CN107685329A - 一种机器人工件定位控制***及方法 - Google Patents

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何白冰
过金超
杨宏强
王晰炜
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Abstract

本发明涉及工业机器人控制领域，特别是一种机器人工件定位控制***及方法。该控制***包括用于计算工件偏移量及调整机器人工件操作参数的机器人控制装置、用于获取工件图像的视觉装置、用于带动机器人进行工位切换的运动机构、主控制器和工位接近传感器。主控制器控制运动机构带动机器人运动，当工位接近传感器判断机器人接近工位，反馈主控制器停止运送机器人；由机器人控制装置控制视觉装置获取工件图像，并计算得出工件偏移量，再根据偏移量调整工作参数，实现了机器人的一机多工位的切换后工件的定位，解决了工位切换后工件位置变化所造成的工件加工不精确的问题。

Description

一种机器人工件定位控制***及方法
技术领域
本发明涉及工业机器人控制领域，特别是一种机器人工件定位控制***及方法。
背景技术
随着工业4.0的发展，机器人产业蓬勃发展，尤其在加工制造业上的发展异常迅猛，如何实现机器人快速高效的使用，已经成为相关领域人员关注的热点。为了适应使用环境的柔性化、准确化、信息化、自动化、快速高效的要求，机器人已从以前简单的物料搬运、堆垛发展到今天的集机械设计、计算机科学、通讯技术、自动化技术以及管理科学为一体的综合技术。其中，机器人视觉装置应运而生，受到了人们的广泛关注，并且迅速地应用到了机器人工件定位、范围控制等许多场所。一般来说，机器人在处理固定工位上工件的方式是需要将机器人固定对应工位安装的，即将机器人固定之后，按照固定的方式和姿态来进行操作。这种工作方式需要一台机器人专门配合一个固定的工位。
有公开号CN206321223U的专利文献公布了一种一机多工位汽车部件检测***，包括控制器、测量机器人、旋转测量台，所述测量机器人设置在所述旋转测量台上，旋转测量台带动测量机器人在不同测量站切换转动，测量机器人对来自不同工位的被测件进行测量，实现了一机多工位的检测，有效的提高了工作效率。
机器人在工业应用中较为广泛，还多为较复杂的工件操作，因此需要根据工件的位置调整一定的姿态，在满足高效率工作的同时，完成高精度的要求。因此，需要在解除机器人被工位限制的基础上，解决工位变化导致的工件位置变化的问题，达到高效率、高精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种机器人工件定位控制***及方法，用以解决工位切换后工件位置变化所造成的工件加工不精确的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种机器人工件定位控制***，包括机器人，还包括主控制器、用于带动机器人进行工位切换的运动机构和工位接近传感器；所述机器人包括用于计算工件偏移量及调整机器人工件操作参数的机器人控制装置和用于获取工件图像的视觉装置；所述主控制器控制连接所述运动机构，所述主控制器输入采样连接所述工位接近传感器，所述主控制器连接所述机器人控制装置；所述机器人控制装置输入采样连接所述视觉装置。
作为本发明提供的一种机器人工件定位控制***的有益效果是，实现了一机多工位的切换，通过机器视觉实现了机器人对工件的定位，实现了工位切换后的机器人能够准确地自动化操作。
为了减轻机器人控制装置的运算空间和时间，使***更加快捷、高效、准确，作为本发明提供的一种机器人工件定位控制***的改进，优选的是，所述主控制器为PLC控制器。
优选的是，所述运动机构为直线传输机构，所述直线传输机构为同步带型直线滑台。
优选的是，所述工位接近传感器为光电式接近传感器。
优选的是，所述视觉装置包括摄像机，所述摄像机通过Profinet通讯与所述机器人控制装置信号连接。
优选的是，所述摄像机为2D工业专用相机。
本发明提供一种机器人工件定位控制方法，步骤如下：
判断是否接近工位；
获取工件图像；
计算工件偏移量；
调整机器人操作工件的工作参数。
作为本发明提供的一种机器人工件定位控制方法的有益效果是，完成了工件偏移识别，并能根据偏移量控制调整相应的工作参数，实现了工件的定位，解决了工位切换后工件位置变化所造成的工件加工不精确的问题，方法简单，易于实现。
优选的是，所述偏移量包括工件在水平面内的x轴向的平移偏差Δx、工件在y轴向的平移偏差Δy及工件的水平旋转偏差φ。
附图说明
图1是一种机器人工件定位控制***的连接示意图；
图2是一种机器人工件定位控制方法的流程图；
图3是一种机器人工件定位控制方法的计算原理图；
图4是一种机器人工件定位控制方法的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种机器人工件定位控制***，如图1所示，包括机器人、主控制器、运动机构和工位接近传感器。其中机器人包括机器人控制装置和视觉装置。
主控制器控制连接运动机构，主控制器输入信号连接工位接近传感器，主控制器输出信号连接机器人控制装置；机器人控制装置信号连接所述视觉装置。
运动机构用于带动机器人进行工位切换，例如提供机器人直线运动的传送机构，这种直线传送机构种类较多，如同步带型直线滑台或滚珠丝杆型直线滑台。
