位机构；视觉检测机构用于实时获取待装配的轴与孔的图像，并对图像进行处理，获取轴孔位移量；自动偏移装置用于接收视觉检测机构传输的轴孔位移量，并向轴的调整机构发出指令以调整轴的位置，实现与视觉检测机构组成闭环调节装置，使轴和孔实现完全对中；机械限位机构用于限制孔所属的连接件移动，亦可支撑不同长度和直径的轴；自动压装装置用于接收自动偏移装置的信息，并使轴压装在机械限位机构限制的连接件的孔中。上述系统能实现对不同轴类零件和孔类零件的装夹，能满足不同轴类零件的自动装配。

Description

一种基于双目视觉的智能装配系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种基于双目视觉的智能装配系统。

背景技术

装配过程是工业领域生产周期中的最后一个环节，也是最为关键的一个环节，装配不当容易造成安全事故以及经济损失，一种有效快捷的装配方法和装置对生产有很重要的意义。轴类零件主要应用于机械产品中，轴主要和孔搭配使用，目前主流的轴类零件装配方法是人工敲击，此方法存在一定风险，操作人员操作不当容易发生安全事故，且对轴孔的损伤较大，机械中的轴孔装配不当，会严重影响轴孔连接和损坏机器。

目前，业内学者研究工业机器人在轴孔装配中的应用，如一种基于SARSA算法的机器人轴孔装配策略，来解决机器人装配任务中轴孔位姿不确定问题，提高了装配操作的成功率、效率和泛化能力，但是该研究只考虑了力信息，无法满足复杂的装配任务。业内还存在部分学者分析了冗余度双臂机器人进行轴孔装配的运动学约束关系，能顺利完成双臂协调插孔作业，但是成本较高，且适应范围较窄。

由此，机器人轴孔装配系统成为了轴孔装配的研究热点，但机器人自动轴孔装配与人相比差距很大，一方面过于关注运动轨迹，对运动意图和环境约束关注较少，另一方面机器人装配远没有达到优化整个装配过程的程度。存在部分学者通过制作工装来实现细长轴的装配，如一种细长轴类零件精密过盈配合的装配方法，其原理是通过压力设备直接压装法的方式压装，同时在压装方向相垂直的方向采用撞击装置反复敲击内套件使其震动，此方法容易造成零件的损坏，且装配难度较大。还有部分学者提出一种基于离心机的过渡配合长轴装卸装置，但是对轴的外形尺寸要求较高，无法满足不同尺寸轴类零件的装配。

鉴于各种装配的缺陷，亟需一种安全、高效、适应范围广的轴类零件装配方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于双目视觉的智能装配系统，该系统能实现对不同轴类零件和孔类零件的装夹，能满足不同轴类零件的自动装配。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种基于双目视觉的智能装配系统，其包括：

视觉检测机构、自动偏移装置，自动压装装置，机械限位机构；

所述视觉检测机构用于实时获取待装配连接件的轴与被连接件的孔的图像，并对该图像进行处理，获取轴孔相对位移量；

自动偏移装置用于支撑不同尺寸和不同直径的连接件，并接收所述视觉检测机构传输的轴孔相对位移量，并向轴的调整机构发出指令以调整轴的位置，借助于视觉检测机构组成闭环控制，使所述轴和所述孔实现完全对中；所述闭环控制指的是模块控制器向驱动器发出命令；驱动器向电机输送动力；电机的响应(速度和位置)被传回模块控制器，从而闭合环路。目的是让反馈与命令相匹配。所述位置包括角度调整和位移调整；

所述机械限位机构能够支持多尺寸和不同内径孔的被连接件，且用于限制所述孔所属的被连接件移动；

自动压装装置用于接收自动偏移装置的信息和视觉检测机构的信息，并使所述轴压装在机械限位机构限制的被连接件的孔中。

可选地，视觉检测结构包括：

第一视觉传感器、第二视觉传感器和视觉处理器；

所述第一视觉传感器设置在待加工的被连接件的正后方，以采集轴和孔的端面信息及轴、孔的变动信息，将采集的包括端面信息和变动信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述第二视觉传感器设置在待加工的连接件的正上方，采集连接件的移动信息和轴的角度变化信息，将采集的包括移动信息和角度变化信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述视觉处理器对所述图像进行处理，提取轴和孔三维坐标信息，并通过极限几何约束方式，得到轴孔相对位移量。

