具有视触融合功能的装配自动化流水线系统的制作方法

本发明属于精密自动化技术领域，具体涉及一种具有视触融合功能的装配自动化流水线系统。

背景技术：

装配自动化流水线系统的原理通常是将一个复杂重复的装配任务分解为若干子过程，前一个子过程为下一个子过程创造自行条件，每个过程可以与其他过程同时进行。简而言之，就是“功能分解，空间上顺序依次进行，时间尚重叠并行”。

随着工件装配精度要求的越来越高，简单的节拍式流水线装配作业已不能满足高价值易损工件的装配需求，因此需要开发一种全新的装配流水线系统。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种具有视触融合功能的装配自动化流水线系统，该具有视触融合功能的装配自动化流水线系统具有模块化特点，可满足多种装配要求。

根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统，包括：控制单元，所述控制单元能够用于任务时序规划及管控；传送单元，所述传送单元与所述控制单元相连，所述传送单元沿其输送方向设有装配工位，所述传送单元能够带动工件经过所述装配工位；装配执行单元，所述装配执行单元与所述控制单元相连且位于所述传送单元一侧，所述装配执行单元在所述工件位于所述装配工位时能够根据视觉信息和/或接触力觉信息获取所述工件的装配部位的位姿信息，并根据所述位姿信息生成相应的轨迹路线和工艺动作且根据所述轨迹路线和所述工艺动作对所述工件执行装配任务。

根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统，通过在传送单元一侧设有装配执行单元，当工件经过装配执行单元时根据视觉信息和/或接触力觉信息获取工件的装配部位的位姿信息，并根据位姿信息生成轨迹路线和工艺动作以对工件进行装配任务，策略原理简单易行，可实现视觉引导或某些视觉缺失情况下的装配，并同时满足一般装配与高精密装配的工艺需求，适应性强。

根据本发明一个实施例，所述装配工位包括至少一个宏装配工位和至少一个微装配工位；所述装配执行单元包括：宏装配执行单元，所述宏装配执行单元与所述控制单元相连，所述宏装配执行单元在所述工件位于所述宏装配工位时获取所述工件的宏装配部位的宏位姿信息，并根据所述宏位姿信息生成相应的宏装配轨迹路线和宏装配工艺动作，且根据所述宏装配轨迹路线和所述宏装配工艺动作对所述工件执行宏装配任务；微装配执行单元，所述微装配执行单元与所述控制单元相连，所述微装配执行单元在所述工件位于所述微装配工位时获取所述工件的微装配部位的微位姿信息，根据所述微位姿信息生成相应的微装配轨迹路线和微装配工艺动作，且根据所述微装配轨迹路线和所述微装配工艺动作对所述工件执行微装配任务。

根据本发明一个实施例，所述装配执行单元包括：工件装配位置模块，所述工件装配位置模块获取所述装配部位和所述位姿信息；执行器集成处理模块，所述执行器集成处理模块与所述工件装配位置模块相连，所述执行器集成处理模块能够导入并处理所述位姿信息，所述执行器集成处理模块中集成有柔顺控制算法；末端执行器，所述末端执行器与所述执行器集成处理模块相连，所述执行器集成处理模块处理完所述位姿信息后生成所述末端执行器的相应的所述轨迹路线和所述工艺动作。

根据本发明一个实施例，所述装配执行单元还包括：xyz正交定位机构，所述xyz正交定位机构与所述末端执行器相连并带动所述末端执行器执行所述装配任务。

根据本发明一个实施例，所述工件装配位置模块为视觉定位模块。

根据本发明一个实施例，所述装配执行单元还包括：多维力感知模块，所述多维力感知模块获取所述末端执行器与所述工件的所述接触力觉信息，通过所述柔顺控制算法保证所述末端执行器与所述工件的可控柔顺接触动作，完成所述装配任务。

根据本发明一个实施例，所述执行器集成处理模块中集成有力-位感知算法，通过所述多维力感知模块感知视觉缺失下的所述力觉信息，由所述力-位感知算法完成无视觉引导的装配任务。

根据本发明一个实施例，所述的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括：上件定位执行单元，所述上件定位执行单元与所述控制单元连接，所述上件定位执行单元位于所述传送单元一侧，所述上件定位执行单元能够在进行所述装配任务前将所述工件放置于所述传送单元。

根据本发明一个实施例，所述的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括：下件定位执行单元，所述下件定位执行单元与所述控制单元连接，所述下件定位执行单元位于所述传送单元一侧，所述下件定位执行单元能够在完成所述装配任务后使所述工件脱离所述传送单元。

根据本发明一个实施例，所述的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括：通信传输链路单元，所述通信传输链路单元在封闭范围内通过有线、无线、蓝牙或zigbee传输模式实现。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统的宏装配执行单元的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统的微装配执行单元的结构示意图。

