[发明专利]工业机器人自我装配系统及方法

权利要求书

1.工业机器人自我装配系统，包括机械部分和控制部分，其特征在于：

机械部分包括装配机器人、拧螺钉机器人、夹持机构、拧钉装置和装配平台，所述装配机器人、拧螺钉机器人与装配平台固定在同一基准面上，所述装配机器人末端安装有夹持机构，所述拧螺钉机器人末端安装有拧钉装置；

控制部分包括机器人控制器、视觉控制器、视觉相机、驱动器、电机、码盘和力传感器，视觉相机与力传感器被固定安装在装配机器人末端，视觉相机与视觉控制器电性连接，力传感器与机器人控制器电性连接，机器人控制器与视觉控制器电性连接，所述机器人控制器、驱动器和电机依次电性连接，电机通过传动装置连接装配机器人和拧螺钉机器人，电机上设有码盘，所述码盘分别与机器人控制器和驱动器电性连接；

机器人控制器内设有轨迹规划模块、机器人学计算模块、装配调度模块、以太网通信模块、力控制计算模块、力传感器采集模块和其他基础模块；视觉控制器内设有图像计算模块、以太网通信模块和数据采集模块，机器人控制器内的以太网通信模块和视觉控制器内的以太网通信模块通过TCP协议连接。

2.根据权利要求1所述的工业机器人自我装配系统，其特征在于：所述装配机器人和拧螺钉机器人均为至少四个自由度机械臂机器人。

3.根据权利要求2所述的工业机器人自我装配系统，其特征在于：所述装配机器人和拧螺钉机器人均为六个自由度机械臂机器人。

4.根据权利要求1所述的工业机器人自我装配系统，其特征在于：所述视觉相机采用工业相机或者智能相机。

5.根据权利要求1所述的工业机器人自我装配系统，其特征在于：所述力传感器为六维力传感器。

6.工业机器人自我装配方法，其特征在于：

步骤1，使装有视觉相机的装配机器人末端运动至装配件上方，装配机器人通过示教及轨迹规划生产一系列运动轨迹点；

步骤2，视觉相机对装配件进行拍照，通过图像计算模块计算出装配件的位置与姿态，并将计算结果传输至装配机器人控制器；

步骤3，装配机器人通过运动计算模块将所述装配件位置与姿势进行计算，解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传至装配机器人驱动器；

步骤4，装配机器人驱动器以驱动电机的方式促使机器人完成上述位姿运动，到达所述装配件抓取处；

步骤5，所述装配机器人通过装配调度模块抓起装配件，运动至被装配件拍照处；

步骤6，所述视觉相机对被装配件进行拍照，通过图像计算模块计算出被装配件的位姿以及螺钉孔位置，并将计算结果传输至所述装配机器人控制器；

步骤7，所述装配机器人通过运动计算模块将上述被装配件位姿进行计算，解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传至所述装配机器人驱动器；

步骤8，所述装配机器人驱动器以驱动电机的方式促使机器人完成上述位姿运动，夹持着装配件运动至被装配件上方；

步骤9，所述装配机器人利用力控制计算模块，对装配件进行柔性装配，直至装配件完全嵌入被装配件；

步骤10，所述拧螺钉机器人带着拧钉装置运动至事先示教好的位置，夹取螺钉；

步骤11，所述视觉计算模块将螺钉孔位置传输至所述拧螺钉机器人控制器中，拧螺钉机器人通过运动计算模块将上述螺钉孔位置进行计算，解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传至所述拧螺钉机器人驱动器；

步骤12，所述拧螺钉机器人驱动器以驱动电机的方式促使机器人完成上述运动，直至拧钉装置与螺钉到达螺钉孔位置；

步骤13，所述拧钉装置自动将螺钉拧入螺钉孔，至此完成整个装配工作。

7.根据权利要求6所述的工业机器人自我方法，其特征在于：所述步骤1包含示教部分和轨迹规划部分，示教部分通过轨迹规划模块控制所述装配机器人在笛卡尔空间和关节空间下进行点动，直至所述装配机器人手臂末端所夹持的装配轴达到装配工件上的装配孔正上方微小距离(该距离根据需求设定)后记录下关键的示教点，轨迹规划部分通过轨迹规划模块将示教点解析成平滑的样条曲线，再将样条曲线按照时间点离散化成运动轨迹点。

8.根据权利要求6所述的工业机器人自我装配方法，其特征在于：所述步骤9所述力控制计算模块分为接触阶段、搜索阶段、嵌入阶段：

接触阶段，所述装配机器人夹着装配件通过力/位混合控制方式向被装配件运动，直至装配件与被装配件发生接触，产生接触力，该接触力由安装在机器人末端的力传感器测量出，当接触力达到事先设定好的阈值时，表示装配件与被装配件接触完成；

搜索阶段，使装配件沿装配平面进行搜索运动，搜索的同时采用力/位混合控制技术，直至力传感器测量值达到事先设定好的阈值内，表示装配件已经搜索到装配孔；

嵌入阶段，嵌入过程中对装配件进行姿态力控制，三个方向的位置进行位置控制、三个方向的姿态进行力控制的力/位混合控制，从而使装配件嵌入到装配孔中，完成装配工作。