CN111185738B - 一种利用复杂作业条件精密装配机器人的方法 - Google Patents

一种利用复杂作业条件精密装配机器人的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复杂作业条件精密装配机器人及方法，包括立体激光测距***、多维力反馈测量***、六自由度微动平台、控制***；各个激光测距器、多维力传感器和六自由度微动平台均通讯连接于所述控制***，所述控制***用于接收各个激光测距器和多维力传感器的探测数据并控制六自由度微动平台运动。本发明的复杂作业条件精密装配机器人能够快速安装到印刷机轴承套筒上，能自动获取印刷机轴承套筒与墙板通孔的相对位姿，帮助机器人解除卡阻，完成装配。在装配完成后，能够快速取下，并安装到下一个需要安装的印刷机轴承套筒上，能大大提高装配效率。

Description

一种利用复杂作业条件精密装配机器人的方法
技术领域
本发明涉及一种用于印刷机套筒安装的精密装配机器人平台，具体涉及一种代替目前的人工装配将印刷机套筒装入印刷机墙板通孔的全自动化智能机器人***。
背景技术
印刷机套筒是一种安装在印刷机滚轴和机体外壳之间的装置，目的是防止滚轴直接摩擦机体外壳，该机构直径300mm，重量大，可达 40kg以上，而且装配精度要求高，要求配合精度在5μm以内，因此造成了装配极为困难。目前的方法是人工装配，效率很低，每天只能装1-2个；工人劳动强度大，由于需要蹲着进行作业，很多装配工人有腰椎突出的问题。目前已有很多代替人工自动装配的方案，但是效果均难以达到要求。原因主要在于机构本身的重力作用导致测量误差使得位置信息难以绝对精确、装配中难以避免的碰撞冲击以及***振动等其他干扰因素，这些问题会导致装配失败。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种复杂作业条件精密装配机器人及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复杂作业条件精密装配机器人，包括立体激光测距***、多维力反馈测量***、六自由度微动平台、控制***；
所述立体激光测距***包括环形的吸附式测量工装和均匀分布在吸附式测量工装内壁的若干激光测距器，所述吸附式测量工装的外径小于印刷机轴承套筒的内径；
所述立体激光测距***还包括有夹持部分，所述夹持部分位于所述吸附式测量工装的后方，用于夹持印刷机轴承套筒，其前侧面上均匀分布有若干激光测距器，用于测量其自身和印刷机的墙板之间的距离；
所述多维力反馈测量***包括多维力传感器，所述多维力传感器设于所述夹持部分的后部并与印刷机轴承套筒接触，用于探测印刷机轴承套筒沿XYZ三轴的受力以及绕三轴所受的力矩情况并传输至控制***；
所述六自由度微动平台可沿XYZ三轴直线移动，以及可沿三轴转动；所述六自由度微动平台上设有卡具，所述卡具用于固定所述立体激光测距***；
各个激光测距器、多维力传感器和六自由度微动平台均通讯连接于所述控制***，所述控制***用于接收各个激光测距器和多维力传感器的探测数据并控制六自由度微动平台运动。
进一步地，吸附式测量工装与印刷机轴承套筒接触的部分具有磁性，可与印刷机轴承套筒磁性吸附。
更进一步地，所述吸附式测量工装包括可分离的上半部和下半部，所述上半部和下半部通过螺栓固定。
进一步地，所述夹持部分呈圆环状。
更进一步地，所述圆环状的夹持部分的上部和下部可分离。
本发明还提供一种利用上述复杂作业条件精密装配机器人的方法，具体为：
将吸附式测量工装装嵌在印刷机轴承套筒的前端，并用夹持部分夹持印刷机轴承套筒的后部；
