具有视觉的自动机加工头及方法技术

本发明专利技术涉及一种具有视觉的自动机加工头以及方法，加工头包括：压力脚，其设置有能够打开和关闭的侧窗口，围绕机加工工具，联接至设置有机械锁定件的垂直移动设备；视觉装备，其连接至计算设备；以及通信模块。本发明专利技术提供的主要优势是，原来设计的用于汽车工业的机器人具有较低准确度，提供一种拟人机器人具有相当高的机加工准确度，等同于较大准确度的装备或者等同于平行运动学类型机器人，还由压力脚的压力实时以连续方式补偿偏心以及垂直度损失，偏心以及垂直度损失常见于常规头中并且是误差和不准确度的原因。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
正如标题所指示的，本说明书涉及具有视觉的自动机加工头，其是工业上使用的联接至拟人机器人臂的类型以执行各种机加工任务，尤其是钻孔和铆接，由机器人控制器模块控制，并且包括压力脚、包括连接至计算设备的视觉装备，以及包括计算设备和机器人控制器模块之间的通信模块，压力脚设置有能够打开和关闭的侧窗口并且围绕机加工工具，联接至设置有机械锁定件的轴向移动设备，通信模块允许视觉装备与机器人控制器相互作用，所有这些都具有特征操作方法。本专利技术主要涉及但是不专门涉及机加工头的领域，尤其是用于钻孔和铆接，其联接至拟人机器人臂。
技术介绍
拟人机器人在当前是公知的，广泛使用于工业中，尤其使用于汽车工业中。它们是通用的、较便宜的设备，但是它们的主要缺陷是它们缺乏刚度以及因此它们缺乏准确度，这会导致多于2毫米的误差，从而使它们不适合于在准确度方面要求较高达若干量值命令的应用，诸如，航空工业中的机加工、钻孔以及铆接应用，这些应用需要百分之一或者千分之一毫米的准确度。这些准确度的程度能够通过高精度装备或者平行运动学机器实现，但是它们具有的缺陷是由于制造它们所需的精度技术和所需的控制技术而导致它们的成本高。当使用拟人机器人时，存在的应用是依靠外部测量系统改善它们的准确度，在外部测量系统中，例如，激光跟踪仪检测空间中机器人头的位置并且发出对应命令以校正头，但是，除了该装备的高成本，其具有的主要缺陷在于，机器人和外部测量装备之间的视野必须始终清楚，这表现为显著劣势，在大多数应用中，这是不可能的。已经存在一些尝试来改善拟人机器人的固有准确度，通常通过改进标准机器人以在移动机器人臂轴线的减速器的输出轴上增加高准确度辅助编码器，并且通常用CNC替换(在一些情况下同时)机器人控制器，从而实现局部增加其刚度以及改善准确度，但是具有的缺陷是其成本高，消除这些机器人的一个最大优势，以及因为这些不再是形成制造商目录的一部分的标准或者串联机器人而导致维修、调节以及共享部分的问题，因此顾客或者终端用户额外地依赖改进机器人的公司。还公知了专利ES2152171A1和W02007108780A2，其在机加工工具中并入常规视觉装备，但是仅提供作业区域的良好视野，而不能实现增加的准确度。还存在对机器人上的摄像机的公知应用，诸如公开于专利W003064116A2、US2010286827A1、US2003144765A1、ES2142239A1、ES2036909A1 和 CN101205662 中的应用，但是，正如在先前专利中，它们的目的是在编程机器人期间提供作业区域的良好视野，而不能实现以自动方式增加准确度。此外，正如描述于专利CN101726296和W02006019970A2的，还公知装备有两个照相机的机器人，但是它们不是有助于改善机器人的准确度，而是仅用于识别形状或者对象。还公知用于单纯基于机械元件改善拟人机器人固有精度而无需视觉装备的方法，诸如专利US2009018697公开的，在该专利中机械系统用来测量当施加额外力时机器人的偏差，但是该专利出现的问题是，当机械滑动发生在作业件和测量喷嘴之间时，其不再可能返回至目标点。
技术实现思路
