[发明专利]工业机器人自我装配系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业机器人生产制造及智能应用领域，尤其涉及一种工业机器人自我装配系统。

背景技术

工业机器人和数控机床已经广泛应用于装配制造业，然而，一些高精度、重质量、结构复杂的零部件的装配过程依然采用人工装配，原因在于，传统的工业机器人与数控机床仅能进行编程重复性工作，无法应对环境中不确定性因素和突发事件。例如工业机器人主要零部件(底座、腰座、大臂、小臂、三轴、腕部)的装配作业，由于各种部件的结构多样性和复杂性、部件进料位姿的随机性等因素，导致了很难利用传统的工业机器人(位置控制型)和数控机床完成装配工作，而采用人工装配既费时费力又无法保证装配的一致性。

针对这类复杂工件的自动装配，研究人员进行了深入研究，其中201510142501号专利公开了一种用于工业机器人弹簧平衡缸的装配工装，该方法为人工装配机器人平衡缸提供了一种简易工装，但其不能够完成机器人的自动装配；CN101585137A专利中公开了一种多轴孔装配装置，该装配装置是根据刚性轴孔装配任务的特点，针对弹性多轴孔装配动作而设计的，但是他们都是采用单一的位置控制模式设计的，而对接触力不能够进行控制，不适用于对接触力要求较为严格的装配作业；CN102218652B号专利中提到柔顺性实现轴孔装配，但其是利用增大位置环增益完成的，可以实现对孔运动的情况下的轴孔装配作业，但其仍然是靠位置控制来实现轴孔装配，不能够对接触力进行控制，在对装配精度要求较高或刚度较低的工件进行装配作业时，其接触力的不可控性容易造成装配失败或者工件的损伤。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能够利用工业机器人视觉与力觉技术，实现机器人自我装配的系统。

本发明的技术方案为：

工业机器人自我装配系统，包括机械部分和控制部分；

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。

轨迹规划模块，用于规划出机器人运动轨迹；机器人学计算模块，用于进行机器人运动学与动力学相关计算，即根据运动轨迹计算出每周期机器人各关节的旋转角度，或根据各关节旋转角度计算出机器人末端位置；装配调度模块，根据机器人当前状态与装配阶段调度机器人后续装配工作；机器人控制器内的以太网通信模块，用以完成以太网通信工作，包括与视觉控制器、力觉传感器的通信工作；力控制计算模块，用来实时计算力/位混合控制算法，从而实现柔性装配；力传感器采集模块，用于将力觉传感器反馈信息采集处理，获得可靠的装配件接触力值；其他基础模块，用于支持机器人常规功能及操作，包含菜单及按键、线程调度、模式切换及状态监控等功能；图像计算模块，用于将视觉相机拍摄出来的图片进行识别计算；视觉控制器内的以太网通信模块，用于完成以太网通信相关工作；数据采集模块，用于采集来自相机的图像信息。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，所述视觉相机采用工业相机或者智能相机。

优选的，所述力传感器为六维力传感器，能够检测笛卡尔坐标系下三个轴向的力和绕三个坐标轴的力矩。

所述工业机器人自我装配方法包括以下步骤：

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；