基于多传感器融合的机器人自动化装配方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及自动化装配技术领域，解决了现有技术中系统定位范围小、定位精度不精确以及检测信息不完备的问题，技术方案为：包括上位机系统、工业机器人、夹持系统、多传感器系统和待装配体，其中：上位机系统用于获取多传感器系统的测量数据并进行计算，根据计算结果对机器人的运动进行规划，并反馈给工业机器人；工业机器人用于转运待装配体；夹持系统用于实现对装配体的夹持；多传感器系统用于获得装配体间的位姿关系和接触力信息。本发明专利技术的有益效果为：本发明专利技术根据多传感器融合的对于待装配体的多参数数据的精准检测，对装配过程进行规划，实现对复杂大型体的高精度自动化装配，扩大了系统定位范围，提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
基于多传感器融合的机器人自动化装配方法及装置
本专利技术涉及自动化装配
，具体涉及一种基于多传感器融合的机器人自动化装配方法及装置。
技术介绍
机器人自动装配系统以其转配精度高、工作周期长、稳定性好、适应极端环境等优点而广泛应用于汽车制造、家电生产、物流仓储等领域。随着用人成本的不断增加，以制造业为代表的劳动密集型产业对自动化装配系统的需求越来越高，相较于以组合机床为代表的专用自动化装配系统，机器人自动装配系统具有适应性强、安装周期短等优点，已逐渐成为主流的自动化装配系统，近年来，机器人装配系统越来越多的应用于军工、航天、核能、重型机械等领域，也对装配可靠性、自主性、安全性及精度要求越来越高。在机器人装配系统中，视觉、激光、力觉等多种传感器的引入使机器人自主作业过程中，既要保证高的装配精度，又要保证待装配体间的接触力在一定范围之内，但是在现有技术中，机器人装配系统从对待装配体的检测定位到装配，其精度不高，不能保证高精度的同时又保证待装配体间的接触力要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是现有技术中机器人自动化装配中系统检测、定位精度不精确，检测信息不完备，以及待装配体间的实际接触力不精准。为了解决现有技术中的上述问题，即为了扩大机器人自动化装配中系统检测、定位范围，提高检测、定位和装配精度，同时提高检测信息完备度，保证待装配体间的接触力要求，本专利技术提供了一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，包括：上位机系统、工业机器人、夹持系统和多传感器系统，其中：所述上位机系统基于所述多传感器系统采集到的数据，对待装配体的位姿进行在线分析，制定相关措施，所述相关措施包括向所述工业机器人发出控制指令；所述工业机器人基于所述控制指令，驱动所述夹持系统固定、夹持和移动待装配体；所述多传感器系统与所述上位机通信连接，所述多传感器系统基于多种传感器的组合采集待装配体的位姿信息和待装配体间的接触力信息；所述夹持系统固定安装于所述工业机器人；所述多传感器系统固定安装于所述夹持系统。在一些优选实例中，所述上位机系统包括总控模块、人机交互模块和安全模块，其中，所述总控模块包括多传感器信息处理模块和规划模块，其中，所述多传感器信息处理模块基于所述多传感器系统采集的装配过程中的实时信息，实时分析所述工业机器人和待装配体中至少一者的位姿信息；所述规划模块基于所述多传感信息处理模块的信息，规划所述工业机器人的运动路径、向所述工业机器人发出运动指令。所述人机交互模块包括人机交互界面，所述人机交互界面与所述工业机器人通信连接；所述安全模块与所述工业机器人通信连接，配置为基于所述工业机器人的实时运动状态控制所述工业机器人的紧急停止。在一些优选实例中，所述多传感器系统包括多个视觉传感器、力觉传感器和多个激光传感器，其中：所述多个视觉传感器固定安装于所述夹持系统，所述多个视觉传感器用于采集待装配体的视觉数据，并发送到所述上位机系统；所述力觉传感器固定安装于所述夹持系统与所述工业机器人的之间，所述力觉传感器用于采集所述夹持系统与所述工业机器人之间的力矩变化信息，并发送到所述上位机系统；所述多个激光传感器固定安装于所述夹持系统，所述多个激光传感器用于采集待装配体的距离数据，并发送到所述上位机系统。