CN113001142A - 一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配*** - Google Patents

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Abstract

一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，属于大型分块光学组件装配技术领域。本发明在传统单机械臂或者双机械臂装配中机械臂仅仅具有装配作用的基础上，增加了双机械臂交互配合模式，一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配。两台机械臂可通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换，满足更广更大的视觉识别和装配范围要求。

Description

一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***
技术领域
本发明涉及一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，属于大型分块光学组件装配技术领域。
背景技术
随着空间相机对分辨率的要求越来越高，传统整体式特大口径主镜，加工难度大、轻量化困难，造成发射成本高的缺点日益明显，已经无法再满足今后发展需求。因此，提出了可拼接的分块光学组件方案。
目前，可拼接分块光学组件仍然采用人工手动装配的方式完成，这种方式对于规格小、重量轻及分块镜数量少的光学组件尚可以适用。但是，随着分块光学组件中单个分块镜尺寸、重量越来越大，数量越来越多，单纯依靠人工手动方式进行装配，无法保证产品安全性、可靠性及装配精度一致性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，用于大型分块光学组件的自动装配，取代了人工手动装配模式，最终提高产品安全性、可靠性及装配精度一致性。
本发明的技术解决方案是：一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，包括双机械臂子***、摄影测量子***、中央控制子***和三维重构虚拟显示子***；
所述双机械臂子***一方面通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一方面机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配；
摄影测量子***用于装配场景三维空间、工件抓取及装配位姿关系的建立及装配过程中工件的实时识别测量；
中央控制子***用于控制双机械臂子***、摄影测量子***进行协同工作，除与子***内硬件设备通讯及数据交互以外，还需要将机械臂运动、力控数据实时传递给三维重构虚拟显示子***；
三维重构虚拟显示子***用于对产品的装配过程进行虚拟同步显示，根据预设的全场景要素三维模型，依据来自装配机器人子***及摄影测量子***的数据驱动全场景三维模型，实现装配过程及测量数据的实时显示。
进一步地，所述双机械臂子***包括双机械臂、工件末端执行器、摄影测量末端执行器、移动式快换小车和货架；双机械臂位于分块光学组件主体框架两侧，根据分块光学组件的包络及双机械臂运行范围确定双机械臂、移动式快换小车及货架在主框架两侧的具***置，保证相互位置不干涉。
进一步地，所述双机械臂中一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配；两台机械臂通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换。
进一步地，所述工件末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，用于实现待装部件的抓取及装配；末端执行器通过电机驱动，在抓取部位通过对夹紧力的控制确保抓取的可靠性；抓取部位为柔性抓取部件，确保可自适应装配，同时末端具有力控装置，实现对装配力的控制及反馈。
进一步地，所述摄影测量末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，机械臂带动双目测量相机在机械臂轨迹内任意点停留对工件进行识别及测量，指导机械臂进行工件抓取及自动装配；同时，用于安装双目测量相机及控制器，测量数据传输接口与工业快换接口相适应。
进一步地，所述移动式快换小车用于放置工件末端执行器及摄影测量末端执行器，其上安装有支撑块用于末端执行器的支撑及定位；当双机械臂***在装配过程中需要更换末端执行器或者装配结束需要将末端执行器放置到快换小车时，小车沿着轨道往复运动，在机器人可拾取的相应位置，完成末端执行器的自动更换或放置。
进一步地，所述摄影测量子***包括单目测量相机和双目测量相机***；单目测量相机用于对全局场景三维空间、抓取及装配关系进行拍摄测量，之后结合基准尺对测量数据进行处理，得到全场景、抓取及装配的精确三维位姿关系。
进一步地，所述双目测量相机***安装在摄影测量末端执行器上，双相机位置固定；在装配过程中结合全场景的实物位置关系，实时识别并计算工件空间姿态数据。
进一步地，所述三维重构虚拟显示子***对双机械臂自动装配过程全部场景进行同步虚拟三维显示；实时计算工件与机械臂等场景的距离，实现碰撞预警；实时显示工件位置数据、末端六向力数据。实时展示过程中，与三维场景实时交互操作，支持对视角的旋转、平移、切换，视图缩放，三维对象显示以及隐藏；支持多窗口多视角同时显示；协调不同数据源的时差；具备三维场景基础数据和测量数据存储及回放功能。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出了一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，将比较成熟的工业机械臂引入到大口径分块光学组件装配领域。解决了传统大口径分块光学组件人工装配模式安全性、可靠性、精度一致性差及自动化程度低的缺点。