为了解决关于机加工准确度当前现存的问题，改善机器人臂移动的垂直度和精度，具有视觉的自动机加工头是本专利技术已经设计的主题，具有视觉的自动机加工头包括压力脚，压力脚围绕机加工工具并且联接至用于关于工具轴线进行轴向移动的设备，该设备设置有机械锁定件，压力脚联接至视觉装备，该视觉装备包括若干摄像机，可选地包括激光投影仪，并且连接至计算设备，计算设备设置有用于三维控制的专用软件，以及包括通信模块，通信模块允许其与机器人控制器相互作用。视觉装备将优选是3D类型视觉装备。压力脚由设置有侧窗口的罩形成，当压力脚实施其功能时，也即当压力脚在作业位置时，侧窗口允许一个或多个人造摄像机通过罩中的开口观察作业表面。这些侧窗口具有防止碎肩在机加工期间漏出的闭合件，因为压力脚并入吸力系统以移除在机加工期间所生成的粉末和碎肩。计算设备经由通信模块连接至机器人臂的控制器模块，机器人臂优选拟人类型，其提供了用于机加工头的移动，计算设备根据从形成视觉装备的摄像机所接收的图像实施对机器人控制器模块的命令的校正以及校正其进行的计算和预测。机器人控制器模块可以是外部CNC或者是由其制造商所提供的机器人自身的控制器。该具有视觉的机加工头需要允许取消外力以及位置校正的具体操作方法。取消外力是基于这样的公知事实:当稍微额外力在组件的作业端部或者在组件的任何其他部分处施加至机器人时，机器人由于其低刚度(stiffness)将丧失要达到的位置和方位，而控制器不会意识到该丧失，因此其不会试图将机器人臂返回至其初始位置。在该方法中，经由视觉系统使用机器人的运动学信息。该信息能够重新定位机器人，从而使得在使用改变其位置和方位的力之前将机器人返回至其正确位置。在取消力的处理中重要的是考虑到，机器人面向其期望实施行为的表面，该行为涉及使用引起其改变其实际位置的力，而该移动无需已经直接指示至机器人控制器。在处理的该部分中其将实施以下功能:1、机器人将其本身定位成与作业表面相对。2、视觉装备扫描该表面以及其粗糙度；其在该表面上固定精确操作点并且获得机器人的空间坐标。3、在该情况下，例如，通过压力脚抵靠作业表面而将多余力施加至机器人，这引起机器人丧失其位置。因为该丧失由机械变形确定，所以机器人中没有设备通知机器人控制器机器人已经丧失其位置。4、机器人请求视觉装备重新扫描该表面并且测量已经发生的移动。5、视觉装备扫描该表面并且获得已经发生在即刻和施加力之前之间的移动。因而，该设备能够以外部方式检测所存在的偏差并且通知机器人控制器需要多少校正以及其必须如何校正其位置以返回至操作点。最后两个步骤可以不反复或者反复，直到机器人最终返回至操作点或者直到剩余误差小于特定值。正如先前提到的，一方面，机器人在它们的定位和方位准确度方面不是特别精确的设备，另一方面，如果一旦机器人已经达到特定位置而施加额外力，那么这将更改机器人的方位和位置。但是，由机器人臂的头执行的许多任务和操作需要其在作业点采用相关于作业件表面的特定校正方位以适当地执行其已经被设计的主要功能。这样的例子能够是当在动态表面上执行高精确钻孔和穿孔时，其中至关重要的是，在每个操作点，方位是全部“正交”或者垂直于作业件表面。此处公开的系统和方法允许机器人恢复其原始方位(在施加外力之前)，假设足以实施功能，或者足以采用在作业点正交于作业件的表面的方位。用于校正方位的方法类似于先前描述的在施加额外力之前用于校正位置的方法，并且其能够同时执行。尤其，用于重新定位机器人的功能是相同的，除了:2、在施加额外外力之前需要恢复该相同初始方位的情况下，当视觉装备扫描表面时其还计算以及记住机器人的初始方位。4、机器人请求视觉装备再扫描该表面以及测量当前方位。5、通过扫描点周围的表面以及实施正交化计算，视觉装备能够检测机器人方位已经偏离于原始方位多少或者正交于表面方位，其能够告诉机器人其应该校正多少以及如何校正其方位。最后两个步骤可以不反复或者反复，直到机器人返回至期望方位，具有先前建立的用于最大允许方位误差的容差。在该专利技术中，考虑到视觉系统在额外外力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有视觉的自动机加工头，其是工业上使用的联接至机器人臂(1)的类型以执行各种机加工任务，诸如钻孔和铆接，由机器人控制器模块(2)控制，其特征在于，所述自动机加工头包括：‑压力脚(3)，其围绕机加工工具(4)；‑所述压力脚(3)联接至垂直移动设备(5)，所述垂直移动设备(5)设置有机械锁定件(6)；‑视觉装备，其设置有至少两个摄像机(7)，连接至设置有专用软件(9)的计算设备(8)；以及‑通信模块(10)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔迪·安度卡斯·阿吉尔，卡洛斯·干彻桂·艾特利亚，乔斯·哈维尔·加兰扎·坎布拉，
申请(专利权)人：罗信二零零二有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES