一种工业机器人大臂装配工作站的制作方法

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种工业机器人大臂装配工作站。

背景技术：

工业机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。目前我国正处于转型阶段，要想从“世界工厂”顺利向“制造业中心”过度，并且成为“全球制造业基地”，就必须抓住工业4.0技术，使工业机器人成为我国制造业优势的重要筹码。因此，适应这一发展需求必然推动工业机器人技术的向前发展。

现有技术中，在做轴承与减速机齿轮装配系统时，系统机器人运动至装配示教点后，能够通过力控局部调节，完成力控制装配工作。但此系统的缺陷为每装配一次轴承和减速机齿轮都需要机器人操作工程师精确示教。所以现有技术中存在装配速度慢的问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种工业机器人大臂装配工作站。所述工业机器人大臂装配工作站包括：总控plc、显示输入装置、工业机器人系统、agv调度系统、mes系统、装配台升降机；所述总控plc与mes系统的互联，接收mes系统下达的每一个工作流程以及反馈此工作站的工件信息和装配状态；所述总控plc与agv调度系统互联，完成agv调度；所述总控plc与装配台升降机互联；所述总控plc与工业机器人系统互联。

在一些实施例中，所述显示输入装置为触摸屏。

在一些实施例中，所述工业机器人大臂装配工作站还包括装配工作执行装置。

在一些实施例中，所述装配工作执行装置包括拧紧枪控制器。

在一些实施例中，所述总控plc与装配台升降机之间、所述总控plc与工业机器人系统之间采用profinet总线进行互联。

在一些实施例中，所述总控plc与mes系统之间、所述plc与agv调度系统之间采用以太网进行互联。

在一些实施例中，所述工业机器人系统包括50kg工业机器人系统和210kg工业机器人系统。

在一些实施例中，所述50kg工业机器人系统包括进行图像的采集的avt工业相机、进行工业相机控制的嵌入式主板以及图像处理算法和视觉标定程序、在10kg工业机器人装配大臂时力数据的采集的力传感器、进行环境光对视觉引导的影响的恒光源控制器和恒光源，和完成对抓手的控制的抓手真空发生器。

在一些实施例中，所述210kg工业机器人系统包括进行图像的采集的avt工业相机、进行工业相机控制的嵌入式主板以及图像处理算法和视觉标定程序、以及进行环境光对视觉引导拧紧枪进行拧钉的影响的恒光源控制器和恒光源。

在一些实施例中，所述的工业机器人大臂装配工作站还包括agv，所述agv完成上料和下料工作。

本发明的技术效果：本发明提供的工业机器人大臂装配工作站加入视觉引导来弥补传送带或agv自动上料位置的偏差，具有装配精度高且装配效率高的优点。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的工业机器人大臂装配工作站的原理框图；

图2为根据本发明一个实施例的工业机器人大臂装配工作站的工作流程图；

图3为根据本发明一个实施例的50kg工业机器人系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参考图1所示，是本发明提供的一种工业机器人大臂装配工作站。所述工业机器人大臂装配工作站包括：

所述工业机器人大臂装配工作站包括：总控plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)、显示输入装置、工业机器人系统、agv(automatedguidedvehicle，无人搬运车)调度系统、mes(manufacturingexecutionsystem，制造执行系统)系统、装配台升降机；所述总控plc与mes系统的互联，接收mes系统下达的每一个工作流程以及反馈此工作站的工件信息和装配状态；所述总控plc与agv调度系统互联，完成agv调度；所述总控plc与装配台升降机互联；所述总控plc与工业机器人系统互联。

所述agv调度系统用以完成对agv的现场调度控制。

在一些实施例中，所述显示输入装置为触摸屏。所述触摸屏完成整个装配系统各机器人故障监控指示、各机器人装配流程手动控制、装配升降台手动控制、拧紧枪手动控制和力矩显示等功能。

