一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及方法，包括用于固定待装配工件Ⅱ的装配平台，装配平台的两侧设有主工业机器人、辅助工业机器人Ⅰ、辅助工业机器人Ⅱ以及L型立柱，L型立柱下方安装有二维云台，二维云台下方安装有大视场双目视觉测量设备，主工业机器人的一端设有主工业机器人末端执行器，辅助工业机器人Ⅰ的一端安装有辅助工业机器人Ⅰ末端执行器，所述辅助工业机器人Ⅱ的一端安装有辅助工业机器人Ⅱ末端执行器，该系统方法简单，精度高，通用性强，能够实现两个待装配工件位姿的精确测量以及装配位姿误差的补偿，并基于装配位姿误差的补偿实现闭环控制。制。制。

A precision compensation system and method for on-line detection of assembly errors of industrial robots

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及方法


[0001]本专利技术属于工业机器人智能装配领域，具体涉及一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及方法。

技术介绍

[0002]由于工业机器人具有高柔性、高精度、高效率等特点，广泛应用到航空航天、汽车、电子等装配领域，替代了众多重复性、高强度、高复杂性的人工任务，降低了加工制造成本，提高了产品质量，实现了自动化装配，然而，工业机器人在进行工件对接装配时，由于待装配工件的安装固定误差、工业机器人夹取待装配工件的误差以及工业机器人自身的定位误差，最终导致两个待装配工件的对接装配精度无法满足要求，因此，需要一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及控制方法，双目视觉测量可以得到被测物体的三维信息，被广泛应用于汽车导航、物料抓取、质量检测等领域，将双目视觉检测应用到工业机器人装配领域，可以实现对装配误差的检测。利用力传感器可以使得工业机器人准确的感知到末端力信息，能够精确地完成精密装配、柔性打磨和拖动示教等功能，公布号CN112959364A的专利公开了一种工业机器人装配误差补偿系统及方法，该系统通过工业相机拍摄的图像以及激光传感器对特定点位进行测距计算得到实际装配位置与标准装配位置的误差，从而对实际装配位置进行补偿，该系统可以补偿因第一待装配零件制造及安装固定误差，然而无法补偿工业机器人抓取第二待装配零件的误差和工业机器人装配时的定位误差，装配误差补偿系统没有闭环控制，且需要预先采集待装配零件标准装配位置及信息，操作较为复杂。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，提供一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统及方法。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0005]一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统，包括用于固定待装配工件Ⅱ的装配平台，所述装配平台的两侧设有主工业机器人、辅助工业机器人Ⅰ、辅助工业机器人Ⅱ以及 L型立柱，所述L型立柱下方安装有二维云台，所述二维云台下方安装有大视场双目视觉测量设备，所述主工业机器人的一端设有主工业机器人末端执行器，所述辅助工业机器人Ⅰ的一端安装有辅助工业机器人Ⅰ末端执行器，所述辅助工业机器人Ⅱ的一端安装有辅助工业机器人Ⅱ末端执行器；
[0006]进一步的，所述主工业机器人的一端设有主工业机器人法兰盘，所述主工业机器人末端执行器包括六维力传感器连接件，六维力传感器，夹爪连接件和夹爪，所述六维力传感器通过六维力传感器连接件与所述主工业机器人法兰盘相连接，所述夹爪通过所述夹爪连接件与所述六维力传感器相连接；
[0007]进一步的，所述辅助工业机器人Ⅰ的一端设有连接辅助工业机器人Ⅰ法兰盘，所述
辅助工业机器人Ⅰ末端执行器包括辅助光源、辅助光源支架Ⅰ、小视场双目视觉传感器Ⅰ、小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板、辅助光源支架Ⅱ、连接件、法兰盘转接件；
[0008]所述法兰盘转接件用于连接所述辅助工业机器人Ⅰ法兰盘与所述连接件，所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板与所述连接件连接；
[0009]所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装在所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板上；
