CN117840718B - 大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，该装置中工业机器人及其末端作为核心执行机构，结合视觉相机能自动获取托架上大质量圆柱体易损产品的空间位置及姿态信息，自动完成大质量圆柱体易损产品的抓取以及圆柱体易损产品与其外筒之间的高精度销孔对接，同时引入力控系统保证抓取及对接过程中接触力柔顺平滑避免产品损伤。该装置能够自动完成整个对接流程，包括位姿识别、抓取、提升、自动放置和销孔柔性对接，提高了对接成功率，减少了操作人员，降低了劳动强度，柔性化程度高，可通过更换工装适应不同种类产品的对接。

Description

大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法

技术领域

本发明涉及自动装配设备技术领域，尤其是一种大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法。

背景技术

随着智能制造技术的发展，自动化装配对接技术进步迅速，基于机器人的自动装配技术可有效提高装配过程关键工序的执行效率和质量，同时能够大幅降低人工成本，改善车间工作环境。而目前在大质量圆柱易损产品的对接装配中，鲜见有引入视觉识别及力控装配技术的自动化设备实例。大质量易损产品目前主要生产方式仍以人工为主，对于多品种、小批量、强节拍的大质量圆柱体易损产品对接，人工劳动强度大，对操作人员经验及配合协作熟练度要求高，风险大，效率低。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种基于工业机器人、视觉系统和力控系统实现大质量圆柱体易损产品的自动位姿识别、自动抓取、自动调姿、自动对接及力柔顺装配为一体的自动化柔性对接装置，装置能实现不同尺寸规格圆柱体易损产品的自动化柔性对接需求，效率高、柔性化程度好。

本申请一方面提供一种大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置，所述装置包括生产准备及下线区、圆柱体产品对接停放区、外筒对接停放区、圆柱体易损产品组合体、外筒组合体、抓取对接机器人、视觉相机，其中：

所述生产准备及下线区用于为圆柱体易损产品组合体以及外筒组合体提供拆箱的区域、吊装、工装安装以及对接完成后的线下紧固件安装、接插件插接及线缆绑扎作业的区域；

所述圆柱体产品对接停放区用于停放待对接的圆柱体易损产品组合体；

所述外筒对接停放区用于停放待对接的外筒组合体；

所述圆柱体易损产品组合体为圆柱体产品的待对接状态；

所述外筒组合体为外筒的待对接状态；

所述抓取对接机器人用于对圆柱体易损产品组合体实施抓取、提升、对接调姿以及对接进给作业；

所述视觉相机用于对圆柱体易损产品组合体、外筒组合体以及抓取对接机器人上的视觉特征标志点进行识别，并以此为依据解算产品位姿状态及抓取对接机器人的对接动作执行路径。

进一步的，所述圆柱体易损产品组合体包含大质量圆柱体易损产品、圆柱体易损产品定位抓取工装以及圆柱体易损产品定位托架；

所述圆柱体易损产品定位托架用于大质量圆柱体易损产品的承托以及定位，所述圆柱体易损产品定位托架上表面设有定位销，与圆柱体易损产品的相应孔配合，销孔连接部分设有视觉特征标志点用于标定销孔空间位置及大质量圆柱体易损产品销孔位置以及姿态信息。

进一步的，所述圆柱体易损产品定位抓取工装通过吊环螺钉与大质量圆柱体易损产品相固连，所述吊环螺钉上部设有视觉特征标志点，用于标定抓取动作执行坐标，同时通过制作系列化工装即可兼容不同型号的自动对接。

