一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统技术方案

本申请公开了一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统，涉及微机电技术领域，该系统包括两个微操作机器人，通过实时工作图像可以确定两个机器人的位置反馈信息，通过闭环控制可以使得主机器人按照所设定的目标轨迹进行运动，从机器人的运动参考主机器人的状态，而两者达成协同控制；由于该系统利用两个微操作机器人基于主从控制策略协同操作微型器件，相较于常规的单个微操作机器人的系统来说，采用两个机器人协同操作的方法在信息获取、处理以及控制能力等方面都有比较大的提升，因此对微型器件的控制能力和操作精度都较高。微型器件的控制能力和操作精度都较高。微型器件的控制能力和操作精度都较高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统


[0001]本申请涉及微机电
，尤其是一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统。

技术介绍

[0002]微机电技术是一项关系到国家经济发展和技术进步的先进技术，而微装配技术是当今微机电技术研究的基础核心。微装配系统可以实现微型器件的组合装配，例如可以实现微机电器件的组合，组合成具有特定功能的微机电系统，甚至可以实现生物中细胞或者组织的堆叠，搭建组合成人体生物器官。因此微装配系统被广泛的应用于航空航天、军事国防、生物工程等等的领域。
[0003]对于微装配系统而言，微型器件的夹取与释放是十分重要的一个部分，目前传统的做法是使用微操作机器人来进行微型器件的夹取以及释放。但是不同于大尺寸器件，微型器件由于尺寸较小，在夹取和释放时对精度要求较高，但是微操作机器人的夹持器会受到间隙和偏心率的影响，同时在微观领域，静电引力、范德华力往往占据主导地位，这就使得微型器件会在夹持器松开时会被吸附在微操作机器人的夹持器上。这些原因都会导致微操作机器人在夹取微型器件或将微型器件释放到所设定的位置上的难度较大，操作精度难以保证。