工位接近传感器是无需接触检测对象进行检测为目的的一种传感器，例如光电式接近传感器，其中的发光二极管的光束轴线和光电三极管的轴线在一个平面上，并成一定的夹角，两轴线在传感器前方交于一点，当被检测物体表面接近交点时，发光二极管的反射光被光电三极管接收，产生信号。因此，工位接近传感器能够有效地检测机器人是否到达工位。
视觉装置包括摄像机，优选摄像机为2D工业专用相机；该相机通过Profinet通讯与机器人控制装置信号连接，将采集到的工件信息传输给机器人控制装置。
优选控制器为PLC控制器，PLC控制器输入采集连接工位接近传感器，PLC控制器输出控制连接机器人直线转送机构，PLC控制器信号连接机器人控制装置，其中，PLC控制器通过对运动机构精准的控制，结合工位传感器采集的信号，控制机器人直线传送机构运送机器人完成工位的切换和匹配，PLC控制器将完成工位切换的信号传输给机器人控制装置。
上述机器人工件定位控制***中可以不使用PLC控制器，由机器人控制装置控制机器人进行工位的切换，但是PLC控制器的介入有效地减少了机器人控制装置的运算空间和时间，使运算更加快捷、高效。
本发明提供一种机器人工件定位控制方法，如图2所示，具体流程如下：
1、判断是否接近工位。
PLC控制器控制运动机构带动机器人进行工位切换，并通过工位接近传感器采集相应工位上的信息，若采集到机器人接近工位，则PLC控制不再传输机器人，判定为机器人已经到达工位。
2、获取工件图像。
若机器人接近工位，则将信号传输给机器人控制装置，机器人控制装置控制2D工业专用相机采集相应工位上的工件图像，并将图像信息输出给机器人控制装置。
3、计算工件偏移量。
将采集的工件图像通过机器人控制装置计算得出工件的偏移量，其中计算原理，如图3所示。
其中O-XYZ为世界坐标系，Oc-XcYcZc为2D工业专用相机的坐标系；Oc为相机的光心，X轴、Y轴分别与Xc轴、Yc轴和图像的x，y轴平行，Zc为摄像机的光轴，与图像平面垂直，其交点O1为工件图像坐标系的原点；OcO1为相机的焦距f。
不考虑相机透镜畸变，则由透视投影成像模型为：
式中，p(u,v)为目标特征点P在图像坐标系的二维坐标值，(X，Y，Z)为P点在世界坐标系的坐标，(Xc0，Yc0，Zc0)为摄像机的光心在世界坐标系的坐标，dx、dy为摄像机的每一个像素分别在x轴与y轴方向采样的量化因子，u0、v0分别为摄像机的图像中心O1在x轴与y轴方向采样时的位置偏移量。
因此，通过公式(1)即可实现P点位置在图像坐标系与世界坐标系之间的变换。
在使用过程中，对相应工位上的工件进行两个特征定点定位，从而得到在机器人的世界坐标系下的工件的坐标。在O-XYZ为世界坐标系下，对工件顶点进行坐标转换完成后，得到工件一个顶点P在机器人世界坐标系下的具***置(X,Y,Z),另外一个顶点P＇为(Xb，Yb，Zb)，依次计算出工件各个顶点位置，并完成对工件的具体定位功能，具体坐标计算如下：
因此，工件的角度偏移量φ的计算公式如下：
最终得到了工件的偏移量ΔX、ΔY、φ。
4、调整机器人操作工件的工作参数，完成工件加工。
根据上述步骤3得到的偏移量，机器人控制装置调整工件操作时的工作参数，完成工件的加工。
根据偏移量建立的模型如图4所示，机器人控制装置中工件操作的P点的初始参数{(Xa，Ya，Za)，φa}，在Z轴平面上距离不变换的情况下，分别在工件操作的初始参数上加入ΔX、ΔY和φ。
最终，无论相应工位上的工件位置发生何种变化，只要在视觉装置的采集范围之内，机器人控制装置控制改变工间操作的参数，完成工件加工。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人工件定位控制***，包括机器人，其特征在于，还包括主控制器、用于带动机器人进行工位切换的运动机构和工位接近传感器；所述机器人包括用于计算工件偏移量及调整机器人工件操作参数的机器人控制装置和用于获取工件图像的视觉装置；所述主控制器控制连接所述运动机构，所述主控制器输入采样连接所述工位接近传感器，所述主控制器连接所述机器人控制装置；所述机器人控制装置输入采样连接所述视觉装置。
2.根据权利要求1所述的机器人工件定位控制***，其特征在于，所述主控制器为PLC控制器。
3.根据权利要求1或2所述的机器人工件定位控制***，其特征在于，所述运动机构为直线传输机构，所述直线传输机构为同步带型直线滑台。
4.根据权利要求3所述的机器人工件定位控制***，其特征在于，所述工位接近传感器为光电式接近传感器。
5.根据权利要求1所述的机器人工件定位控制***，其特征在于，所述视觉装置包括摄像机，所述摄像机通过Profinet通讯与所述机器人控制装置连接。
6.根据权利要求5所述的机器人工件定位控制***，其特征在于，所述摄像机为2D工业专用相机。
7.一种机器人工件定位控制方法，其特征在于，步骤如下：
判断是否接近工位；
获取工件图像；
计算工件偏移量；
调整机器人操作工件的工作参数。
8.根据权利要求7所述的机器人工件定位控制方法，其特征在于，所述偏移量包括工件在水平面内的x轴向的平移偏差Δx、工件在y轴向的平移偏差Δy及工件的水平旋转偏差φ。
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