(2)本发明在传统单机械臂或者双机械臂装配中机械臂仅仅具有装配作用的基础上，增加了双机械臂交互配合模式，一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配。两台机械臂可通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换，满足更广更大的视觉识别和装配范围要求。
(3)本发明在传统装配***上增加了三维重构虚拟显示子***，三维重构对整个***进行实时远程监控，碰撞预警，对可能发生的预警进行紧急自动处理。解决了传统装配过程中只靠人眼观察，无法进行实时监控或者由于角度问题无法观察细节，造成疏漏引起碰撞发生的情况。
附图说明
图1为本发明***原理图；
图2为本发明***布局图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明提出了一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，将比较成熟的工业机械臂引入到大口径分块光学组件装配领域。解决了传统大口径分块光学组件人工装配模式安全性、可靠性、精度一致性差及自动化程度低的缺点。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～2所示)：双机械臂子***，摄影测量子***，中央控制子***，三维重构虚拟显示子***。双机械臂交互配合模式，一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配。两台机械臂可通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换，满足更广更大的视觉识别和装配范围要求。
在本发明实施例提供的技术方案中，具体如下：
如图1所示，一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，包括双机械臂子***，摄影测量子***，三维重构虚拟显示子***，中央控制子***。其中：
双机械臂子***是大型分块光学组件自动装配的主要实施者。一方面机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一方面机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配。
摄影测量子***用于整个装配场景三维空间、工件抓取及装配位姿关系的建立及装配过程中工件的实时识别测量。
中央控制子***用于综合控制双机械臂子***、摄影测量子***进行协同工作，除与子***内硬件设备通讯及数据交互以外，还需要将机械臂运动、力控等数据实时传递给三维重构虚拟显示子***。
三维重构虚拟显示子***用于对产品的装配过程进行虚拟同步显示，根据预设的全场景要素三维模型，依据来自装配机器人子***及摄影测量子***的数据驱动全场景三维模型，实现装配过程及测量数据的实时显示。
作为进一步补充说明：
如图2所示，双机械臂子***包括：双机械臂(工业机器人2套)，工件末端执行器，摄影测量末端执行器，移动式快换小车，货架。双目视觉子***包括：单目测量相机***，双目测量相机***。
如图2所示，双机械臂布局在大口径分块光学组件主体框架两侧，根据大口径分块光学组件的包络及双机械臂运行范围确定双机械臂、移动式快换小车及货架在主框架两侧的具***置，保证相互位置不干涉。
双机械臂子***具备离线编程及在线校准功能，用于离线规划机器人运动轨迹及编程，并结合现场示教，确定装配程序。
如图2所示，双机械臂使用交互配合的工作模式，一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配。两台机械臂可通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换，满足更广更大的视觉识别和装配范围要求。
如图2所示，工件末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，用于实现待装部件的抓取及装配。末端执行器通过电机驱动，在抓取部位通过对夹紧力的控制确保抓取的可靠性；抓取部位带有一定的柔性，确保可自适应装配，同时末端具有力控装置，实现对装配力的控制及反馈。
如图2所示，摄影测量末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，机械臂带动双目测量相机在机械臂轨迹内任意点停留对工件进行识别及测量，指导机械臂进行工件抓取及自动装配。同时，用于安装双目测量相机及控制器，测量数据传输接口需要适应工业快换接口。
如图2所示，移动式快换小车用于放置工件末端执行器及摄影测量末端执行器，其上安装有支撑块用于末端执行器的支撑及定位。当双机械臂***在装配过程中需要更换末端执行器或者装配结束需要将末端执行器放置到快换小车时，小车沿着轨道往复运动，在机器人可拾取的相应位置，完成末端执行器的自动更换或放置。
如图2所示，货架用于放置待装工件，货架放置于机器人的可达范围之内，且不遮挡机器人轨迹，货架上安装有支撑块用于工件的放置及定位。
摄影测量子***中的单目测量相机于对全局场景三维空间、抓取及装配关系进行拍摄测量，之后结合基准尺对测量数据进行处理，得到全场景、抓取及装配的精确三维位姿关系。