当吸附式测量工装尚未***墙板通孔时，吸附式测量工装上的激光测距器未开始工作，夹持部分上的激光测距器开始工作并获得自身与印刷机的墙板之间的距离；
在控制***中根据六自由度微动平台未动时刻夹持部分上的激光测距器测得的与印刷机的墙板的距离设定夹持部分上的激光测距器的读数阈值；
在控制***的控制下，六自由度微动平台移动，夹持部分上的激光测距器在靠近墙板通孔的过程中，测得的距离也在不断减小；如果测得的距离超过设定的读数阈值，则认为该激光测距器发射的激光束打到了墙板通孔内部；控制***根据读数超过设定的读数阈值的激光测距器的数量判断出立体激光测距***和墙板通孔之间的粗略位置关系，据此控制六自由度微动平台带动立体激光测距***连同印刷机轴承套筒一并移动，使其与墙板通孔粗略对准；
然后控制***控制六自由度微动平台移动，将吸附式测量工装***墙板通孔；此时吸附式测量工装上的激光测距器开始工作，根据其读数则可测量墙板通孔与吸附式测量工装的位置关系，使两者实现轴对中；
吸附式测量工装与墙板通孔实现轴对中后，控制***控制六自由度微动平台进行装配动作；控制***根据多维力传感器的探测结果获知印刷机轴承套筒的受力情况，并据此控制六自由度微动平台移动印刷机轴承套筒，实现躲力和解开卡阻，完成装配；
装配完成后，印刷机轴承套筒与墙板通孔形成配合，从印刷机轴承套筒拆下吸附式测量工装和夹持部分。
本发明的有益效果在于：本发明的复杂作业条件精密装配机器人能够快速安装到印刷机轴承套筒上，能自动获取印刷机轴承套筒与墙板通孔的相对位姿，帮助机器人解除卡阻，完成装配。在装配完成后，能够快速取下，并安装到下一个需要安装的印刷机轴承套筒上，能大大提高装配效率。
附图说明
图1为本发明实施例1中吸附式测量工装的结构示意图；
图2为本发明实施例中夹持部分的上半部分示意图；
图3为本发明实施例中复杂作业条件精密装配机器人整体工作示意图；
图4为本发明实施例中复杂作业条件精密装配机器人的侧视工作示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种复杂作业条件精密装配机器人，包括立体激光测距***、多维力反馈测量***(本实施例具体采用六维力反馈测量***)、六自由度微动平台、控制***；
所述立体激光测距***如图1-2所示，复杂作业条件精密装配机器人的整体结构如图3-4所示。
所述立体激光测距***包括环形的吸附式测量工装1和均匀分布在吸附式测量工装1内壁的若干激光测距器2(本实施例为6个)，如图1所示，所述吸附式测量工装1的外径小于印刷机轴承套筒100 的内径；
在本实施例中，所述吸附式测量工装1的外径为295mm,比印刷机轴承套筒100的内径略小，而且比较容易***到印刷机的墙板101 的通孔102中。在本实施例中，吸附式测量工装1与印刷机轴承套筒 100接触的部分具有磁性，可与印刷机轴承套筒100磁性吸附，使得吸附式测量工装1和印刷机轴承套筒100的结合更加牢固。
进一步地，在本实施例中，所述吸附式测量工装1包括可分离的上半部和下半部，所述上半部和下半部通过螺栓(铰制孔螺栓)固定。
因为吸附式测量工装直径小于墙板通孔，因此只需要输入吸附式测量工装与墙板通孔大体相对位姿，六自由度微动平台就可以将吸附式测量工装***墙板通孔，将吸附式测量工装***墙板通孔中就可以通过激光测距器的数值反解获得吸附式测量工装与墙板通孔相对位姿。此时吸附式测量工装与印刷机轴承套筒的中心轴基本重合。
所述立体激光测距***还包括有夹持部分3，所述夹持部分3位于所述吸附式测量工装1的后方，用于夹持印刷机轴承套筒100，其前侧面上均匀分布有若干激光测距器4，用于测量其自身和印刷机的墙板101之间的距离。
