一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法技术

本发明专利技术公开了一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，采用主从控制与对称控制相结合的混合协调控制策略，当双机器人协作装配系统的末端执行器处在协调装配区外时，采用对称控制策略，两个机器人独立运动，互不干涉，机器人之间没有形成耦合关系；当双机器人协作装配系统的末端执行器进入协作装配区时，为了装配动作准确进行，采用主从控制策略，机器人之间通过末端建立一定的耦合约束关系使系统成为冗余机器人系统，从而完成双机器人协作装配系统的轨迹示教与规划任务。器人协作装配系统的轨迹示教与规划任务。器人协作装配系统的轨迹示教与规划任务。

【技术实现步骤摘要】
一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法


[0001]本专利技术属于军工装备精细装配
，具体涉及一种双机器人协作装配传爆管与引信的轨迹规划方法，适用于通过双机器人协作进行导弹传爆管和引信本体装配的机器人装配轨迹规划。

技术介绍

[0002]导弹内的传爆管与引信本体属于易燃易爆的危险物品，其装配方式受到诸多限制，现在引信本体和传爆管的装配工序依然依靠操作人员手工装配，劳动强度大，效率低，且危险系数较高，所以导致产品的良品率不高。因此，实现传爆管与引信本体自动装配是目前装配自动化装配行业的研究重点。
[0003]双机器人系统在执行装配任务时，需要两台机器人相互协调配合，因此轨迹是复杂多变的，这使得双机器人在示教方面具有很大的难度。传统的工业机器人使用示教器指定一系列轨迹点或以拖动机器人末端的方式进行示教，这需要对机器人每个关节动作细节都仔细的规定，通常用于对于单机器人的示教。若采用此方法应用于双机器人协作，则在示教时不仅要考虑每台机器人自身的动作，还必须考虑到双臂的配合时机、在运动过程中双臂所夹持的物体是否会发生碰撞，以及运动到死点等问题。因此，将上述动作级的示教方法应用于双机器人协调装配无论在效率方面还是可行性方面都不理想。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，针对传爆管与引信本体的双机器人协作装配，该方法能解决双机器人协作装配时轨迹规划问题。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，其应用于双机器人协作装配系统，所述双机器人协作装配系统包括机器人模块以及机器视觉系统模块；所述机器人模块包括两台六轴工业机器人，每个六轴工业机器人末端安装有一个夹爪，分别用于抓取并夹持传爆管和引信本体；所述机器视觉模块包括两个单目相机，两个单目相机分别固定在两个六轴工业机器人的夹爪上；
[0007]所述轨迹规划方法包括：
[0008]S1.当六轴工业机器人末端执行器在协调装配区外时，采用对称控制策略，对两个六轴工业机器人分别进行轨迹规划：
[0009]步骤一、采用Eye_in_Hand手眼标定布局形式，将单目相机安装在六轴工业机器人末端，利用标定板进行标定；
[0010]步骤二、标定完成之后，通过示教器将六轴工业机器人移至待装配工件上方，将此位置设置为路点1；
[0011]步骤三、控制单目相机进行图像采集，经过图像预处理，识别并确定待装配工件的
位姿，并确立抓取点；
[0012]步骤四、通过视觉系统引导六轴工业机器人到抓取点进行工件抓取，抓取完成后，六轴工业机器人通过示教法移动至步骤二所设定的路点1；
[0013]步骤五、通过示教器控制两个六轴工业机器人分别将传爆管与引信本体移动到协作装配起点；
[0014]S2.当六轴工业机器人末端执行器在协调装配区内时，采用主从对称策略，进行双六轴工业机器人协作装配的轨迹规划：
[0015]步骤六、两台六轴工业机器人分别将传爆管与引信本体移动到使两者轴心对齐的协调装配起始位置；
[0016]步骤七、主机器人和从机器人分别以v0和v1的速度夹持传爆管与引信本体运动到两者接触位置；
[0017]步骤八、主机器人夹持传爆管以的速度继续运动，从机器人夹持引信本体原地旋转，直至将引信本体拧紧。
[0018]进一步地，所述步骤一中采用多点标定法进行六轴工业机器人与单目相机视觉传感器的标定：
[0019]六轴工业机器人带动单目相机移动到指定路点之后，开始标定，将九宫格标定板放在待识别区，将探针安装在六轴工业机器人末端，示教机器人末端的标定顶尖到达标定板中预先设定好的空间固定点，标定获得机器人工具坐标系在机器人基坐标系下的转换坐标并记录该组空间固定点在机器人基坐标系下的坐标Q；在视觉传感器中获取空间固定点坐标P，根据公式求解传感器坐标系与机器人工具坐标系的转换矩阵即完成标定。
[0020]进一步地，所述步骤三中，采用中值滤波对单目像机采集的图像进行滤波处理，滤除背景中孤立的噪声点和离群点，保留待装配组件的图像边缘信息；二维中值滤波表达式为：
[0021]g(x,y)＝Med[f(x
‑
i,y
‑
i)][0022]式中，(i,j)∈M,M是所取领域中像素的坐标；f(x,y),g(x,y)分别为滤波处理前与滤波处理后的图像。