附图标记：

具有视触融合功能的装配自动化流水线系统100；

工件0；传送单元1；上件定位执行单元2；

宏装配执行单元3；视觉宏定位模块31；多维宏力感知模块32；第一末端执行器33；第一执行器集成处理模块34；xyz正交宏定位机构35；

微装配执行单元4；第二执行器集成处理模块41；xyz正交微定位机构42；多维微力感知模块43；第二末端执行器44；视觉微定位模块45；

5-下件定位执行单元；控制单元6；通信传输链路单元7。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定相连，也可以是可拆卸相连，或一体地相连；可以是机械相连，也可以是电相连；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考附图具体描述根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统10。

如图1至图3所示，根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统100包括控制单元6、传送单元1和装配执行单元。

具体而言，控制单元6能够用于任务时序规划及管控，传送单元1与控制单元6相连，传送单元1沿其输送方向设有装配工位，传送单元1能够带动工件0经过装配工位，装配执行单元与控制单元6相连且位于传送单元1一侧，装配执行单元在工件0位于装配工位时能够根据视觉信息和/或接触力觉信息获取工件0的装配部位的位姿信息，并根据位姿信息生成相应的轨迹路线和工艺动作且根据轨迹路线和工艺动作对工件0执行装配任务。

换言之，根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统主要由控制单元6、传送单元1和装配执行单元组成，控制单元6分别与传送单元1和装配执行单元相连，通过控制单元6能够实现任务时序规划以及管控，负责整个工艺流程的规划输出，也就是说，控制单元6具备根据工艺需求快速变更任务流程功能，能够控制任务执行、执行顺序以及任务管控等，在传送单元1上沿其输送方向设有装配工位，工件0位于传送单元1上，传送单元1能够带动工件0经过装配工位，在传送单元1一侧可设有装配执行单元，当工件0经过装配工位时，装配执行单元能够根据获取的工件0的视觉信息和/或接触力觉信息获取工件0的待装配部位的位姿信息，并且能够根据位姿信息生成相应的轨迹路线和工艺动作，在生成完轨迹路线和工艺动作后，装配执行单元能够根据生成的轨迹路线和工艺动作对工件0执行装配任务并完成装配任务。

需要说明的是，传送单元1可以为传送带单元。

由此，根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统采用控制单元6、传送单元1和装配执行单元相结合，能够实现视觉引导或某些视觉缺失情况下的装配。

根据本发明的一个实施例，装配工位包括至少一个宏装配工位和至少一个微装配工位；装配执行单元包括宏装配执行单元3和微装配执行单元4。

具体地，宏装配执行单元3与控制单元6相连，宏装配执行单元3在工件0位于宏装配工位时获取工件0的宏装配部位的宏位姿信息，并根据宏位姿信息生成相应的宏装配轨迹路线和宏装配工艺动作，且根据宏装配轨迹路线和宏装配工艺动作对工件0执行宏装配任务，微装配执行单元4与控制单元6相连，微装配执行单元4在工件0位于微装配工位时获取工件0的微装配部位的微位姿信息，根据微位姿信息生成相应的微装配轨迹路线和微装配工艺动作，且根据微装配轨迹路线和微装配工艺动作对工件0执行微装配任务。

需要说明的是，在传送单元1上可设有多个宏装配工位和/或多个微装配工位，可根据工艺要求，可多工位按需配置宏装配执行单元3和微装配执行单元4。

在本发明的一些具体实施方式中，装配执行单元包括工件装配位置模块、执行器集成处理模块和末端执行器。

具体地，工件装配位置模块获取装配部位和位姿信息，执行器集成处理模块与工件装配位置模块相连，执行器集成处理模块能够导入并处理位姿信息，执行器集成处理模块中集成有柔顺控制算法，末端执行器与执行器集成处理模块相连，执行器集成处理模块处理完位姿信息后生成末端执行器的相应的轨迹路线和工艺动作。

其中，与宏装配执行单元3相对应的执行器集成处理模块为第一执行器集成处理模块34，与宏装配执行单元3相对应的末端执行器为第一末端执行器33，与微装配执行单元4相对应的执行器集成处理模块为第二执行器集成处理模块41，与微装配执行单元4相对应的末端执行器为第二末端执行器44。

可选地，装配执行单元还包括xyz正交定位机构，xyz正交定位机构与末端执行器相连并带动末端执行器执行装配任务，其中，与宏装配执行单元3相对应的xyz正交定位机构为xyz正交宏定位机构35，与微装配执行单元4相对应的xyz正交定位机构为xyz正交微定位机构42。

根据本发明的一个实施例，工件装配位置模块为视觉定位模块，其中，与宏装配执行单元3相对应的视觉定位模块为视觉宏定位模块31，与微装配执行单元4相对应的视觉定位模块为视觉微定位模块45。

进一步地，装配执行单元还包括多维力感知模块，多维力感知模块获取末端执行器与工件0的接触力觉信息，通过柔顺控制算法保证末端执行器与工件0的可控柔顺接触动作，完成装配任务，其中，与宏装配执行单元3相对应的多维力感知模块为多维宏力感知模块32，与微装配执行单元4相对应的视觉定位模块为多维微力感知模块43。