在一些实施例中，所述工业机器人大臂装配工作站还包括装配工作执行装置。

在一些实施例中，所述装配工作执行装置包括拧紧枪控制器。

在一些实施例中，所述总控plc与装配台升降机之间、所述总控plc与工业机器人系统之间采用profinet总线进行互联。

在一些实施例中，所述总控plc与mes系统之间，所述plc与agv调度系统之间采用以太网进行互联。

在一些实施例中，所述工业机器人系统包括50kg工业机器人系统和210kg工业机器人系统。

所述总控plc是工作站的大脑，用以完成与mes系统的互联,接收mes系统下达的每一个工作流程以及反馈此工作站的工件信息和装配状态。与agv调度系统互联，完成agv调度；与装配台升降机互联完成，待装配2轴腰座的上料和下料；与50kg工业机器人系统、210kg工业机器人系统互联控制机器人完成10kg工业机器人大臂装配任务。

mes系统对涉及的工作站中装配的每一个大臂和托盘进行实时跟踪。装配台升降机是agv自动上料的载物台以及工作站启动装配时对机器人2轴腰座的锁紧固定。

在一些实施例中，所述50kg工业机器人系统包括进行图像的采集的avt工业相机、进行工业相机控制的嵌入式主板以及图像处理算法和视觉标定程序、在10kg工业机器人装配大臂时力数据的采集的力传感器、进行环境光对视觉引导的影响的恒光源控制器和恒光源，和完成对抓手的控制的抓手真空发生器。

在一些实施例中，所述210kg工业机器人系统包括进行图像的采集的avt工业相机、进行工业相机控制的嵌入式主板以及图像处理算法和视觉标定程序、以及进行环境光对视觉引导拧紧枪进行拧钉的影响的恒光源控制器和恒光源。

在一些实施例中，所述的工业机器人大臂装配工作站还包括agv,所述agv完成上料和下料工作，在一些实施例中，agv完成待装配的10kg工业机器人2轴腰座的上料、10kg工业机器人大臂的上料和装配完成后的产品下料。

根据实践，此工作站完整装配一个10kg机器人大臂所需总时间为7min35s，力控装配时间平均为27.2s，图像处理算法运行总时间平均为7.448s。

根据本发明实施例提供的工业机器人大臂装配工作站采用工业4.0技术，在每个待装配的大臂上都贴有工件一维码，我们采用工业相机、工控机和开源一维码识别库的解决方案。机器人视觉手眼标定采用相机世界坐标系与机器人用户坐标系相重合的标定方法。此50kg机器人系统力控装配方式采用力矩传感器的方式。整个工作站互连采用profinet总线、devicenet总线以及以太网。对于工业机器人的减速器识别采用二值化后的图像进行连通域搜索得出减速器每个螺丝孔的中心坐标以及精确装配时的减速器旋转角度偏差值。plc总控与mes系统互联，plc总控获取整个工作站工作状态、各个工件的工件流以及调度整个工作站各个子系统。系统采用近红外工业相机、工控机和zbar开源库的解决方案对10kg大臂上一维码进行识别，识别后的结果反馈给mes系统，使mes系统对整个工作站每个工件的流动都有管理和记录。此整个工作站电气连接采用了profinet总线、devicenet总线以及以太网方式，在profinet总线和devicenet总线互联时采用了profinet总线转devicene总线网关。机器人的手眼标定采用相机世界坐标系与机器人用户坐标系相重合的标定方式。本工作站可以完成10kg工业机器人大臂与2轴腰座的自动装配。在机器人生产线中可以代替一个手工站。根据此工作站发明的成功，为10kg工业机器人3轴装配到10kg机器人大臂工作站的构建提供了理论依据。与单独应用力控装配的工作站来说，此工作站不需要每次机器人操作工程师来精确示教位置点，从而提高了只依靠力控技术完成装配任务的速度。此工作站完成装配一个10kg机器人大臂所需总时间为7min35s，具有装配效率高的优点。