进一步的，所述圆柱体易损产品定位托架上设有可升降的万向脚轮。

进一步的，所述外筒组合体包含外筒、外筒定位工装、外筒托架；

所述外筒定位工装上设置定位销与视觉特征标志点，外筒定位工装通过销孔配合与外筒相连，所述视觉特征标志点用于标定外筒对接销、对接风险点以及外筒整体位姿信息；

所述的外筒托架用于外筒的承托，底部设有可升降的万向脚轮。

进一步的，所述抓取对接机器人包含工业机器人、力反馈抓取末端；

所述工业机器人用于执行对接调姿动作；

所述力反馈抓取末端用于实现抓取动作及接触力感知反馈，末端表面设置视觉特征标志点用于跟踪识别力反馈抓取末端的空间位置及姿态。

进一步的，所述力反馈抓取末端包含连接座、多维力传感器、驱动电机、蜗轮蜗杆减速机、外张式三爪自定心抓取机构；其中，所述连接座为所述力反馈抓取末端的安装基座，与工业机器人末端法兰固连；所述多维力传感器用于感知装配过程中的接触力，其上表面与连接座固连，下方与外张式三爪自定心抓取机构外壳固连；所述驱动电机用于驱动外张式三爪自定心抓取机构，所述蜗轮蜗杆减速机用于传递驱动电机的驱动力至外张式三爪自定心抓取机构，所述外张式三爪自定心抓取机构与圆柱体易损产品定位抓取工装具有相配合的型面用于实现大质量圆柱体易损产品的自定心抓取。

本申请还提供上述大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其所述柔性对接方法包括以下步骤：

S1，操作人员在生产准备及下线区将大质量圆柱体易损产品拆箱，并起吊，对准销孔并放置于圆柱体易损产品定位托架内；

S2，将外筒拆箱并吊装至外筒托架内；

S3，将圆柱体易损产品定位抓取工装安装于圆柱体易损产品上表面连接孔内，形成圆柱体易损产品组合体；

S4，将外筒定位工装对准外筒相应销孔安装至外筒上端面，形成外筒组合体；

S5,将圆柱体易损产品组合体及外筒组合体分别推行放置于圆柱体产品对接停放区和外筒对接停放区内；

S6,启动自动对接流程；

S7，视觉相机对对接区内圆柱体易损产品组合体、外筒组合体及抓取对接机器人进行拍照识别，解算相对位置关系；

S8，根据相对位置关系，控制系统进行轨迹计算；

S9，抓取对接机器人移动力反馈抓取末端至圆柱体易损产品组合体上方通过圆柱体易损产品定位抓取工装完成抓取，并通过相对坐标解算将圆柱体易损产品姿态信息及位置信息绑定至力反馈抓取末端上的视觉特征标志点上；

S10,抓取对接机器人通过提升将大质量圆柱体易损产品与圆柱体易损产品托架分离；

S11，抓取对接机器人将圆柱体易损产品与外筒的轴线及销孔位置对齐；

S12,开始对接进给，通过视觉相机持续拍照跟踪对接状态；

S13,在外筒上定位销进入圆柱体易损产品上相应销孔前力控系统介入对接调姿控制，控制系统根据多维力传感器的接触力反馈数据对抓取对接机器人动作运行轨迹进行微调；

S14,对接到位后抓取对接机器人放开圆柱体易损产品定位抓取工装，撤出对接位置，自动对接流程结束；

S15,操作人员将圆柱体易损产品定位托架以及对接完成的大质量圆柱体易损产品及其外筒组合体移通过万向轮移出对接区，在生产准备及下线区拆除圆柱体易损产品定位抓取工装、外筒定位工装，进行紧固件安装作业。

附图说明

图1为本发明对接装置的结构示意图；

图2为本发明对接装置中圆柱体易损产品组合体结构示意图；

图3为本发明对接装置中外筒组合体结构示意图；

图4为本发明对接装置中抓取对接机器人结构示意图；

图5为本发明对接装置中力反馈抓取末端结构示意图；

图中：1-生产准备及下线区、2-圆柱体产品对接停放区、3-外筒对接停放区、4-圆柱体易损产品组合体、5-外筒组合体、6-抓取对接机器人、7-视觉相机、8-圆柱体易损产品定位抓取工装、9-圆柱体易损产品定位托架、10-外筒定位工装、11-外筒托架、12-工业机器人、13-力反馈抓取末端、14-连接座、15-多维力传感器、16-驱动电机、17-蜗轮蜗杆减速机、18-外张式三爪自定心抓取机构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