[0010]所述辅助光源通过所述辅助光源支架Ⅰ和所述辅助光源支架Ⅱ固定安装在所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板上，用于为所述小视场双目视觉传感器Ⅰ提供光照。
[0011]本专利技术根据上述的系统提供了一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿方法，包括以下步骤：
[0012]步骤a：对辅助工业机器人Ⅰ、辅助工业机器人Ⅱ进行预处理，确定检测待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ时的位姿，对主工业机器人进行预处理，确定预测量待装配工件Ⅱ时的主工业机器人位姿。
[0013]步骤b：标定主工业机器人基坐标系与小视场双目视觉传感器Ⅰ坐标系、小视场双目视觉传感器Ⅱ坐标系之间的转换矩阵，标定主工业机器人法兰盘坐标系与待装配工件Ⅰ坐标系之间的转换矩阵。
[0014]步骤c：确定初次装配待装配工件Ⅰ时的主工业机器人位姿参数。
[0015]步骤d：主工业机器人进行正式装配，六维力传感器对待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ之间的干涉力进行测量，并进行待装配工件Ⅰ的位姿调整。
[0016]步骤e：测量待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ之间的对合装配位姿误差，并计算其与理论对合装配位姿的偏差。
[0017]步骤f：根据计算出来的装配位姿偏差，进行装配误差补偿。
[0018]上述的步骤a包括：
[0019]a101:将待装配工件Ⅱ放置在装配平台上，并通过夹紧装置使其固定。
[0020]a102:调整辅助工业机器人Ⅰ、辅助工业机器人Ⅱ、主工业机器人的位姿，使得小视场双目视觉传感器Ⅰ可以依次测量待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ的对应待检测区域Ⅰ特征，且小视场双目视觉传感器Ⅱ可以依次测量待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ的对应待检测区域Ⅱ特征。
[0021]上述的步骤b包括：
[0022]b101:主工业机器人运动至预测量待装配工件Ⅱ时的位置处，小视场双目视觉传感器Ⅰ和小视场双目视觉传感器Ⅱ分别测量待装配工件Ⅱ的对应待检测区域Ⅰ和对应待检测区域Ⅱ，计算待装配工件Ⅰ坐标系相对于小视场双目视觉传感器Ⅰ坐标系之间的转换矩阵；
[0023]b102:根据主工业机器人当前位姿，计算当前主工业机器人法兰盘坐标系与主工业机器人基坐标系之间的转换矩阵；
[0024]上述的步骤c包括：
[0025]c103:根据主工业机器人基坐标系与小视场双目视觉传感器Ⅰ坐标系之间的转换矩阵，计算主工业机器人法兰盘坐标系与待装配工件Ⅰ坐标系之间的转换矩阵。
[0026]c101:小视场双目视觉传感器Ⅰ和小视场双目视觉传感器Ⅱ分别测量待装配工件Ⅱ的对应待检测区域Ⅰ和对应待检测区域Ⅱ，计算待装配工件Ⅱ坐标系相对于小视场双目
视觉传感器Ⅰ坐标系之间的转换矩阵；
[0027]c102:根据待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ数模理论装配关系，计算理论装配时待装配工件Ⅰ坐标系与待装配工件Ⅱ坐标系之间的转换矩阵；
[0028]c103:计算实际装配时，待装配工件Ⅰ坐标系与小视场双目视觉传感器Ⅰ坐标系之间的理论转换矩阵；
[0029]c104:根据主工业机器人法兰盘坐标系与待装配工件Ⅰ坐标系之间的转换矩阵，计算初次装配待装配工件Ⅰ时的主工业机器人位姿参数。
[0030]上述的步骤d包括：
[0031]d101:主工业机器人通过夹爪夹持待装配工件Ⅰ移动至初次装配的正上方位置，然后控制主工业机器人使得待装配工件Ⅰ向下移动至初次装配的位置；
[0032]d102:待装配工件Ⅰ在移动至初次装配位置的过程中，通过主工业机器人实时调整部分位姿参数，实现待装配工件Ⅰ位姿的实时调整，保证待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ装配面贴合，且干涉力不大于所设阈值。
