一种插装生产中的双臂机器人系统及其智能控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及双臂机器人技术领域，具体地说，它涉及一种插装生产中的双臂机器人系统及其智能控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，双臂机器人协调操作的研宄受到了广泛关注，因为双臂机器人比单臂机器人具有更大的优越性和更多的应用场合。例如，双臂机器人可以在未知环境下，如太空、深海等或者危险环境下，如核污染地区，代替人完成工作；此外，双臂机器人可以完成单臂机器人所不能完成的复杂工作，如空间站维修、复杂的装配作业、搬运较重的物体或柔软物体、安装复杂的零件及拉锯等。但是，很多双臂机器人是非冗余度机器人，不能避开关节角极限、躲避障碍物，灵活性较差；在运动控制层，大多由工控机和运动控制卡组成，数据传输速度较慢，无法满足实时性要求，如在出现故障条件下不能进行任务再规划，自纠错能力、可靠性较差。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的不足，本发明要解决的问题是，提供一种插装生产中的双臂机器人系统，该系统的控制层采用工业计算机与高速Ethercat总线结构组成，该系统不仅可以克服奇异性，避开关节角极限，提高灵活性，躲避障碍物，获得最小关节力矩，而且具有容错性，可以在故障条件下进行任务再规划，提高系统实时性、可靠性。
[0004]本发明要解决的另一技术问题是，提供一种插装生产中的双臂机器人智能控制方法，该方法可有效提高系统的灵活性和实时性，为双臂机器人在特殊工作环境下的高效作业提供了有力的技术保障。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
[0006]一种插装生产中的双臂机器人系统，包括两个工业相机、两个激光测距位移传感器、两个手臂、双目视觉和两块LED插装板，其控制层由工业计算机和高速Ethercat总线构成。
[0007]该系统采用模块化机电一体化关节作为工作平台，在模块化机电一体化关节设备台的插装环境下作业，由14个驱动关节直流电机，推动各关节运动和校正抓取位姿相机，完成七自由度运动，由工业主板与Gold Mastro运动控制器建立通讯，即Gold Mastro运动控制器结合上位机通信，完成高速高精密作业。
[0008]一种插装生产中的双臂机器人的智能控制方法，包括如下步骤:(I)通过上位机对下位回零程序调用，进行系统初始化及归零；(2)双目相机首先对工件进行初定位，通过双目初定位系统得到激光位移传感器和检测工件的相对旋转角度，旋转角度数据发送给上位机系统，运动控制系统执行动作，然后通过激光测距传感器测得自身与工件的位移数据，最后通过手部单目相机，进行精确定位；(3)通过激光测距原理获取激光测距系统下目标工件坐标(4)双臂机器人按坐标移动到目标位置，末端手爪抓取工件；(5)工件放入需要装配的设备中安装好，开始下一轮的插装作业。
[0009]与现有技术相比，由于采用上述技术方案，本发明提出的基于高速Ethercat总线的冗余度双臂机器人系统，以模块化机电一体化关节为工作平台，不仅可以克服奇异性，避开关节角极限，提高灵活性，躲避障碍物，获得最小关节力矩，而且具有容错性，可以在故障条件下进行任务再规划，提高系统实时性、可靠性。本发明提出的双臂机器人系统及其控制方法，结构简单、作业效率高，能广泛应用于LED车灯和汽车电机爪极精密装配中的插装精度问题。
【附图说明】
[0010]下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中:
[0011]图1是本发明插装生产中的双臂机器人系统示意图；
[0012]图2为本发明插装生产中的双臂机器人控制方法流程图；
[0013]图中:
[0014]1、工业相机 2、激光测距位移传感器 3、机器人手臂
[0015]4、双目视觉 5、LED插装板
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明:
[0017]如图1至图2所示，本发明插装生产中的双臂机器人系统包括两个工业相机1、两个激光测距位移传感器2、两个机器人手臂3、双目视觉4和两块LED插装板5，该系统的控制层由工业计算机和高速Ethercat总线构成。
[0018]双臂工业机器人系统包括三方面运动，一是腰部俯仰轴运动；二是两臂协调运动；三是末端欠驱动手爪运动。腰部俯仰运动，两臂协调运动完成末端位置的精确定位；通过相机实时调整末端位姿，调整末端手爪运动实现工件的抓取和插装。
[0019]插装作业过程由多个动作完成，一个基本的插装循环包括识别、取件和插装三个动作，具体为:(1)识别工件，由双目视觉进行粗略定位，双臂各关节协调移动到工件上方，手臂上的单目相机和激光位移传感器根据粗略定位信息进行精确定位，准确识别工件；(2)双臂机器人末端手爪从工作台上取走工件；(3)工件放入需要装配的设备中安装好，完成一次循环。之后双臂的末端手爪再次回到工作台，进行下一轮循环，不断往复就可最终完成设备的插装。
[0020]本发明插装生产中的双臂机器人的智能控制方法，具体包括如下步骤:
[0021](I)通过上位机对下位回零程序调用，进行系统初始化及归零；
[0022](2)双目相机首先对工件进行初定位，通过双目初定位系统得到激光位移传感器和检测工件的相对旋转角度，旋转角度数据发送给上位机系统，运动控制系统执行动作，然后通过激光测距传感器测得自身与工件的位移数据，最后通过手部单目相机，进行精确定位；
[0023](3)通过激光测距原理获取激光测距系统下目标工件坐标；
[0024](4)双臂机器人按坐标移动到目标位置，末端手爪抓取工件；
[0025](5)工件放入需要装配的设备中安装好，开始下一轮的插装作业。
[0026]尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种插装生产中的双臂机器人系统，其特征在于，包括两个工业相机、两个激光测距位移传感器、两个手臂、双目视觉和两块LED插装板；该系统的控制层由工业计算机和高速Ethercat总线构成。
2.一种适用于权利要求1所述的插装生产中双臂机器人系统的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)通过上位机对下位回零程序调用，进行系统初始化及归零； (2)双目视觉首先对工件进行初定位，通过双目初定位系统得到激光位移传感器和检测工件的相对旋转角度，旋转角度数据发送给上位机系统，运动控制系统执行动作，然后通过激光测距传感器测得自身与工件的位移数据，最后通过手部单目相机，进行精确定位； (3)通过激光测距原理获取激光测距系统下目标工件坐标； (4)双臂机器人按坐标移动到目标位置，末端手爪抓取工件； (5)工件放入需要装配的设备中安装好，开始下一轮的插装作业。
【专利摘要】本发明提供了一种插装生产中的双臂机器人系统，包括两个工业相机、两个激光测距位移传感器、两个手臂、双目视觉和两块LED插装板；该系统控制层由工业计算机和高速Ethercat总线构成，本发明还提供了一种插装生产中双臂机器人系统的智能控制方法，包括：系统初始化及归零；双目相机进行粗略定位，将数据发送给运动控制器进行处理，得到激光传感器旋转的角度和激光测距传感器距离，进行精确定位；通过定位算法获取激光测距系统下目标工件坐标；双臂机器人按坐标移动到目标位置，末端手爪抓取工件；工件放入需要装配的设备中安装好。本发明结构简单、作业效率高，能广泛应用于LED车灯和汽车电机爪极精密装配中的插装生产。
【IPC分类】G05B19-402
【公开号】CN104570938
【申请号】CN201510004814
【发明人】陈丹惠, 陈剑, 赵江海, 王鹏程, 刘博 , 陈海霞, 张春苗
【申请人】常州先进制造技术研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月6日