可选地，所述第一视觉传感器和第二视觉传感器均为CCD摄像机；

在使用之前，采用Matlab标定工具箱标定所述摄像机，以使两个摄像机的坐标一致；

所述视觉处理器将CCD摄像机传输的图像进行灰度化处理，并采用高斯滤波降噪方式进行降噪处理，并对降噪处理的图像进行二值化处理，获得二值化图像；

借助于Canny边缘检测算子获取图像中的轴、孔的位置信息，并计算轴、孔对中时轴所属的X、Y、Z轴需要的位移量以及轴的角度旋转量，或者使用双目视觉深度神经网络算法计算出轴端面的中心坐标A(x1、y1、z1)和孔端面的中心坐标B(x2、y2、z2)，然后计算轴、孔对中时轴所属的X、Y、Z轴向需要的位移量以及轴的角度旋转量，将该位移量作为轴孔相对位移量。

可选地，自动偏移装置包括：模块控制器、伺服驱动器、伺服电机滚珠丝杠模组；

模块控制器用于接收所述视觉检测机构传输的轴孔相对位移量，并解析所述轴孔相对位移量获得轴移动信息和角度旋转量，并转为伺服驱动器所能识别的轴移动信息和角度旋转量；

所述伺服驱动器用于接收模块控制器输出的转换后的轴移动信息和角度旋转量，并通过脉冲控制伺服电机滚珠丝杠模组中的轴位移伺服电机实现在X、Y、Z轴的位移和步进电机组件中的步进电机旋转，以使轴、孔实现对中。

可选地，伺服驱动器包括：与所述模块控制器电连接的X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、步进电机驱动器；

伺服电机滚珠丝杠模组包括：

与X轴伺服驱动器连接的X轴伺服电机；

与Y轴伺服驱动器连接的Y轴伺服电机；

与Z轴伺服驱动器连接的Z轴伺服电机；

与步进电机驱动器的步进电机，步进电机用于驱动连接件所在结构的滚珠丝杠组件，用于调整轴的角度；

模块控制器用于计算轴移动信息，还用于获取电机转动和丝杠传动的确定伺服驱动器释放的脉冲进而确定X轴、Y轴和Z轴伺服电机的转速以确定位移量。

可选地，模块控制器借助于步进电机驱动器控制步进电机，调整轴的姿态使轴与孔保持平行状态，然后通过依次控制X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器而控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，随着伺服电机的转动进而带动丝杠组件的运动，进而实现X、Y、Z轴向的位移，通过闭环调节方式实时将轴、孔实际位置与轴、孔目标位置的比较，迭代调节X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，直至轴与孔位置达到允许的位置，达到轴孔对中。

可选地，自动压装装置包括：一套伺服液压系统；

伺服液压系统包括：伺服液压泵站、液压油缸和控制单元；

控制单元基于全闭环数字控制方式调整伺服液压泵站的压力、速度、位置，并采用矢量控制和弱磁控制和专用PID控制算法，完成对伺服液压泵站泵的转矩和转速的控制，以按照需要的流量和压力供给，并控制液压油缸的推进；

以及控制单元基于自动偏移装置传输的信息进行处理，自动控制液压油缸与轴对齐，使液压油缸平稳推动轴运动，将轴装配至指定位置，且伺服液压系统基于自动偏移装置传输的实时信息和视觉检测机构传输的实时信息确认装配完成后对液压油缸卸压，完成轴的装配。