在一些优选实例中，所述多个视觉传感器包括第一视觉传感器、第二视觉传感器和第三视觉传感器，所述多个激光传感器包括中距离激光测距传感器阵列和近距离激光测距传感器阵列。在一些优选实例中，所述第一视觉传感器包括第一图像信息收集模块和第一图像信息处理模块，所述第一图像信息收集模块与所述第一视觉传感器通讯连接，所述第一图像信息处理模块与所述第一视觉传感器通讯连接，所述第一视觉传感器包括一个或多个所述第一图像信息收集模块；所述第二视觉传感器包括第二图像信息收集模块和第二图像信息处理模块，所述第二图像信息收集模块与所述第二视觉传感器通讯连接，所述第二图像信息处理模块与所述第二视觉传感器通讯连接，所述第二视觉传感器包括一个或多个所述第二图像信息收集模块；所述第三视觉传感器包括第三图像信息收集模块和第三图像信息处理模块，所述第三图像信息收集模块与所述第三视觉传感器通讯连接，所述第三图像信息处理模块与所述第三视觉传感器通讯连接，所述第三视觉传感器包括一个或多个所述第三图像信息收集模块；所述中距离激光测距传感器阵列包含中距离信息收集模块和中距离信息处理模块，所述中距离信息收集模块与所述中距离激光测距传感器通讯连接，所述中距离信息处理模块与所述中距离激光测距传感器通讯连接，所述中距离激光测距传感器阵列包括一个或多个所述中距离信息收集模块；所述近距离激光测距传感器阵列包含近距离信息收集模块和近距离信息处理模块，所述近距离信息收集模块与所述近距离激光测距传感器通讯连接，所述近距离信息处理模块与所述近距离激光测距传感器通讯连接，所述近距离激光测距传感器阵列包括一个或多个所述近距离信息收集模块。在一些优选实例中，还包括第一待装配体和用于装配到所述第一待装配体中的第二待装配体，其中，所述第一待装配体为带孔类装配体，所述第二待装配体为带轴类装配体。一种基于多传感器融合的机器人自动化装配方法，包括以下步骤：S100，检测待装配体三维位姿，控制工业机器人驱动夹持系统移动第二待装配体至第一待装配体附近，使第一待装配体与第二待装配体在待装配方向上对齐，其中，S101,第一视觉传感器检测第一待装配体的三维位姿信息，并反馈位姿信息至上位机系统；S102,上位机系统控制工业机器人并带动夹持系统运动到指定位置；S103,手动将第二待装配体放置并固定于夹持系统；S104,根据S101已检测的第一待装配体的三维位姿信息，规划工业机器人路径，并控制工业机器人将第二待装配体引导至第一待装配体附近；S105，调整第二待装配体三维位姿，使第二待装配体与第一待装配体在待装配方向上对齐；S106，第二视觉传感器检测第一待装配体和第二待装配体三维位姿，并反馈检测信息至上位机系统，进一步调整第一待装体和第二待装配体间在待装配方向上的待装配部位的对齐精度；S107，中距离激光测距传感器阵列检测第一待装配体相对于中距离激光测距传感器阵列的距离信息，进一步调整第二待装配体位姿，使第一待装配体与第二待装配体间的实际位姿与目标位姿间的偏差小于第一设定阈值。S200，控制第二待装配体运动靠近第一待装配体，中距离激光测距传感器实时测量第一待装配体与中距离激光测距传感器之间的距离缩小到第二设定阈值后，启动近距离激光测距传感器阵列并停止第二待装配体的运动。S300，通过近距离激光测距传感器阵列与第三视觉传感器采集信息，调整第二待装配体与第一待装配体位姿，使第一待装配体和第二待装配体之间的实际位姿关系和目标位姿关系之间的误差小于第三设定阈值后，控制第二待装配体运动装配，力觉传感器检测到第一待装配体与第二装配体待装配部位之间的力接触信息，调整第二待装配体位姿，使第一待装配体和第二待装配体之间的实际力矩和目标力矩偏差小于力觉设定阈值，其中，S301，近距离激光测距传感器阵列检测第一待装配体与近距离激光测距传感器阵列距离，反馈所检测距离信息至上位机系统，调整第二待装配体与第一待装配体之间俯仰角与方位角精度误差；S302，第三视觉传感器检测第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，包括上位机系统、工业机器人、夹持系统和多传感器系统，其中：所述上位机系统基于所述多传感器系统采集到的数据，对待装配体的位姿进行在线分析，制定相关措施，所述相关措施包括向所述工业机器人发出控制指令；所述工业机器人基于所述控制指令，驱动所述