一种用于电动旋转装置的控制系统及控制方法与流程

本发明属于自动化装配领域，具体涉及一种用于电动旋转装置的控制系统及控制方法。

背景技术：

众所周知，目前在自动化装配领域，装配装置的控制系统大多都采用位置补偿来实现位置对正。同时，电动旋转装置只能针对某一个类型的工件，控制系统或控制方法也无法针对多种工件或装配情况进行控制，这样的装置以及控制系统装配效率过低，装配类型过于单一，装配方式也不够灵活。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于电动旋转装置的控制系统及控制方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于电动旋转装置的控制系统，电动旋转装置包括由第一直线滑台、第二直线滑台和第三直线滑台组成的三轴运动平台，在其中一个直线滑台上固定有旋转执行机构，其中控制系统包括控制模块以及与控制模块连接的图像扫描模块、图像处理模块和图像分析模块，图像扫描模块连接于图像处理模块，控制模块连接于旋转执行机构控制器及直线滑台控制器；

图像扫描模块用于对工作面及工作面上的零件特征进行扫描，并将扫描结果传送至图像处理模块；

图像处理模块用于对工作面整体图像的数据集的建立、特征零件图像的归一化处理、像素增强处理以及特征图像数据集的建立，并传送至图像分析模块；

图像分析模块用于对比特征数据集与预设螺柱头特征数据集的元素匹配，并将匹配结构传送至控制模块；

控制模块用于接收图像分析模块的匹配结果并控制旋转执行机构及直线滑台控制器运动。

进一步的，还包括设置于固定安装旋转执行机构的直线滑台上用于旋转执行机构准确定位的定位模块，定位模块连接于控制器模块。

一种用于电动旋转装置控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)、建立工作面数据集以及预设零件特征集；

步骤2)、对零件轮廓特征进行识别与提取，并对图像进行预处理，得到其轮廓特征；

步骤3)、对预处理后的图像数据建立特征数据集，并将建立的特征数据集与预设零件特征集进行匹配，如果符合匹配要求，则将相应的特征数据集与之匹配的工作面数据集特征进行匹配装合，否则重复特征数据集与预设零件特征集进行匹配，直至符合要求进行匹配装合。

进一步的，采用摄像头对整个目标工作面进行全面扫描并建立工作面的数据集矩阵，工作面的数据集：

进一步的，采用摄像头获取目标工作面上特征零件的图像，对图像特征进行归一化处理，并进行图像像素增强处理和零件轮廓边缘识别，得到其轮廓特征。

进一步的，根据归一化处理后的特征图像，建立目标工作面上零件的特征数据集：

将处理后的特征图像传递至图像分析模块。

进一步的，建立图像扫描模块与控制器模块之间的联系，当图像扫描模块完成特征提取发送至图像分析模块比对后，控制器模块接收图像分析模块的比对信号，通过控制电机来分别驱动第一直线滑台、第二直线滑台和第三直线滑台，使执行机构与被装配零件对准，完成特征匹配。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种用于电动旋转装置的控制系统，通过设置控制模块以及与控制模块连接的图像扫描模块、图像处理模块和图像分析模块，图像扫描模块连接于图像处理模块，控制模块连接于旋转执行机构控制器及直线滑台控制器，采用图像识别和图像处理的方法，能够准确的识别并分析机器人工作面上的特征零件，为自动定位装配机器人的快速定位提供准确的特征点，使得在寻找工件被操作位置时依靠基于视觉识别的被操作位置特征，除去了位置补偿的误差，提高了位置找寻的精度。同时，可以面向不同的加工工件进行流水线加工。通过使用图像识别及图像处理技术，能够将不同零件的特征传递至自动定位装配机器人的控制模块进行分析和分类，而后准确地传递给执行端进行工作。利用电机来驱动三个方向上的直线滑台可以方便快捷准确地完成电动旋转手柄的定位，结构简单，控制方便。

一种用于电动旋转装置控制系统的控制方法，采用图像识别和图像处理的方法结合电动旋转装置，能够准确的识别并分析机器人工作面上的特征零件，为自动定位装配机器人的快速定位提供准确的特征点，使得在寻找工件被操作位置时依靠基于视觉识别的被操作位置特征，除去了位置补偿的误差，提高了位置找寻的精度。同时，可以面向不同的加工工件进行流水线加工。通过使用图像识别及图像处理技术，能够将不同零件的特征传递至自动定位装配机器人的控制模块进行分析和分类，而后准确地传递给执行端进行工作。利用电机来驱动三个方向上的直线滑台可以方便快捷准确地完成电动旋转手柄的定位。

附图说明

图1为本发明电动旋转装置结构图；

图2为本发明的图像识别及处理系统流程图；

图3为本发明的控制系统流程图；

其中：1、第一直线滑台；2、第二直线滑台；3、第三直线滑台；4、旋转执行机构；5、摄像头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至图3所示，一种用于电动旋转装置的控制系统，电动旋转装置包括由第一直线滑台1、第二直线滑台2和第三直线滑台3组成的三轴运动平台，在其中一个直线滑台上固定有旋转执行机构4，其中控制系统包括控制模块以及与控制模块连接的图像扫描模块、图像处理模块和图像分析模块，图像扫描模块连接于图像处理模块，控制模块连接于旋转执行机构4控制器及直线滑台控制器；