如图2所示，摄影测量子***中双目测量相机和双目测量控制器安装在摄影测量末端执行器上，双相机位置固定。在装配过程中结合全场景的实物位置关系，实时识别并计算工件空间姿态数据。
中央控制子***对双机械臂子***、摄影测量子***及三维重构虚拟显示子***进行协同控制，集成操作。可提供人工操作，按键式分布步操作及一键自动装配三种操作模式任意选择。
三维重构虚拟显示子***对双机械臂自动装配过程全部场景进行同步虚拟三维显示；实时计算工件与机械臂等场景的距离，实现碰撞预警；实时显示工件位置数据、末端六向力数据。实时展示过程中，与三维场景实时交互操作，支持对视角的旋转、平移、切换，视图缩放，三维对象显示，隐藏。支持多窗口多视角同时显示；显示流畅、准确，无卡滞；协调不同数据源的时差。具备三维场景基础数据和测量数据存储及回放功能。
本发明在传统装配***上增加了三维重构虚拟显示子***，三维重构对整个***进行实时远程监控，碰撞预警，对可能发生的预警进行紧急自动处理。解决了传统装配过程中只靠人眼观察，无法进行实时监控或者由于角度问题无法观察细节，造成疏漏引起碰撞发生的情况。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：包括双机械臂子***、摄影测量子***、中央控制子***和三维重构虚拟显示子***；
所述双机械臂子***一方面通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一方面机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配；
摄影测量子***用于装配场景三维空间、工件抓取及装配位姿关系的建立及装配过程中工件的实时识别测量；
中央控制子***用于控制双机械臂子***、摄影测量子***进行协同工作，除与子***内硬件设备通讯及数据交互以外，还需要将机械臂运动、力控数据实时传递给三维重构虚拟显示子***；
三维重构虚拟显示子***用于对产品的装配过程进行虚拟同步显示，根据预设的全场景要素三维模型，依据来自装配机器人子***及摄影测量子***的数据驱动全场景三维模型，实现装配过程及测量数据的实时显示。
2.根据权利要求1所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述双机械臂子***包括双机械臂、工件末端执行器、摄影测量末端执行器、移动式快换小车和货架；双机械臂位于分块光学组件主体框架两侧，根据分块光学组件的包络及双机械臂运行范围确定双机械臂、移动式快换小车及货架在主框架两侧的具***置，保证相互位置不干涉。
3.根据权利要求2所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述双机械臂中一台机械臂通过快换装置携带摄影测量子***中的双目测量相机对装配全过程进行实时识别测量，另一台机械臂通过快换装置携带工件末端执行器根据双目相机得到的测量数据执行工件的抓取及装配；两台机械臂通过快换装置交换末端执行器，实现双机械臂功能互换。
4.根据权利要求2所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述工件末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，用于实现待装部件的抓取及装配；末端执行器通过电机驱动，在抓取部位通过对夹紧力的控制确保抓取的可靠性；抓取部位为柔性抓取部件，确保可自适应装配，同时末端具有力控装置，实现对装配力的控制及反馈。
5.根据权利要求2所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述摄影测量末端执行器通过快换装置安装到机械臂上，机械臂带动双目测量相机在机械臂轨迹内任意点停留对工件进行识别及测量，指导机械臂进行工件抓取及自动装配；同时，用于安装双目测量相机及控制器，测量数据传输接口与工业快换接口相适应。
6.根据权利要求2所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述移动式快换小车用于放置工件末端执行器及摄影测量末端执行器，其上安装有支撑块用于末端执行器的支撑及定位；当双机械臂***在装配过程中需要更换末端执行器或者装配结束需要将末端执行器放置到快换小车时，小车沿着轨道往复运动，在机器人可拾取的相应位置，完成末端执行器的自动更换或放置。
7.根据权利要求1所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述摄影测量子***包括单目测量相机和双目测量相机***；单目测量相机用于对全局场景三维空间、抓取及装配关系进行拍摄测量，之后结合基准尺对测量数据进行处理，得到全场景、抓取及装配的精确三维位姿关系。
8.根据权利要求7所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述双目测量相机***安装在摄影测量末端执行器上，双相机位置固定；在装配过程中结合全场景的实物位置关系，实时识别并计算工件空间姿态数据。
9.根据权利要求1所述的一种用于大型分块光学组件的双机械臂自动装配***，其特征在于：所述三维重构虚拟显示子***对双机械臂自动装配过程全部场景进行同步虚拟三维显示；实时计算工件与机械臂等场景的距离，实现碰撞预警；实时显示工件位置数据、末端六向力数据。实时展示过程中，与三维场景实时交互操作，支持对视角的旋转、平移、切换，视图缩放，三维对象显示以及隐藏；支持多窗口多视角同时显示；协调不同数据源的时差；具备三维场景基础数据和测量数据存储及回放功能。
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