在本实施例中，所述夹持部分3呈圆环状，其内径大于300mm(印刷机轴承套筒的外径)。进一步地，在本实施例中，所述圆环状的夹持部分3的上部和下部可分离，三个激光测距器4等距离分布在夹持部分3上，图2所示为夹持部分3的上部。
所述多维力反馈测量***包括多维力传感器5(本实施例具体采用六维力传感器)，所述多维力传感器5设于所述夹持部分3的后部并与印刷机轴承套筒100接触，用于探测印刷机轴承套筒100沿XYZ 三轴的受力以及绕三轴所受的力矩情况并传输至控制***。
所述六自由度微动平台6可沿XYZ三轴直线移动，以及可沿三轴转动；所述六自由度微动平台6上设有卡具，所述卡具用于固定所述多维力传感器5。
各个激光测距器、多维力传感器5和六自由度微动平台6均通讯连接于所述控制***，所述控制***用于接收各个激光测距器和多维力传感器的探测数据并控制六自由度微动平台运动。
实施例2
本实施例提供利用实施例1所述复杂作业条件精密装配机器人的方法，具体为：
将吸附式测量工装装嵌在所述印刷机轴承套筒的前端，并用夹持部分夹持所述印刷机轴承套筒的后部；
当吸附式测量工装尚未***墙板通孔时，此时吸附式测量工装上的激光测距器还没有工作，夹持部分上的激光测距器在工作，其可以获得自身与印刷机墙板之间的距离；
在控制***中根据六自由度微动平台未动时刻夹持部分上的激光测距器测得的与印刷机的墙板的距离设定夹持部分上的激光测距器的读数阈值；
在控制***的控制下，六自由度微动平台移动，夹持部分上的激光测距器在靠近墙板通孔的过程中，测得的距离也在不断减小；如果测得的距离超过设定的读数阈值，则认为该激光测距器发射的激光束打到了墙板通孔内部(最多的时候可能有两个激光测距器的激光束打到墙板通孔内部)；控制***根据读数超过设定的读数阈值的激光测距器数量可以判断出立体激光测距***和墙板通孔之间的粗略位置关系，据此控制六自由度微动平台带动立体激光测距***连同印刷机轴承套筒一并移动，使其与墙板通孔粗略对准。
需要说明的是，根据立体激光测距***和墙板通孔的位置关系可以适当调整六自由度微动平台的运动速度，使两者越接近，速度越慢，接触速度接近于0，可以减轻碰撞冲击。
之后要将吸附式测量工装***通孔，此过程中，吸附式测量工装上的激光测距器已经开始工作，根据其读数则可以精确测量墙板通孔与吸附式测量工装的位置关系，使两者实现轴对中；
吸附式测量工装与墙板通孔实现轴对中后，此时要进行装配动作。由于机构下垂的问题，吸附式测量工装与墙板通孔轴对中，印刷机轴承套筒与墙板通孔并不是严格轴对中，因此肯定会发生碰撞。
控制***在装配过程中不再依靠吸附式测量工装上的激光测距器探测的位置信息，而是靠多维力传感器的探测结果获知印刷机轴承套筒的受力情况，并据此控制六自由度微动平台移动印刷机轴承套筒，实现躲力和解开卡阻，完成装配。
装配完成后，印刷机轴承套筒与墙板通孔形成配合，而吸附式测量工装由于本身外径比墙板通孔的内径小，因此两者并不接触，此时拆下吸附式测量工装很容易。在本实施例中，吸附式测量工装分为上半部和下半部，拆卸时只需松开螺栓，把吸附式测量工装从印刷机轴承套筒上取下来。夹持部分也从印刷机轴承套筒的后部取下。
实施例1的复杂作业条件精密装配机器人在测量精度上，直线误差≦1μm，测量角度误差≦0.2′,测量力误差≦0.01N，在安装配合精度上，直线误差≦5μm；六自由度微动平台的承载能力≧50KG，XYZ 方向移动距离≧100mm；六自由度微动平的电动缸的额定推力≧600N，行程≧200mm，额定速度≧200mm/s，最高速度≧330mm/s，电机功率≧0.35KW，电机工作电压为380V。