夹持系统固定、夹持和移动待装配体；所述多传感器系统与所述上位机通信连接，所述多传感器系统基于多种传感器的组合采集待装配体的位姿信息和待装配体间的接触力信息；所述夹持系统固定安装于所述工业机器人；所述多传感器系统固定安装于所述夹持系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，包括上位机系统、工业机器人、夹持系统和多传感器系统，其中：所述上位机系统基于所述多传感器系统采集到的数据，对待装配体的位姿进行在线分析，制定相关措施，所述相关措施包括向所述工业机器人发出控制指令；所述工业机器人基于所述控制指令，驱动所述夹持系统固定、夹持和移动待装配体；所述多传感器系统与所述上位机通信连接，所述多传感器系统基于多种传感器的组合采集待装配体的位姿信息和待装配体间的接触力信息；所述夹持系统固定安装于所述工业机器人；所述多传感器系统固定安装于所述夹持系统。2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，所述上位机系统包括总控模块、人机交互模块和安全模块，其中：所述总控模块包括多传感器信息处理模块和规划模块，其中，所述多传感器信息处理模块基于所述多传感器系统采集的装配过程中的实时信息，实时分析所述工业机器人和所述待装配体中至少一者的位姿信息；所述规划模块基于所述多传感信息处理模块的信息，规划所述工业机器人的运动路径、向所述工业机器人发出运动指令；所述人机交互模块包括人机交互界面，所述人机交互界面与所述工业机器人通信连接；所述安全模块与所述工业机器人通信连接，配置为基于所述工业机器人的实时运动状态控制所述工业机器人的紧急停止。3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，所述多传感器系统包括多个视觉传感器、力觉传感器和多个激光传感器，其中：所述多个视觉传感器固定安装于所述夹持系统，所述多个视觉传感器用于采集待装配体的视觉数据，并发送到所述上位机系统；所述力觉传感器固定安装于所述夹持系统与所述工业机器人的之间，所述力觉传感器用于采集所述夹持系统与所述工业机器人之间的力矩变化信息，并发送到所述上位机系统；所述多个激光传感器固定安装于所述夹持系统，所述多个激光传感器用于采集待装配体的距离数据，并发送到所述上位机系统。4.根据权利要求3所述的一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，所述多个视觉传感器包括第一视觉传感器、第二视觉传感器和第三视觉传感器，所述多个激光传感器包括中距离激光测距传感器阵列和近距离激光测距传感器阵列。5.根据权利要求4所述的一种基于多传感器融合的机器人自动化装配装置，其特征在于，所述第一视觉传感器包括第一图像信息收集模块和第一图像信息处理模块，所述第一图像信息收集模块与所述第一视觉传感器通讯连接，所述第一图像信息处理模块与所述第一视觉传感器通讯连接，所述第一视觉传感器包括一个或多个所述第一图像信息收集模块；所述第二视觉传感器包括第二图像信息收集模块和第二图像信息处理模块，所述第二图像信息收集模块与所述第二视觉传感器通讯连接，所述第二图像信息处理模块与所述第二视觉传感器通讯连接，所述第二视觉传感器包括一个或多个所述第二图像信息收集模块；所述第三视觉传感器包括第三图像信息收集模块和第三图像信息处理模块，所述第三图像信息收集模块与所述第三视觉传感器通讯连接，所述第三图像信息处理模块与所述第三视觉传感器通讯连接，所述第三视觉传感器包括一个或多个所述第三图像信息收集模块；所述中距离激光测距传感器阵列包含中距离信息收集模块和中距离信息处理模块，所述中距离信息收集模块与所述中距离激光测距传感器通讯连接，所述中距离信息处理模块与所述中距离激光测距传感器通讯连接，所述中距离激光测距传感器阵列包括一个或多个所述中距离信息收集模块；所述近距离激光测距传感器阵列包含近距离信息收集模块和近距离信息处理模块，所述近距离信息收集模块与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，许广云，钟君，郝高明，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11