实施例1：

本实施例为一种大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置，结合图1，本实例提供一种基于工业机器人、视觉系统力控系统实现大质量圆柱体易损产品的自动位姿识别、自动抓取、自动调姿、自动对接及力柔顺装配为一体的自动化柔性对接装置，包括生产准备及下线区1、圆柱体产品对接停放区2、外筒对接停放区3、圆柱体易损产品组合体4、外筒组合体5、抓取对接机器人6以及视觉相机7；

所述生产准备及下线区1主要用于大质量圆柱形易损产品及其外筒的拆箱、吊装、工装安装以及对接完成后的线下紧固件安装、接插件插接及线缆绑扎等作业。

所述圆柱体产品对接停放区2用于停放待对接的圆柱行产品组合体。

所述外筒对接停放区3用于停放待对接的外筒组合体。

所述圆柱体易损产品组合体4为圆柱体产品的待对接状态。

所述外筒组合体5为外筒的待对接状态。

所述抓取对接机器人6主要用于大质量圆柱形易损产品的抓取、提升、对接调姿以及对接进给。

所述视觉相机7用于对圆柱体易损产品组合体4、外筒组合体5以及抓取对接机器人6上的视觉特征标志点进行识别，并以此为依据解算产品位姿状态及抓取对接机器人6的对接动作执行路径。

结合图2，所述圆柱体易损产品组合体4除产品外主要包括圆柱体易损产品定位抓取工装8、圆柱体易损产品定位托架9。所述圆柱体易损产品定位抓取工装8通过定制吊环螺钉与大质量圆柱体易损产品相固连，其上部设有视觉特征标志点，用于标定抓取动作执行坐标，同时通过制作系列化工装即可兼容不同型号的自动对接。所述圆柱体易损产品定位托架9主要用于圆柱体易损产品``的承托以及定位，其上表面设有定位销，与圆柱体易损产品的响应孔配合，保证定位准确同时能采用抓取对接机器人将产品从中提升取出，销孔连接部分设有视觉特征标志点用于标定销孔空间位置及大质量圆柱体易损产品销孔位置以及姿态信息。所述圆柱体易损产品定位托架9具备可升降的万向脚轮。

结合图3，所述外筒组合体5除外筒外主要包括外筒定位工装10、外筒托架11。所述外筒定位工装10上设置定位销与视觉特征标志点，外筒定位工装10通过销孔配合与外筒相连，视觉特征标志点用于标定外筒对接销、对接风险点以及外筒整体位姿信息。外筒托架11用于外筒的承托，具备可升降的万向脚轮。

结合图4，所述抓取对接机器人6包括工业机器人12、力反馈抓取末端13。所述工业机器人12用于执行对接调姿动作。所述力反馈抓取末端13用于实现抓取动作及接触力感知反馈，末端表面设置视觉特征标志点用于跟踪识别力反馈抓取末端的空间位置及姿态。

结合图5，所述力反馈抓取末端13包括连接座14、多维力传感器15、驱动电机16、蜗轮蜗杆减速机17、外张式三爪自定心抓取机构18。所述连接座14为末端的安装基座，与工业机器人末端法兰固连。所述多维力传感器15用于感知装配过程中的接触力，其上表面与连接座14固连，下方与外张式三爪自定心抓取机构18外壳固连。所述驱动电机16用于驱动外张式三爪自定心抓取机构18。所述蜗轮蜗杆减速机17用于传递驱动电机16的驱动力至外张式三爪自定心抓取机构18，且具备回程自锁功能。所述外张式三爪自定心抓取机构18与圆柱体易损产品定位抓取工装8具有相配合的型面用于实现大质量圆柱体易损产品的自定心抓取。

所述大质量圆柱体易损产品自动化柔性对接装置由机械系统、控制系统、视觉系统和力控系统组成，控制系统接收视觉系统获取到的空间位姿信息，并结合力控系统的反馈调节对自动对接动作进行轨迹规划及闭环控制。

实施例2：

基于实施例1提供的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置，本实施例进一步说明上述柔性对接装置的柔性对接方法，该柔性对接方法具体运行步骤包括：