本发明实施例提供的工业机器人大臂装配工作站的工作流程如图2所示。

所述工作流程包括以下步骤：

s101，mes系统下达装配任务；

s102，agv把2轴腰座送至装配升降台；

s103，装配升降台进行锁定载物托盘；

s104，210kg机器人运行视觉识别腰座减速器和载物托盘上六颗螺钉；

s105，50kg机器人视觉抓取10kg机器人3轴大臂；

s106，50kg机器人把抓取的3轴大臂放置到大臂定位台；

s107，50kg机器人识别机器人腰座上的减速器偏转角度；

s108，50kg机器人抓取大臂定位台上的大臂；

s109，50kg机器人应用视觉补偿和力控制完成10kg大臂装配到2轴腰座上；

s110，210kg机器人完成视觉引导拧紧枪对10kg大臂和10kg减速器拧螺丝；

s111，装配升降台松开载物托盘；

s112，agv把装配完成的10kg机器人腰座运送到op50站。

下面将对本发明实施例提供的工业机器人大臂装配工作站中的50kg工业机器人系统为例进行详细的阐述。

50kg工业机器人系统完成的视觉任务有识别机器人2轴基座内减速器的旋转角度完成视觉引导，识别agv叉车送来物料托盘上的10kg机器人大臂完成大臂的抓取、识别10kg机器人大臂上的一维码完成mes系统对工件流信息的掌握。其中视觉算法采用现有的二值化模板匹配、zbar开源库、自主开发的基于二值图像连通域算法。

对于力控装配策略分为以下2个阶段：

(1)接近阶段

视觉引导大臂运动至50kg工业机器人力控装配接近阶段位置，此时大臂与腰座组件未接触(有一定距离)，大臂与腰座组件的配合面仅存在xyz三个方向的偏移，不存在姿态偏差(螺钉孔已经对准)。

力控制模块引导机器人抓取大臂以螺旋曲线方式向腰座靠近，直至二者相互接触。

(2)大臂外边缘装配阶段

大臂与腰座组件接触后，力控制模块判断大臂外边缘是否卡在腰座的外圆装配卡槽上，若卡在卡槽上则进行大臂外边缘力控制装配，直至大臂外边缘完全与圆孔卡槽咬合。若未卡在外圆装配卡槽上，则重新返回(1)接近阶段。

50kg工业机器人系统软件系统由两部分组成：一部是位于rc控制器中的rc软件，另一部分是位于视觉控制器中的视觉软件。其中rc软件的基础版本是v3.0版，rc软件与视觉模块采用tcp/ip协议进行通信。

其中rc控制器应用层的力控制装配模块包括机器人力控制指令开发、力传感器通讯开发；视觉指令模块包括机器人视觉指令开发以及机器人运动学矩阵运算；rc控制器核心层的力控制模块包括封闭式动力学方程的建立及其求解。

视觉控制器中的视觉装配模块包括自主开发的二值化图像连通域搜索算法、zbar开源识别算法、二值化模板匹配算法、相机标定算法等。

所述50kg工业机器人系统的工作流程如图3所示。

其包括以下步骤：

s201，机器人视觉系统识别叉车agv送来物料托盘上的一维码；

s202，视觉系统识别物料托盘上的10kg工业机器人大臂；

s203，视觉识别10kg工业机器人大臂上的一维码；

s204，机器人视觉抓取物料托盘上的10kg机器人大臂；

s205，机器人把抓取后的10kg机器人大臂放到定位台上；

s206，视觉识别工作站升降台上腰座内部的减速器；

s207，机器人回到定位台上抓取大臂；

s208，机器人根据视觉识别减速器的旋转角度来调整机器人工具坐标系绕z轴的旋转；

s209，力控制装配10kg机器人大臂；

s210，机器人控制真空发生器打开气动抓手返回基准位置。

本发明的技术效果：本发明提供的工业机器人大臂装配工作站加入视觉引导来弥补传送带或agv自动上料位置的偏差，具有装配精度高且装配效率高的优点。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。