[0033]d103:主工业机器人通过六维力传感器实时测量待装配工件Ⅰ和待装配工件Ⅱ之间的干涉力，并确定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统，其特征在于：包括用于固定待装配工件Ⅱ(25)的装配平台(10)，所述装配平台(10)的两侧设有主工业机器人(1)、辅助工业机器人Ⅰ(7)、辅助工业机器人Ⅱ(9)以及L型立柱(5)，所述L型立柱(5)下方安装有二维云台(4)，所述二维云台(4)下方安装有大视场双目视觉测量设备(3)，所述主工业机器人(1)的一端设有主工业机器人末端执行器(2)，所述辅助工业机器人Ⅰ(7)的一端安装有辅助工业机器人Ⅰ末端执行器(6)，所述辅助工业机器人Ⅱ(9)的一端安装有辅助工业机器人Ⅱ末端执行器(8)。2.根据权利要求1的一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统，其特征在于：所述主工业机器人(1)的一端设有主工业机器人法兰盘(19)，所述主工业机器人末端执行器(2)包括六维力传感器连接件(20)，六维力传感器(21)，夹爪连接件(22)和夹爪(23)，所述六维力传感器(21)通过六维力传感器连接件(20)与所述主工业机器人法兰盘(19)相连接，所述夹爪(23)通过所述夹爪连接件(22)与所述六维力传感器(21)相连接。3.根据权利要求1的一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿系统，其特征在于：所述辅助工业机器人Ⅰ(7)的一端设有连接辅助工业机器人Ⅰ法兰盘(18)，所述辅助工业机器人Ⅰ末端执行器(6)包括辅助光源(11)、辅助光源支架Ⅰ(12)、小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)、小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板(14)、辅助光源支架Ⅱ(15)、连接件(16)、法兰盘转接件(17)；所述法兰盘转接件(17)用于连接所述辅助工业机器人Ⅰ法兰盘(18)与所述连接件(16)，所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板(14)与所述连接件(16)连接；所述小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)安装在所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板(14)上；所述辅助光源(11)通过所述辅助光源支架Ⅰ(12)和所述辅助光源支架Ⅱ(15)固定安装在所述小视场双目视觉传感器Ⅰ安装板(14)上，用于为所述小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)提供光照。4.一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a：对辅助工业机器人Ⅰ(7)、辅助工业机器人Ⅱ(9)进行预处理，确定检测待装配工件Ⅰ(24)和待装配工件Ⅱ(25)时的位姿，对主工业机器人(1)进行预处理，确定预测量待装配工件Ⅱ(25)时的主工业机器人(1)位姿；步骤b：标定主工业机器人(1)基坐标系与小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)坐标系、小视场双目视觉传感器Ⅱ(26)坐标系之间的转换矩阵，标定主工业机器人法兰盘(19)坐标系与待装配工件Ⅰ(24)坐标系之间的转换矩阵；步骤c：确定初次装配待装配工件Ⅰ(24)时的主工业机器人(1)位姿参数；步骤d：主工业机器人(1)进行正式装配，六维力传感器(21)对待装配工件Ⅰ(24)和待装配工件Ⅱ(25)之间的干涉力进行测量，并进行待装配工件Ⅰ(24)的位姿调整；步骤e：测量待装配工件Ⅰ(24)和待装配工件Ⅱ(25)之间的对合装配位姿误差，并计算其与理论对合装配位姿的偏差；步骤f：根据计算出来的装配位姿偏差，进行装配误差补偿。5.根据权利要求4所述的一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿控制方法，其特征在于，所述步骤a包括：
a101:将待装配工件Ⅱ(25)放置在装配平台(10)上，并通过夹紧装置使其固定；a102:调整辅助工业机器人Ⅰ(7)、辅助工业机器人Ⅱ(9)、主工业机器人(1)的位姿，使得小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)可以依次测量待装配工件Ⅰ(24)和待装配工件Ⅱ(25)的对应待检测区域Ⅰ特征，且小视场双目视觉传感器Ⅱ(26)可以依次测量待装配工件Ⅰ(24)和待装配工件Ⅱ(25)的对应待检测区域Ⅱ特征。6.根据权利要求5所述的一种工业机器人装配误差在线检测的精度补偿控制方法，其特征在于，所述步骤b包括：b101:主工业机器人(1)运动至预测量待装配工件Ⅱ(25)时的位置处，小视场双目视觉传感器Ⅰ(13)和小视场双目视觉传感器Ⅱ(26)分别测量待装配工件Ⅱ(25)的对应待检测区域Ⅰ和对应待检测区域Ⅱ，计算待装配工件Ⅰ(24)坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，张奇，王忠康，田威，叶昶君，刘明轩，钱晓硕，张嘉伟，张浩松，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：