可选地，机械限位机构包括：轴支撑架和孔限位装置，

轴支撑架用于支撑多种尺寸和直径的轴，轴支撑架包括：位置固定的前支撑架，距离可调的后支撑架；前支撑架和后支撑架距离可调的设置在轴支撑架上；

轴支撑架上连接有用于调整轴的旋转角度的步进电机组件；

前支撑架、后支撑架各自的两个分块分别旋合于丝杠上，通过丝杠调整两个分块的距离从而适应不同和直径的轴，实现对不同长度和直径轴的支撑；

步进电机组件用于调整后支撑架左右移动，进而调整轴和孔的角度。

可选地，孔限位装置包括：工作平台、升降平台、横向限位块、纵向限位块，将带孔的被连接件和第一视觉传感器放置于工作平台、升降平台用于升降被连接件；

横向限位块通过螺栓安装至工作平台，通过工作平台上的横向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的横向位移，纵向限位块通过工作平台上的纵向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的纵向位移。

(三)有益效果

本发明的系统借助于视觉检测机构、自动偏移装置，自动压装装置，机械限位机构实现轴类装配的自动化，即实现了安全、高效、自动化装配，且使用范围广。

本发明配备的机械限位装置能实现对不同规格的轴和孔件的限位，能实现对大小不一、长度各异的轴的支撑，对不同形状的孔件也能进行限位，取消了传统方法手对轴的支撑，增加了安全性和便捷性。也防止轴在移动过程中产生轻微的跳动影响装配精度。

本发明配备的视觉检测机构能精确的识别轴孔的相对位置，实现真正意义上的对中，避免了目测产生的误差以及目测困难的难题。

本发明配备的伺服电机滚珠丝杠模组，能有效的实现轴与孔保持平行且能实现轴在X、Y、Z轴向自动调节高度，以保证轴与孔的自动对中，减少了装配过程中对轴的损伤，也降低了装配的难度。

本发明配备的伺服液压系统能自动压装轴，无需人工干预，与传统的人工装配相比，省时省力且安全，且能对压力和速度实现自动调节，装配过程无需敲打轴，减少轴的损伤。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种基于双目视觉的智能装配系统的侧面示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种基于双目视觉的智能装配系统的俯视示意图；

图3为本发明一实施例提供的自动偏移装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的机械限位机构的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的视觉处理器的处理流程示意图。

附图标记：

1：视觉检测机构；

2：自动偏移装置；

21：模块控制器、22：X轴伺服驱动器、23：X轴伺服电机、24：Y轴伺服驱动器、25：Y轴伺服电机、26：Z轴伺服驱动器、27：Z轴伺服电机、28：伺服电机滚珠丝杠模组、29：步进电机驱动器；

3：自动压装装置；

4：机械限位机构；

41：轴支撑架、42：孔限位装置。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

现有对大型轴类零件装配的研究较少，工业机器人和机械臂无法满足大型轴类零件装配，适应范围窄，现有工装设计方法又无法做到轴类零件的安全高效装配，故本发明提供一种结合双目视觉和伺服电机滚珠丝杆式模组的轴类零件智能装配系统。

如图1至图4所示，本发明实施例提供一种基于双目视觉的智能装配系统的结构示意图，该系统包括：

视觉检测机构1、自动偏移装置2，自动压装装置3，机械限位机构4；

所述视觉检测机构1用于实时获取待装配连接件的轴与被连接件的孔的图像，并对该图像进行处理，获取轴孔相对位移量(也称轴孔位移量)；

自动偏移装置2用于支撑不同尺寸和不同直径的连接件，并接收所述视觉检测机构传输的轴孔相对位移量，并向轴的调整机构发出指令以调整轴的位置，自动偏移装置借助于视觉检测机构组成闭环调节方式，使所述轴和所述孔实现完全对中；所述位置包括角度调整和位移调整；

所述机械限位机构4能够支持多尺寸和不同内径孔的被连接件，且用于限制所述孔所属的被连接件移动，本实施例中被连接件在开始装配之前被限制在固定位置，防止装配过程中滑动，该结构可手动装配，将被连接件放上工作台后，就用机械限位机构限制其位移，无需接收命令。

自动压装装置3用于接收自动偏移装置的信息和视觉检测机构的信息，并使所述轴压装在机械限位机构限制的被连接件的孔中。

具体地，视觉检测结构1包括：

第一视觉传感器、第二视觉传感器和视觉处理器；

所述第一视觉传感器设置在待加工的被连接件的正后方，以采集轴和孔的端面信息及轴、孔的变动信息，将采集的包括端面信息和变动信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述第二视觉传感器设置在待加工的连接件的正上方，采集连接件的移动信息和轴的角度变化信息，将采集的包括移动信息和角度变化信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述视觉处理器对所述图像进行处理，提取轴和孔三维坐标信息，并通过极限几何约束方式，得到轴孔相对位移量。

本实施例的第一视觉传感器和第二视觉传感器均可为CCD摄像机；利用双目视觉来收集多维度信息，双目视觉由两台CCD摄像机组成，通过两个相对位置已知的摄像机同时拍摄目标，获取物体的两幅图像。

在使用之前，采用Matlab标定工具箱标定所述摄像机，以使两个摄像机的坐标一致，如图5所示的标定步骤，视觉处理器先读取各自的图像，并对各个摄像机的焦点检测，接着实现结构转换，进而实现各个摄像机的内参计算和外参计算，并误差分析，输出结果，最后释放内存。

所述视觉处理器将CCD摄像机传输的图像进行灰度化处理，并采用高斯滤波降噪方式进行降噪处理，并对降噪处理的图像进行二值化处理，获得二值化图像；

借助于Canny边缘检测算子获取图像中的轴、孔的位置信息，并计算轴、孔对中时轴所属的X、Y、Z轴需要的位移量以及轴对应的角度旋转量，或者使用双目视觉深度神经网络算法计算出轴端面的中心坐标A(x1、y1、z1)和孔端面的中心坐标B(x2、y2、z2)，然后计算轴、孔对中时X、Y、Z轴需要的位移量以及轴的角度旋转量，将该位移量作为轴孔位移量。

在实际应用中，视觉处理器从中提取目标的特征点进行立体匹配，通过极限几何约束原理得到目标的三维点左边，双目视觉搭建好之后，需要进行摄像机标定，摄像机标定就是指求取摄像机的内外参数矩阵以及畸变参数的过程，本实施例的摄像机标定采用Matlab标定工具箱标定。

视觉处理器接收两个视觉传感器发送过来的图像。将图像进行处理，首先将图像进行灰度化处理，灰度化的目的主要是减少冗余信息，增加计算速度。灰度化处理之后需要对数据进行滤波降噪，选用高斯滤波降噪，进一步减少无用信息对数据处理的影响，随后将图像二值化分割，经过二值化分割的数据，黑色取灰度值0，白色取灰度值1，只有黑白两色灰度值，图像数据结构相对简单，易于分析和特征描述，使关键信息一目了然。再进行边缘信息提取，通过不同边缘算子的结果比较，选用Canny边缘检测算子能有效的对图像边缘特征进行提取。将提取到的孔、轴位置信息进行比较，计算轴、孔对中时X、Y、Z轴需要的位移量，将信息传递给自动偏移装置。

进一步地，自动偏移装置包括：模块控制器、伺服驱动器、伺服电机滚珠丝杠模组；

模块控制器用于接收所述视觉检测机构传输的轴孔位移量，并解析所述轴孔位移量获得轴移动信息和角度旋转量，并转为伺服驱动器所能识别的轴移动信息和角度旋转量；

所述伺服驱动器用于接收模块控制器输出的转换后的轴移动信息和角度旋转量，并通过脉冲控制伺服电机滚珠丝杠模组中的轴位移伺服电机实现在X、Y、Z轴的位移和步进电机组件中的步进电机旋转，以使轴、孔实现对中。本实施例中轴与孔的偏移量达到所允许的阈值内，即轴与孔如果实现了对中，此时，伺服电机滚珠丝杠式模组不再运动，模块控制器控制液压油缸来压紧轴，来把轴压进孔内。

本实施例中伺服电机滚珠丝杠式模组用于调整轴的位移，步进电机组件用于微调轴的角度，进而最后实现轴孔平行对中。本实施例中孔不需要移动，孔的被连接件处于静止状态。

本实施例的伺服驱动器包括：与所述模块控制器电连接的X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、步进电机驱动器；

伺服电机滚珠丝杠模组包括：

与X轴伺服驱动器连接的X轴伺服电机；

与Y轴伺服驱动器连接的Y轴伺服电机；

与Z轴伺服驱动器连接的Z轴伺服电机；

与步进电机驱动器的步进电机，步进电机用于驱动滚珠丝杠组件；步进电机用于微调前支撑架的，微调轴的角度，使其与孔平行。滚珠丝杠组件是一种常用的传动元件，主要是将旋转运动转换成线性运动，本实施例中将滚珠丝杠组件连接伺服电机，可将电机的转动转换为丝杠组件的直线运动，从而控制工作平台的X、Y、Z轴向的移动。

模块控制器用于计算轴移动信息和孔移动信息，还用于获取电机转动和丝杠传动比来确定伺服驱动器释放的脉冲进而确定电机的转速以确定位移量，模块控制器通过视觉处理器所传达的轴孔之间的偏差来确定三个轴电机转动的速率和丝杠传动的速度，而三轴和伺服电机的伺服驱动器将计算到的速度和速率以脉冲的形式发送给电机，控制电机的转速，进而控制滚珠丝杠组件的传动速度，进而控制平台的位移量，由于伺服系统的闭环控制，使得伺服电机滚珠丝杠组件带动平台移动时有着高精度的优点，所谓伺服系统的闭环控制，指的是模块控制器向驱动器发出命令；驱动器向电机输送动力；电机的响应(速度和位置)被传回模块控制器，从而闭合环路。目的是让反馈与命令相匹配。如果目标的目标值与实际值存在误差，则驱动模块控制器发出新命令进行补偿，直至使实际值等于目标值。

具体地，模块控制器先控制步进电机，调整轴的姿态使轴与孔保持平行状态，然后通过依次控制X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器而控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，随着伺服电机的转动进而带动丝杠组件的运动，丝杠组件带动着平台的移动，进而实现X、Y、Z轴向的位移，由于X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机的闭环控制，通过闭环调节方式实时将轴、孔实际位置与轴、孔目标位置的比较，迭代调节X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，直至轴与孔位置达到允许的位置，达到轴孔对中。

自动偏移装置由模块控制器21、X轴伺服驱动器22、X轴伺服电机23、Y轴伺服驱动器24、Y轴伺服电机25、Z轴伺服驱动器26、Z轴伺服电机27、伺服电机滚珠丝杠模组28、步进电机驱动器29组成。

模块控制器在接受视觉检测机构计算的偏移量后结合电机转动和丝杠传动比来确定伺服驱动器释放的脉冲进而确定电机的转速，模块控制器先控制步进电机，调整轴的姿态使轴与孔保持平行状态，然后通过依次控制X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器而控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，随着伺服电机的转动进而带动丝杠组件的运动，进而实现X、Y、Z轴向的位移。

自动压装装置由一套伺服液压系统组成。伺服液压系统包括伺服液压泵站和液压油缸、控制单元。控制单元基于全闭环数字控制方式调整伺服液压泵站的压力、速度、位置，并采用矢量控制和弱磁控制和专用PID控制算法，完成对伺服液压泵站泵的转矩和转速的控制，以按照需要的流量和压力供给，并控制液压油缸的推进，以及控制单元基于自动偏移装置传输的信息进行处理，自动控制液压油缸与轴对齐，使液压油缸平稳推动轴运动，将轴装配至指定位置，且伺服液压系统基于自动偏移装置传输的实时信息和视觉检测机构传输的实时信息确认装配完成后对液压油缸卸压，完成轴的装配。特别说明的是，液压油缸与轴的位置信息，确保液压油缸和轴同心情况下，液压油缸才会升出。

机械限位机构由轴支撑架41和孔限位装置42组成。轴支撑架41可以通过调整后支撑架的位置从而调整轴前后支撑架的间距，从而适应不同长度的轴。通过丝杠调节轴支撑架内部两个分块左右的间距，从而适应不同和直径的轴，最终实现对不同长度和直径轴的支撑。