在本发明的一些具体实施方式中，执行器集成处理模块中集成有力-位感知算法，通过多维力感知模块感知视觉缺失下的力觉信息，由力-位感知算法完成无视觉引导的装配任务。

宏装配执行单元3可根据工艺需求由视觉宏定位单元（视觉宏定位模块31）和力觉宏感知单元（多维宏力感知模块32）集成。

根据本发明的一个实施例，宏装配执行单元3在工件0经过面前时，通过视觉宏定位模块31获得工件0相应装配部位的宏位姿信息，将宏位姿信息导入第一执行器集成处理模块34处理，第一执行器集成处理模块34处理完信息后生成第一末端执行器33的相应轨迹路线和工艺动作，xyz正交宏定位机构35带动第一末端执行器33执行装配任务。多维宏力感知模块32获得第一末端执行器33与工件0的接触力觉信息，通过事先集成于第一执行器集成处理模块34中的柔顺控制算法保证第一末端执行器33与工件0的可控柔顺接触动作，完成宏装配任务。

进一步地，若工件0的装配部位难以由视觉宏定位模块31感知，则可通过多维宏力感知模块32感知视觉缺失下的力觉信息，由事先集成于第一执行器集成处理模块34中力-位感知算法完成无视觉引导的装配任务。

在本发明的一些具体实施方式中，微装配执行单元4在工件0经过面前时，通过视觉微定位模块45获得工件0相应装配部位的微位姿信息，将位姿信息导入第二执行器集成处理模块41处理，第二执行器集成处理模块41处理完信息后生成第二末端执行器44的相应轨迹路线和工艺动作，xyz正交微定位机构42带动第二末端执行器44执行装配任务。多维微力感知模块43获得第二末端执行器44与工件0的接触力觉信息，通过事先集成于第二执行器集成处理模块41中的柔顺控制算法保证第二末端执行器44与工件0的可控柔顺接触动作，完成微装配任务。

进一步的，若工件0的装配部位难以由视觉微定位模块45感知，则可通过多维微力感知模块43感知视觉缺失下的力觉信息，由事先集成于第二执行器集成处理模块41中力-位感知算法完成无视觉引导的装配任务。

微装配执行单元4可根据工艺需求由视觉微定位单元（视觉微定位模块45）、力觉微感知单元（多维微力感知模块43）集成。

根据本发明的一个实施例，具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括上件定位执行单元2，上件定位执行单元2与控制单元6相连，上件定位执行单元2位于传送单元1一侧，上件定位执行单元2能够在进行装配任务前将工件0放置于传送单元1，也就是说，上件定位执行单元2抓取工件0，使工件0放置在传送单元1上的合理位置，保证在宏装配执行单元3、微装配执行单元4以及下件定位执行单元5的工作空间内。

根据本发明的一个实施例，具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括下件定位执行单元5，下件定位执行单元5与控制单元6相连，下件定位执行单元5位于传送单元1一侧，下件定位执行单元5能够在完成装配任务后使工件0脱离传送单元1，也就是说，在完成装配任务后，下件定位执行单元5抓取工件0，使工件0离开传送单元1。

当传送单元1上设有上件定位执行单元2、一宏装配执行单元3、一微装配执行单元4和下件定位执行单元5时，传送单元1可呈流水线式，工件0可通过传送单元1依次通过上件定位执行单元2、宏装配执行单元3、微装配执行单元4和下件定位执行单元5。

需要进行说明的是，上述系统原理可在并行流水装配作业同样得到应用，在此不再赘述。

在本发明的一些具体实施方式中，具有视触融合功能的装配自动化流水线系统还包括通信传输链路单元7，通信传输链路单元7在封闭范围内通过有线、无线、蓝牙或zigbee等一系列成本小的传输模式实现，同时各单元间也可进行多重数据交互。

也就是说，控制单元6分别和传送单元1、上件定位执行单元2、宏装配执行单元3、微装配执行单元4以及下件定位执行单元5之间可通过通信传输链路单元7相连。

需要说明的是，装配执行单元根据集成宏定位、宏感知或微定位、微感知单元的不同分别相应具备宏定位或微定位机构。

宏装配执行单元3和微装配执行单元4还可由若干工艺执行器排列。

根据本发明实施例的具有视触融合功能的装配自动化流水线系统100采用模块化配置，可通过接入或去除不同模块实现不同工艺流程，可重构性强，同时，本发明采用视触融合的定位与感知策略，分别配以宏微两种定位、感知模式，采用视触融合的宏微定位组合模式，结合流水线作业特点，实现工件抓取，工件宏定位，工件宏操作，工件微定位，工件微操作等工序，能够遂行不同精度需求的装配任务，与现有技术相比，本发明具有策略原理简单易行，可实现视觉引导或某些视觉缺失情况下的柔顺装配，并同时满足一般装配与高精密装配的工艺需求，适应性强等优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。