实施例1的复杂作业条件精密装配机器人能够快速安装到印刷机轴承套筒上，能自动获取印刷机轴承套筒与墙板通孔的相对位姿，帮助机器人解除卡阻，完成装配。在装配完成后，能够快速取下，并安装到下一个需要安装的印刷机轴承套筒上，能大大提高装配效率。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用复杂作业条件精密装配机器人的方法，其特征在于，所述复杂作业条件精密装配机器人包括立体激光测距***、多维力反馈测量***、六自由度微动平台、控制***；
所述立体激光测距***包括环形的吸附式测量工装和均匀分布在吸附式测量工装内壁的若干激光测距器，所述吸附式测量工装的外径小于印刷机轴承套筒的内径；
所述立体激光测距***还包括有夹持部分，所述夹持部分位于所述吸附式测量工装的后方，用于夹持印刷机轴承套筒，其前侧面上均匀分布有若干激光测距器，用于测量其自身和印刷机的墙板之间的距离；
所述多维力反馈测量***包括多维力传感器，所述多维力传感器设于所述夹持部分的后部并与印刷机轴承套筒接触，用于探测印刷机轴承套筒沿XYZ三轴的受力以及绕三轴所受的力矩情况并传输至控制***；
所述六自由度微动平台可沿XYZ三轴直线移动，以及可沿三轴转动；所述六自由度微动平台上设有卡具，所述卡具用于固定所述立体激光测距***；
各个激光测距器、多维力传感器和六自由度微动平台均通讯连接于所述控制***，所述控制***用于接收各个激光测距器和多维力传感器的探测数据并控制六自由度微动平台运动；
所述方法具体为：
将吸附式测量工装装嵌在印刷机轴承套筒的前端，并用夹持部分夹持印刷机轴承套筒的后部；
当吸附式测量工装尚未***墙板通孔时，吸附式测量工装上的激光测距器未开始工作，夹持部分上的激光测距器开始工作并获得自身与印刷机的墙板之间的距离；
在控制***中根据六自由度微动平台未动时刻夹持部分上的激光测距器测得的与印刷机的墙板的距离设定夹持部分上的激光测距器的读数阈值；
在控制***的控制下，六自由度微动平台移动，夹持部分上的激光测距器在靠近墙板通孔的过程中，测得的距离也在不断减小；如果测得的距离超过设定的读数阈值，则认为该激光测距器发射的激光束打到了墙板通孔内部；控制***根据读数超过设定的读数阈值的激光测距器的数量判断出立体激光测距***和墙板通孔之间的粗略位置关系，据此控制六自由度微动平台带动立体激光测距***连同印刷机轴承套筒一并移动，使其与墙板通孔粗略对准；
然后控制***控制六自由度微动平台移动，将吸附式测量工装***墙板通孔；此时吸附式测量工装上的激光测距器开始工作，根据其读数则可测量墙板通孔与吸附式测量工装的位置关系，使两者实现轴对中；
吸附式测量工装与墙板通孔实现轴对中后，控制***控制六自由度微动平台进行装配动作；控制***根据多维力传感器的探测结果获知印刷机轴承套筒的受力情况，并据此控制六自由度微动平台移动印刷机轴承套筒，实现躲力和解开卡阻，完成装配；
装配完成后，印刷机轴承套筒与墙板通孔形成配合，从印刷机轴承套筒拆下吸附式测量工装和夹持部分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸附式测量工装与印刷机轴承套筒接触的部分具有磁性，可与印刷机轴承套筒磁性吸附。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述吸附式测量工装包括可分离的上半部和下半部，所述上半部和下半部通过螺栓固定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述夹持部分呈圆环状。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述圆环状的夹持部分的上部和下部可分离。
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