根据对接流程，操作人员在生产准备及下线区1将大质量圆柱体易损产品拆箱，并起吊，对准销孔并放置于圆柱体易损产品定位托架9内。

根据对接流程，将外筒拆箱并吊装至外筒托架11内。

根据对接流程，将圆柱体易损产品定位抓取工装8安装于圆柱体易损产品上表面连接孔内，形成圆柱体易损产品组合体4。

根据对接流程，将外筒定位工装15对准外筒相应销孔安装至外筒上端面，形成外筒组合体5。

根据对接流程，将圆柱体易损产品组合体4及外筒组合体5分别推行放置于圆柱体产品对接停放区2和外筒对接停放区3内，并锁定万向脚轮。

根据对接流程，操作人员撤离对接区，开始自动对接流程。

根据控制系统指令，视觉相机7对对接区内圆柱体易损产品组合体4、外筒组合体5及抓取对接机器人6进行拍照识别，解算相对位置关系。

根据相对位置关系，控制系统进行轨迹计算。

根据控制系统指令，抓取对接机器人6移动力反馈抓取末端13至圆柱体易损产品组合体4上方通过圆柱体易损产品定位抓取工装8完成抓取，并通过相对坐标解算将圆柱体易损产品姿态信息及位置信息绑定至力反馈抓取末端上的视觉特征标志点上。

根据控制系统指令，抓取对接机器人6通过提升将大质量圆柱体易损产品与圆柱体易损产品托架9分离。

根据控制系统指令，抓取对接机器人6将圆柱体易损产品与外筒的轴线及销孔位置对齐。

根据控制系统指令，开始对接进给，过程中控制系统通过视觉相机持续拍照跟踪对接状态。

根据控制系统指令，在外筒上定位销进入圆柱体易损产品上相应销孔前力控系统介入对接调姿控制，控制系统根据多维力传感器15的接触力反馈数据对抓取对接机器人动作运行轨迹进行微调，保证柔顺对接。

根据控制系统指令，对接到位后抓取对接机器人6放开圆柱体易损产品定位抓取工装8，撤出对接位置，自动对接流程结束。

根据对接流程，操作人员将圆柱体易损产品定位托架9以及对接完成的大质量圆柱体易损产品及其外筒组合体移通过万向轮移出对接区，在生产准备及下线区1拆除圆柱体易损产品定位抓取工装8、外筒定位工装10，进行紧固件安装作业。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述柔性对接方法包括以下步骤：

S1，操作人员在生产准备及下线区将大质量圆柱体易损产品拆箱，并起吊，对准销孔并放置于圆柱体易损产品定位托架内；

S2，将外筒拆箱并吊装至外筒托架内；

S3，将圆柱体易损产品定位抓取工装安装于圆柱体易损产品上表面连接孔内，形成圆柱体易损产品组合体；

S4，将外筒定位工装对准外筒相应销孔安装至外筒上端面，形成外筒组合体；

S5,将圆柱体易损产品组合体及外筒组合体分别推行放置于圆柱体产品对接停放区和外筒对接停放区内；

S6,启动自动对接流程；

S7，视觉相机对对接区内圆柱体易损产品组合体、外筒组合体及抓取对接机器人进行拍照识别，解算相对位置关系；

S8，根据相对位置关系，控制系统进行轨迹计算；

S9，抓取对接机器人移动力反馈抓取末端至圆柱体易损产品组合体上方通过圆柱体易损产品定位抓取工装完成抓取，并通过相对坐标解算将圆柱体易损产品姿态信息及位置信息绑定至力反馈抓取末端上的视觉特征标志点上；