技术实现思路

[0004]本申请人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统，本申请的技术方案如下：
[0005]一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统，该微装配操作系统包括控制器、主机器人、从机器人、视觉模组和载物平台，主机器人和从机器人均为三自由度的微操作机器人且末端具有夹持器，微型器件放置在载物平台上，视觉模组朝向载物平台且视场范围覆盖微型器件以及两个机器人的末端；控制器连接视觉模组、主机器人和从机器人；
[0006]控制器在各个采样时刻通过视觉模组采集实时工作图像，并对实时工作图像进行图像识别确定主机器人在图像坐标下的位置反馈信息p
m
和从机器人在图像坐标系下的位置反馈信息p
s
；
[0007]在主机器人和从机器人均夹持微型器件的状态下，控制器根据微型器件在图像坐标系下的目标位置信息p
i
和主机器人的位置反馈信息p
m
闭环控制主机器人运动以跟踪微型器件的目标位置信息，目标位置信息p
i
是微型器件的目标轨迹指示的微型器件的中心点在当前采样时刻下在图像坐标系中的位置信息；控制器根据主机器人的位置反馈信息p
m
和从机器人的位置反馈信息p
s
闭环控制从机器人运动以跟踪主机器人的位置反馈信息，利用主机器人和从机器人协同操作微型器件沿着目标轨迹运动。
[0008]其进一步的技术方案为，控制器在控制主机器人时，以主机器人在图像坐标系下的跟踪误差p
i
+δ
pa
‑
p
m
作为主PID控制器的输入，并基于主PID控制器的输出确定主机器人在
机器人坐标系下的运动增量u
m
，并按照运动增量u
m
控制主机器人；其中，δ
pa
是微型器件的中心点与主机器人在微型器件上的第一目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息。
[0009]其进一步的技术方案为，控制器在控制从机器人时，以从机器人在图像坐标系下的跟踪误差p
m
+δ
pb
‑
p
s
作为从PID控制器的输入，并基于从PID控制器的输出确定从机器人在机器人坐标系下的运动增量u
s
，并按照运动增量u
s
控制从机器人；其中，δ
pb
是主机器人在微型器件上的第一目标夹持位置与从机器人在微型器件上的第二目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息。
[0010]其进一步的技术方案为，在初始状态下，主机器人和从机器人均不与微型器件接触，控制器对实时工作图像进行图像识别确定微型器件的中心点在图像坐标系下的初始位置信息p；控制器基于微型器件的初始位置信息p和主机器人的位置反馈信息p
m
闭环控制主机器人运动以运动至第一目标夹持位置处接触并夹持微型器件，且，控制器基于第一目标夹持位置和从机器人的位置反馈信息p
s
闭环控制从机器人运动以运动至第二目标夹持位置处接触并夹持微型器件；第一目标夹持位置、第二目标夹持位置和微型器件的初始位置信息之间具有预定的位置关系。
[0011]其进一步的技术方案为，控制器以主机器人在图像坐标系下的跟踪误差p+δ
pa
‑
p
m
作为主PID控制器的输入，并基于主PID控制器的输出确定主机器人在机器人坐标系下的运动增量u
m
，并按照运动增量u
m
控制主机器人运动；
[0012]且，控制器以从机器人在图像坐标系下的跟踪误差h
m
+δ
pb
‑
p
s
作为从PID控制器的输入，并基于从PID控制器的输出确定从机器人在机器人坐标系下的运动增量u
s
，并按照运动增量u
s
控制从机器人运动；
[0013]其中，h
m
是主机器人在微型器件上的第一目标夹持位置在图像坐标系中的位置，δ
pa
是微型器件的中心点与主机器人在微型器件上的第一目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息；δ
pb
是主机器人在微型器件上的第一目标夹持位置与从机器人在微型器件上的第二目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息。
[0014]其进一步的技术方案为，控制器在控制主机器人和从机器人协同操作微型器件之前，控制器检测第一高度与第二高度是否相等，第一高度是主机器人的末端在主机器人初始位置处距离载物平台所在平面的高度，第二高度是从机器人的末端在从机器人初始位置处距离载物平台所在平面的高度；
[0015]当第一高度与第二高度相等时，完成对两个机器人的高度标定，以主机器人在主机器人初始位置处、从机器人在从机器人初始位置处为初始状态；当第一高度与第二高度不相等时，调节主机器人初始位置和/或从机器人初始位置直至第一高度与第二高度相等。
[0016]其进一步的技术方案为，控制器控制主机器人从主机器人初始位置沿着z轴方向匀速运动、控制从机器人从从机器人初始位置沿着z轴方向匀速运动，并根据机器人末端的夹持器在图像坐标系下的图像坐标检测第一高度与第二高度是否相等，z轴方向垂直于载物平台所在平面。
[0017]其进一步的技术方案为，对于主机器人和从机器人中的任意一个机器人，控制器控制机器人从对应的初始位置沿着z轴方向朝向载物平台运动并与载物平台接触；在机器人运动过程中，机器人末端的夹持器在图像坐标下的图像坐标先变小再变大，即当机器人
图像坐标最小时(将机器人对应的初始位置与图像坐标最小点之间的距离作为机器人对应的初始位置距离载物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统，其特征在于，所述微装配操作系统包括控制器、主机器人、从机器人、视觉模组和载物平台，所述主机器人和从机器人均为三自由度的微操作机器人且末端具有夹持器，微型器件放置在所述载物平台上，所述视觉模组朝向所述载物平台且视场范围覆盖所述微型器件以及两个机器人的末端；所述控制器连接所述视觉模组、主机器人和从机器人；所述控制器在各个采样时刻通过所述视觉模组采集实时工作图像，并对所述实时工作图像进行图像识别确定所述主机器人在图像坐标下的位置反馈信息p
m
和所述从机器人在图像坐标系下的位置反馈信息p
s
；在所述主机器人和所述从机器人均夹持所述微型器件的状态下，所述控制器根据所述微型器件在图像坐标系下的目标位置信息p
i
和所述主机器人的位置反馈信息p
m
闭环控制所述主机器人运动以跟踪所述微型器件的目标位置信息，所述目标位置信息p
i
是所述微型器件的目标轨迹指示的所述微型器件的中心点在当前采样时刻下在图像坐标系中的位置信息；所述控制器根据所述主机器人的位置反馈信息p
m
和所述从机器人的位置反馈信息p
s
闭环控制所述从机器人运动以跟踪所述主机器人的位置反馈信息，利用所述主机器人和所述从机器人协同操作所述微型器件沿着所述目标轨迹运动。2.根据权利要求1所述的微装配操作系统，其特征在于，所述控制器在控制所述主机器人时，以所述主机器人在图像坐标系下的跟踪误差p
i
+δ
pa
‑
p
m
作为主PID控制器的输入，并基于所述主PID控制器的输出确定所述主机器人在机器人坐标系下的运动增量u
m
，并按照运动增量u
m
控制所述主机器人；其中，δ
pa
是所述微型器件的中心点与所述主机器人在所述微型器件上的第一目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息。3.根据权利要求1所述的微装配操作系统，其特征在于，所述控制器在控制所述从机器人时，以所述从机器人在图像坐标系下的跟踪误差p
m
+δ
pb
‑
p
s
作为从PID控制器的输入，并基于所述从PID控制器的输出确定所述从机器人在机器人坐标系下的运动增量u
s
，并按照运动增量u
s
控制所述从机器人；其中，δ
pb
是所述主机器人在所述微型器件上的第一目标夹持位置与所述从机器人在所述微型器件上的第二目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息。4.根据权利要求1所述的微装配操作系统，其特征在于，在初始状态下，所述主机器人和所述从机器人均不与所述微型器件接触，所述控制器对实时工作图像进行图像识别确定所述微型器件的中心点在图像坐标系下的初始位置信息p；所述控制器基于所述微型器件的初始位置信息p和所述主机器人的位置反馈信息p
m
闭环控制所述主机器人运动以运动至第一目标夹持位置处接触并夹持所述微型器件，且，所述控制器基于所述第一目标夹持位置和所述从机器人的位置反馈信息p
s
闭环控制所述从机器人运动以运动至第二目标夹持位置处接触并夹持所述微型器...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊启高，巫亦浩，黄文涛，刘跃跃，毕恺韬，谢林柏，朱一昕，艾建，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：