前后支撑架中前支撑架不动，后支撑架可移动，通过控制前后两支撑架的距离来适应不同长短的轴。前支撑架可分为左分块和右分块，用于调整轴的连接件的直径大小。前支撑架是由两个分块组成的，此处是指前支撑架两个分块通过丝杠连接，通过丝杠连接可调节两个分块的距离，使后支撑架变宽或变窄，后支撑架相同结构。

步进电机的丝杠组件放置在轴的连接件所在平台上，其用于对后支撑架上连接件的轴的角度调整实现微调。由于孔的被连接件和轴是人工放置在平台，不能保证绝对的平行，但也不会存在太大的偏差，因此使用步进电机组件是调整轴的角度，此处轴的角度变化控制在5°以内。举个例子假如轴的角度是这样”/”通过步进电机组件拖动轴的前端，使其水平“—”。具体的步进电机组件包括，步进电机驱动器、步进电机和其对应的滚珠丝杠模组，通过视觉传感器接收的信息判断轴和孔是否处于平行状态，若平行，则不需要调整，若不平行，则调整轴前端的角度，模块处理器将轴与孔平行所需要转动的角度信息发送给步进电机驱动器，步进电机传输脉冲给步进电机，步进电机通过带动滚珠丝杠移动来带动轴前端移动，达到调整轴姿态的作用，经过不断的反馈与补偿，最终使轴孔平行。本实施例中通过步进电机组件微调左右方向的位移。通过螺栓拧紧的方式控制其与前连接座的距离，如果轴比较短，可以将后支撑架往靠近的方向移动。如果遇到轴直径大的零件则通过左分块和右分块内部的丝杠来调节连接件的宽度。由于人为摆放轴和孔不能保证轴和孔绝对平行，但能保证轴和孔偏转的角度不大，故设置步进电机组件微调后支撑架的左右的位移，相当于微调轴的角度，保证轴孔能保持平行。

孔限位器采用机械装置限位，限制被连接件的X轴和Y轴的位移，孔限位器位置可调节，可以适应不同大小的部件，限制被连接件的位移可以避免在油缸推进轴过程中造成误差导致装配失败。

也就是说，机械限位机构包括：轴支撑架和孔限位装置，

轴支撑架用于支撑多种尺寸和直径的轴，轴支撑架包括：位置固定的前支撑架，距离可调的后支撑架；前支撑架和后支撑架距离可调的设置在轴支撑架上；

轴支撑架上连接有用于调整轴的旋转角度的步进电机组件；

前支撑架、后支撑架各自的两个分块分别旋合于丝杠上，通过丝杠调整两个分块的距离从而适应不同长度和直径的轴，实现对不同长度和直径轴的支撑；

步进电机组件用于调整后支撑架左右移动，进而调整轴和孔的角度。

进一步地，孔限位装置包括：工作平台、升降平台、横向限位块、纵向限位块，将带孔的被连接件和第一视觉传感器放置于工作平台、升降平台用于升降被连接件；

横向限位块通过螺栓安装至工作平台，通过工作平台上的横向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的横向位移，纵向限位块通过工作平台上的纵向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的纵向位移。就是先把被连接件放到工作平台上的升降平台上，然后再用螺栓固定限位块将被连接件固定好。横向限位块、纵向限位块采用机械装置限位，限制被连接件的X轴和Y轴的位移，孔限位器位置能够基于被连接件的尺寸进行调节限制被连接件的位移以避免在油缸推进轴过程中造成误差导致装配失败。

本实施例的智能装配系统可执行下述的流程：

第一、在使用此装置前需要进行摄像机的标定，完成标定后，根据轴的尺寸来调整轴支撑架的前后和左右间距，吊装轴至支撑架，吊装被连接件至平台，使用孔限位装置限制住被连接件，防止装配时被连接件活动导致装配失败。

