[发明专利]一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法

说明书

本发明公开了一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法，该系统采用3D视觉结构光装置对无序摆放的零件进行识别定位，并智能引导双臂机器人进行抓取和装配。3D视觉结构光装置通过可编程式DLP模块向零件投影相移条纹，并通过光耦转换模块触发双目工业相机同步采集图像，从而获取零件的高精度二维和三维数据；计算机根据零件的三维数据及CAD模型，可以计算出零件的六自由度位姿；视觉引导方法是通过手眼标定得出3D视觉结构光装置与双臂机器人的空间变换模型，并推导出装配过程中零件在任意位置下时双臂机器人的抓取姿态。本发明系统智能化和柔性化程度高，零件定位和装配精度高、速度快，灵活性强，可用于超精密装配等工业应用场景。

技术领域

本发明属于光学、机械、机器人、计算机视觉等多学科交叉的前沿研究领域，具体涉及一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法。

背景技术

随着我国经济和科技水平不断提高，在机械、汽车、工业、航空航天等领域，以工业机器人为主导的全自动化生产装配模式已经逐渐接替了传统以人工为主导的手工装配生产模式，大大提高了产品的生产效率，同时也减少了劳动成本。智能制造时代的到来对生产效率提出了更高的需求，要求生产线具备更好的柔性与智能化。

目前自动化装配线中的机器人大多采用示教编程或离线编程的方法，使机器人做点到点的运动，而实现较为复杂的运动轨迹是比较困难的，而且这类方法对待抓取的物体的摆放位置有一定的要求，例如，待抓取物体形状或工作环境改变时，就需要对程序进行重新编写，自动化程度并不高，无法达不到流水线的柔性化、智能化生产。部分行业将机器人与机器视觉技术结合起来，利用视觉引导机器人用于零部件的自动化组装、拆卸和搬运等过程中，而目前已有的一些基于视觉引导的智能机器人系统，例如ABB公司的双臂协作机器人Yumi，其视觉系统多为二维图像传感器，难以对复杂的三维场景进行感知，在智能制造的应用场景中仍需要人工进行操作。另外有些学者将深度相机，例如Kinect和Realsense等，应用到机器人3D视觉引导当中，但其捕获的三维数据通常只有5-10mm级精度，对于一些小型目标装配、装配精度要求高的场合无法满足要求。因此当前工业级应用中缺少一种能够对无序零件的六自由度姿态进行高精度视觉定位并引导装配的智能双臂机器人系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统及视觉引导方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于无序零件装配的智能双臂机器人系统，包括3D视觉结构光装置、左臂机器人、左臂夹爪、右臂机器人、右臂夹爪、机器人支架、计算机、左臂机器人控制器、右臂机器人控制器、左臂夹爪通信盒、右臂夹爪通信盒以及千兆网交换机；其中，左臂机器人与右臂机器人分别安装在机器人支架的两侧；左臂机器人控制器和右臂机器人控制器分别通过控制线缆与左臂机器人、右臂机器人连接；左臂夹爪和右臂夹爪分别安装在左臂机器人、右臂机器人的末端；左臂夹爪通信盒和右臂夹爪通信盒分别通过航插线与左臂夹爪、右臂夹爪连接，并且分别通过USB转串口线连接在计算机的USB接口上；左臂机器人控制器、右臂机器人控制器以及计算机分别通过网线连接在千兆网交换机的以太网接口上；

3D视觉结构光装置安装在机器人支架的顶部，用于对无序摆放的零件进行识别定位，并智能引导左臂机器人及右臂机器人进行抓取和装配。

本发明进一步的改进在于，所述3D视觉结构光装置包括光耦转换模块、底板、左目CMOS相机、左目镜头、编程式DLP投影模块、投影镜头、右目CMOS相机以及和右目镜头，用于获取零件A和零件B的二维和三维数据；其中，

左目CMOS相机与右目CMOS相机非平行放置，且分别通过USB线与计算机连接；可编程式DLP投影模块通过USB线与计算机连接；光耦转换模块的输入端与可编程式DLP投影模块的外触发接口连接，输出端分别与左目CMOS相机和右目CMOS相机的外触发接口连接；