S10,抓取对接机器人通过提升将大质量圆柱体易损产品与圆柱体易损产品托架分离；

S11，抓取对接机器人将圆柱体易损产品与外筒的轴线及销孔位置对齐；

S12,开始对接进给，通过视觉相机持续拍照跟踪对接状态；

S13,在外筒上定位销进入圆柱体易损产品上相应销孔前力控系统介入对接调姿控制，控制系统根据多维力传感器的接触力反馈数据对抓取对接机器人动作运行轨迹进行微调；

S14,对接到位后抓取对接机器人放开圆柱体易损产品定位抓取工装，撤出对接位置，自动对接流程结束；

S15,操作人员将圆柱体易损产品定位托架以及对接完成的大质量圆柱体易损产品及其外筒组合体移通过万向轮移出对接区，在生产准备及下线区拆除圆柱体易损产品定位抓取工装、外筒定位工装，进行紧固件安装作业；

所述抓取对接机器人包含工业机器人、力反馈抓取末端；

所述工业机器人用于执行对接调姿动作；

所述力反馈抓取末端用于实现抓取动作及接触力感知反馈，末端表面设置视觉特征标志点用于跟踪识别力反馈抓取末端的空间位置及姿态；

所述力反馈抓取末端包含多维力传感器、外张式三爪自定心抓取机构；所述多维力传感器用于感知装配过程中的接触力，其上表面与连接座固连，下方与外张式三爪自定心抓取机构外壳固连；所述外张式三爪自定心抓取机构与圆柱体易损产品定位抓取工装具有相配合的型面用于实现大质量圆柱体易损产品的自定心抓取。

2.根据权利要求1所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述装置包括生产准备及下线区、圆柱体产品对接停放区、外筒对接停放区、圆柱体易损产品组合体、外筒组合体、抓取对接机器人、视觉相机，其中：

所述生产准备及下线区用于为圆柱体易损产品组合体以及外筒组合体提供拆箱的区域、吊装、工装安装以及对接完成后的线下紧固件安装、接插件插接及线缆绑扎作业的区域；

所述圆柱体产品对接停放区用于停放待对接的圆柱体易损产品组合体；

所述外筒对接停放区用于停放待对接的外筒组合体；

所述圆柱体易损产品组合体为圆柱体产品的待对接状态；

所述外筒组合体为外筒的待对接状态；

所述抓取对接机器人用于对圆柱体易损产品组合体实施抓取、提升、对接调姿以及对接进给作业；

所述视觉相机用于对圆柱体易损产品组合体、外筒组合体以及抓取对接机器人上的视觉特征标志点进行识别，并以此为依据解算产品位姿状态及抓取对接机器人的对接动作执行路径。

3.根据权利要求2所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述圆柱体易损产品组合体包含大质量圆柱体易损产品、圆柱体易损产品定位抓取工装以及圆柱体易损产品定位托架；

所述圆柱体易损产品定位托架用于大质量圆柱体易损产品的承托以及定位，所述圆柱体易损产品定位托架上表面设有定位销，与圆柱体易损产品的相应孔配合，销孔连接部分设有视觉特征标志点用于标定销孔空间位置及大质量圆柱体易损产品销孔位置以及姿态信息。

4.根据权利要求3所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述圆柱体易损产品定位抓取工装通过吊环螺钉与大质量圆柱体易损产品相固连，所述吊环螺钉上部设有视觉特征标志点，用于标定抓取动作执行坐标，同时通过配套工装兼容不同型号的自动对接。

5.根据权利要求4所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述圆柱体易损产品定位托架上设有可升降的万向脚轮。

6.根据权利要求2所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述外筒组合体包含外筒、外筒定位工装、外筒托架；

所述外筒定位工装上设置定位销与视觉特征标志点，外筒定位工装通过销孔配合与外筒相连，所述视觉特征标志点用于标定外筒对接销、对接风险点以及外筒整体位姿信息；

所述的外筒托架用于外筒的承托，底部设有可升降的万向脚轮。

7.根据权利要求1所述的大质量圆柱体自动抓取柔性对接装置的柔性对接方法，其特征在于：所述力反馈抓取末端包含连接座、驱动电机、蜗轮蜗杆减速机；其中，所述连接座为所述力反馈抓取末端的安装基座，与工业机器人末端法兰固连；所述驱动电机用于驱动外张式三爪自定心抓取机构，所述蜗轮蜗杆减速机用于传递驱动电机的驱动力至外张式三爪自定心抓取机构。