第二、连接伺服电机、伺服电机驱动器、模块控制器、视觉传感器和视觉处理器，计算伺服电机脉冲、步进电机脉冲和丝杠组件移动距离的关系。

第三、轴放好后自动调节步进电机调节后支撑架使轴方向和孔方向平行，随后通过视觉检测识别轴、孔之间的距离，通过视觉处理器计算，命令发送至模块控制器，控制X、Y、Z轴伺服电机驱动来控制丝杠模块运动来控制轴X、Y、Z三个方向的位移，通过伺服电机的闭环控制达到孔与轴的对中，对中后视觉传感器检测轴孔距离，控制自动压紧装置进行轴的装配，通过伺服液压泵站控制液压油缸，推进轴入孔，达到目标位置后油缸卸压，完成整个装配流程。

上述系统实现了安全、高效、自动化装配，且使用范围广。具体地，机械限位装置能实现对不同规格的轴和孔件的限位，能实现对大小不一、长度各异的轴的支撑，对不同形状的孔件也能进行限位，取消了传统方法手对轴的支撑，增加了安全性和便捷性。也防止轴在移动过程中产生轻微的跳动影响装配精度。视觉检测机构能精确的识别轴孔的相对位置，实现真正意义上的对中，避免了目测产生的误差以及目测困难的难题。

伺服电机滚珠丝杠模组，能有效的实现轴与孔保持平行且能实现轴在X、Y、Z轴向自动调节高度，以保证轴与孔的自动对中，减少了装配过程中对轴的损伤，也降低了装配的难度。此外，伺服液压系统能自动压装轴，无需人工干预，与传统的人工装配相比，省时省力且安全，且能对压力和速度实现自动调节，装配过程无需敲打轴，减少轴的损伤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。

此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。

Claims (9)

1.一种基于双目视觉的智能装配系统，其特征在于，包括：

视觉检测机构、自动偏移装置，自动压装装置，机械限位机构；

所述视觉检测机构用于实时获取待装配连接件的轴与被连接件的孔的图像，并对该图像进行处理，获取轴孔相对位移量；

自动偏移装置用于支撑不同尺寸和不同直径的连接件，并接收所述视觉检测机构传输的轴孔相对位移量，并向轴的调整机构发出指令以调整轴的位置，借助于视觉检测机构组成闭环调节方式，使所述轴和所述孔实现完全对中；所述位置包括角度调整和位移调整；

所述机械限位机构能够支持多尺寸和不同内径孔的被连接件，且用于限制所述孔所属的被连接件移动；

自动压装装置用于接收自动偏移装置的信息和视觉检测机构的信息，并使所述轴压装在机械限位机构限制的被连接件的孔中。

2.根据权利要求1所述的智能装配系统，其特征在于，视觉检测结构包括：

第一视觉传感器、第二视觉传感器和视觉处理器；

所述第一视觉传感器设置在待加工的被连接件的正后方，以采集轴和孔的端面信息及轴、孔的变动信息，将采集的包括端面信息和变动信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述第二视觉传感器设置在待加工的连接件的正上方，采集连接件的移动信息和轴的角度变化信息，将采集的包括移动信息和角度变化信息的图像传输至所述视觉处理器；

所述视觉处理器对所述图像进行处理，提取轴和孔三维坐标信息，并通过极限几何约束方式，得到轴孔相对位移量。

3.根据权利要求2所述的智能装配系统，其特征在于，所述第一视觉传感器和第二视觉传感器均为CCD摄像机；

在使用之前，采用Matlab标定工具箱标定所述摄像机，以使两个摄像机的坐标一致；

所述视觉处理器将CCD摄像机传输的图像进行灰度化处理，并采用高斯滤波降噪方式进行降噪处理，并对降噪处理的图像进行二值化处理，获得二值化图像；

借助于Canny边缘检测算子获取图像中的轴、孔的位置信息，并计算轴、孔对中时轴所属的X、Y、Z轴需要的位移量以及轴的角度旋转量，或者使用双目视觉深度神经网络算法计算出轴端面的中心坐标A(x1、y1、z1)和孔端面的中心坐标B(x2、y2、z2)，然后计算轴、孔对中时轴所属的X、Y、Z轴向需要的位移量以及轴的角度旋转量，将该位移量作为轴孔相对位移量。