[0023]进一步地，所述步骤五中，通过示教器引导两个六轴工业机器人分别将传爆管与引信本体移动到协作装配起点的过程中，如果已知区域存在奇异区域，则六轴工业机器人轨迹动态曲线在进行轨迹优化之前必须先进行奇异值规避。
[0024]优选地，所述轨迹动态曲线在进行轨迹优化之前的奇异值规避过程为：
[0025]采用循环阻尼系数法来平滑关节速度曲线，机械臂某关节速度点与关节之间计算关系有：
[0026][0027]判断与之间差值是否超过阈值Δt间关节速度常态最大差值的数量级在10
‑3；如果差值超过则使阻尼系数λ循环作用k次，直到差
值小于否则继续排查下一对离散速度，循环修改后的关节速度为：
[0028][0029]其中：
[0030][0031]将关节速度曲线进行奇异值规避之后，奇异区域的关节速度曲线变为继而对应的离散关节角度值也发生改变，通过对关节速度积分就得对应时刻的关节角度：
[0032][0033]最终用相同时刻的新关节角度值θ
i
(t)'替代θ
i
(t)，将奇异值规避后的关节角度序列融入优化算法参与轨迹规划过程。
[0034]进一步地，所述步骤六中，假设(x0,y0,z0)是主机器人末端夹爪的坐标系，记为{T}；(x1,y1,z1)是从机器人末端夹爪的坐标系，记为{T1}；v0、v1分别为主、从机器人末端夹爪抓取物体运行时的速度，v0、v1等值反向；l为传爆管和引信本体相对的一端之间的距离；d为两个末端夹爪坐标系原点之间的距离，初始值为d0；主机器人的基坐标系记为{B}；从机器人的基坐标系记为{B1}；为坐标系{B}到坐标系{T}的变换矩阵，为坐标系{T}到坐标系{T1}的变换矩阵，以此类推；坐标系{T}与{T1}之间的变换矩阵为：
[0035][0036]进一步地，所述步骤七中，坐标系{B}到{T1}的转换矩阵为：
[0037][0038]将等式左右两边左乘得到从机器人基座标系到从坐标系到从机器人末端手抓坐标之间的转换关系为：
[0039][0040]其中，为主从机器人基坐标系之间的变换矩阵，在协调装配的过程中不会改变，在给定主机器人末端夹爪坐标时，利用的逆运动学计算各关节的旋转度数，然后由运动学方程求得；
[0041][0042]其中，d＝d0‑
(v0+v1)t，即每一时刻两末端夹爪坐标系原点的距离。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，其应用于双机器人协作装配系统，所述双机器人协作装配系统包括机器人模块以及机器视觉系统模块；所述机器人模块包括两台六轴工业机器人，每个六轴工业机器人末端安装有一个夹爪，分别用于抓取并夹持传爆管和引信本体；所述机器视觉模块包括两个单目相机，两个单目相机分别固定在两个六轴工业机器人的夹爪上；其特征在于，所述轨迹规划方法包括：S1.当六轴工业机器人末端执行器在协调装配区外时，采用对称控制策略，对两个六轴工业机器人分别进行轨迹规划：步骤一、采用Eye_in_Hand手眼标定布局形式，将单目相机安装在六轴工业机器人末端，利用标定板进行标定；步骤二、标定完成之后，通过示教器将六轴工业机器人移至待装配工件上方，将此位置设置为路点1；步骤三、控制单目相机进行图像采集，经过图像预处理，识别并确定待装配工件的位姿，并确立抓取点；步骤四、通过视觉系统引导六轴工业机器人到抓取点进行工件抓取，抓取完成后，六轴工业机器人通过示教法移动至步骤二所设定的路点1；步骤五、通过示教器控制两个六轴工业机器人分别将传爆管与引信本体移动到协作装配起点；S2.当六轴工业机器人末端执行器在协调装配区内时，采用主从对称策略，进行双六轴工业机器人协作装配的轨迹规划：步骤六、两台六轴工业机器人分别将传爆管与引信本体移动到使两者轴心对齐的协调装配起始位置；步骤七、主机器人和从机器人分别以v0和v1的速度夹持传爆管与引信本体运动到两者接触位置；步骤八、主机器人夹持传爆管以的速度继续运动，从机器人夹持引信本体原地旋转，直至将引信本体拧紧。2.如权利要求1所述的一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤一中采用多点标定法进行六轴工业机器人与单目相机视觉传感器的标定：六轴工业机器人带动单目相机移动到指定路点之后，开始标定，将九宫格标定板放在待识别区，将探针安装在六轴工业机器人末端，示教机器人末端的标定顶尖到达标定板中预先设定好的空间固定点，标定获得机器人工具坐标系在机器人基坐标系下的转换坐标并记录该组空间固定点在机器人基坐标系下的坐标Q；在视觉传感器中获取空间固定点坐标P，根据公式求解传感器坐标系与机器人工具坐标系的转换矩阵即完成标定。3.如权利要求1所述的一种双机器人协作装配传爆管和引信本体的轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤三中，采用中值滤波对单目像机采集的图像进行滤波处理，滤除背景中孤立的噪声点和离群点，保留待装配组件的图像边缘信息；二维中值滤波表达式为：
g(x,y)＝Med[f(x
‑
i,y
‑
i)]式中，(i,j)∈M,M是所取领域中像素的坐标；f(x,y),g(x,y)分别为滤波处...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国庆，曹国华，李洋富，贾冰，唐晨，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：