图像扫描模块用于对工作面及工作面上的零件特征进行扫描，并将扫描结果传送至图像处理模块；

图像处理模块用于对工作面整体图像的数据集的建立、特征零件图像的归一化处理、像素增强处理以及特征图像数据集的建立，并传送至图像分析模块；

图像分析模块用于对比特征数据集与预设螺柱头特征数据集的元素匹配，并将匹配结构传送至控制模块；

控制模块用于接收图像分析模块的匹配结果并控制旋转执行机构及直线滑台控制器运动。

还包括设置于固定安装旋转执行机构4的直线滑台上的定位模块，定位模块连接于控制器模块，实现旋转执行机构4的准确定位；

图像扫描模块采用摄像头扫描、采集得到工作面及不同零件的轮廓特征，通过图像扫描模块得到的图像直接传递给图像处理模块；

一种用于电动旋转装置控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1)、建立工作面数据集以及预设零件特征集：

采用摄像头对整个目标工作面进行全面扫描并建立工作面的数据集矩阵，工作面的数据集：

步骤2)、然后对零件轮廓特征进行识别与提取，并对图像进行预处理，得到其轮廓特征：采用高分辨率摄像头获取目标工作面上特征零件的图像，对图像进行预处理，得到其轮廓特征；

对图像进行归一化处理，并进行图像像素增强处理和零件轮廓边缘识别；

步骤3)、对预处理后的图像数据建立特征数据集，并将建立的特征数据集与预设零件特征集进行匹配，如果符合匹配要求，则将相应的特征数据集与之匹配的工作面数据集特征进行匹配装合，否则重复特征数据集与预设零件特征集进行匹配，直至符合要求进行匹配装合。

根据归一化处理后的特征图像，建立目标工作面上零件的特征数据集：

零件的特征数据集：

将处理后的特征图像传递至图像分析模块；

实施例

本实施例采用螺钉匹配安装，图像分析模块将建立的特征数据集与预设的零件特征集中进行匹配，其中包括常用的一字开槽螺柱头、十字开槽螺柱头、内六角圆柱螺柱头、六角螺柱头轮廓的特征；

预设螺柱头的特征数据集：

如果通过扫描得到的特征数据集yn1中的图像特征与预设螺柱头的特征数据集x41中的四个轮廓特征匹配，则将匹配结果传递至控制器模块，为实现机械臂的准确动作提供信号。

特征位置匹配：首先建立图像扫描模块与控制器模块之间的联系，当图像扫描模块完成特征提取和比对后，控制器模块接收比对信号，通过控制电机来分别驱动第一直线滑台1、第二直线滑台2和第三直线滑台3，使执行机构与被装配零件对准，完成特征匹配；

执行机构动作：当完成特征位置匹配后，电动旋转手柄开始旋转，同时，控制电磁阀使气缸位于推出工作状态，使转动动作与下降动作相匹配。

在空间上有x,y,z三个方向上的直线滑台，需要用电机对三个滑台分别控制，而执行机构为电动旋转手柄，其旋转的开始和停止也受到控制，在完成刀具与工件的特征匹配后，首先控制x,y方向的滑台使得刀具对准工件，完成对准工作后，控制电动旋转手柄旋转，在装配过程中，为保证电动旋转手柄旋转动作与z方向直线滑台3的下降动作相匹配，配备气缸对刀具产生推力，当螺栓拧紧后，扭矩忽然变大，导致控制电流增加达到阈值，在完成装配后，进行停机工作。

实施例1：在pcb板安装领域，一条生产线上，由操作工人把pcb板放置在操作台上，并把螺柱放置在螺纹孔内：

通过高分辨率摄像头对pcb板进行全盘扫描，建立pcb板工作面的总数据集：

接着，通过高清摄像头扫描获取螺柱头的边缘特征，将特征图像归一化及像素增强处理后建立特征数据集：

特征数据集pn1与预设的螺柱头数据集x41进行特征匹配，如果两个数据集中特征元素匹配，则把识别的图像特征的结果传送给自动定位装配机器人的控制模块；否则，重新进行上述步骤直至完成数据集中特征的匹配；

通过控制模块对各个执行部件发送指令，执行器刀头快速到达已识别的特征上部，进行拧紧工作，实现快速、准确的拧紧工作。图像识别准确，误差小，可以准确识别工件被操作位置特征，并且本视觉识别系统可扩展性强，通过在特征集中录入设定零件特征，本系统还可以在铣削、磨削、钻削等机加工操作，3d打印，点胶、涂胶、拧螺丝自动装配操作领域进行应用。

实施例2：在涉及螺栓拧紧的装配领域，预设阈值电流，设置预加工步骤。先将工件放置在操作台上，之后通过视觉识别技术对刀口进行识别，随后控制水平x,y方向的直线滑台1和直线滑台2完成刀具对准，刀具对准后，电动旋转手柄开始旋转，同时控制电磁阀使气缸位于推出状态推动刀具，直至螺栓拧紧，达到阈值电流后停止旋转，然后将手柄升至初始位置，完成一次螺栓装配作业。

实施例3：在磨削加工领域，预设临界高度，首先根据视觉识别进行自动对准，当完成对准后开始加工，当刀具加工到临界高度时，停止加工，然后将电动旋转手柄升到原位，完成磨削加工作业。