4.根据权利要求1或2所述的智能装配系统，其特征在于，

自动偏移装置包括：模块控制器、伺服驱动器、伺服电机滚珠丝杠模组；

模块控制器用于接收所述视觉检测机构传输的轴孔相对位移量，并解析所述轴孔相对位移量获得轴移动信息和角度旋转量，并转为伺服驱动器所能识别的轴移动信息和角度旋转量；

所述伺服驱动器用于接收模块控制器输出的转换后的轴移动信息和角度旋转量，并通过脉冲控制伺服电机滚珠丝杠模组中的轴位移伺服电机实现在X、Y、Z轴的位移和步进电机组件中的步进电机旋转，以使轴、孔实现对中。

5.根据权利要求4所述的智能装配系统，其特征在于，伺服驱动器包括：与所述模块控制器电连接的X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器、步进电机驱动器；

伺服电机滚珠丝杠模组包括：

与X轴伺服驱动器连接的X轴伺服电机；

与Y轴伺服驱动器连接的Y轴伺服电机；

与Z轴伺服驱动器连接的Z轴伺服电机；

与步进电机驱动器的步进电机，步进电机用于驱动连接件所在结构的滚珠丝杠组件，用于调整轴的角度；

模块控制器用于计算轴移动信息，还用于获取电机转动和丝杠传动的确定伺服驱动器释放的脉冲进而确定X轴、Y轴和Z轴伺服电机的转速以确定位移量。

6.根据权利要求5所述的智能装配系统，其特征在于，模块控制器借助于步进电机驱动器控制步进电机，调整轴的姿态使轴与孔保持平行状态，然后通过依次控制X轴伺服驱动器、Y轴伺服驱动器、Z轴伺服驱动器而控制X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，随着伺服电机的转动进而带动丝杠组件的运动，进而实现X、Y、Z轴向的位移，通过闭环调节方式实时将轴、孔实际位置与轴、孔目标位置的比较，迭代调节X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机，直至轴与孔位置达到允许的位置，达到轴孔对中。

7.根据权利要求4所述的智能装配系统，其特征在于，

自动压装装置包括：一套伺服液压系统；

伺服液压系统包括：伺服液压泵站、液压油缸和控制单元；

控制单元基于全闭环数字控制方式调整伺服液压泵站的压力、速度、位置，并采用矢量控制和弱磁控制和专用PID控制算法，完成对伺服液压泵站泵的转矩和转速的控制，以按照需要的流量和压力供给，并控制液压油缸的推进；

以及控制单元基于自动偏移装置传输的信息进行处理，自动控制液压油缸与轴对齐，使液压油缸平稳推动轴运动，将轴装配至指定位置，且伺服液压系统基于自动偏移装置传输的实时信息和视觉检测机构传输的实时信息确认装配完成后对液压油缸卸压，完成轴的装配。

8.根据权利要求4所述的智能装配系统，其特征在于，

机械限位机构包括：轴支撑架和孔限位装置，

轴支撑架用于支撑多种尺寸和直径的轴，轴支撑架包括：位置固定的前支撑架，距离可调的后支撑架；前支撑架和后支撑架距离可调的设置在轴支撑架上；

轴支撑架上连接有用于调整轴的旋转角度的步进电机组件；

前支撑架、后支撑架各自的两个分块分别旋合于丝杠上，通过丝杠调整两个分块的距离从而适应不同和直径的轴，实现对不同长度和直径轴的支撑；

步进电机组件用于调整后支撑架左右移动，进而调整轴和孔的角度。

9.根据权利要求8所述的智能装配系统，其特征在于，

孔限位装置包括：工作平台、升降平台、横向限位块、纵向限位块，将带孔的被连接件和第一视觉传感器放置于工作平台、升降平台用于升降被连接件；

横向限位块通过螺栓安装至工作平台，通过工作平台上的横向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的横向位移，纵向限位块通过工作平台上的纵向的腰型孔限制不同尺寸的被连接件的纵向位移。

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