本發(fā)明涉及機(jī)器人的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，用于大型機(jī)密機(jī)械設(shè)備零件的裝卸，還涉及雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法。

背景技術(shù)：

針對(duì)當(dāng)前大型精密機(jī)械設(shè)備的廣泛應(yīng)用，例如在航空航天領(lǐng)域、武器制造領(lǐng)域、艦船制造領(lǐng)域等，在對(duì)其組裝、拆卸的過(guò)程當(dāng)中，對(duì)精度的要求極其高，而且根據(jù)零件材料的不同，需要采取不同的裝卸方式。

目前，在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件的裝卸存在一定問(wèn)題。根據(jù)大型機(jī)密機(jī)械設(shè)備零件的特點(diǎn)已研究了一些能夠?qū)ζ溥M(jìn)行自動(dòng)裝卸的裝置，但目前已有的自動(dòng)裝卸系統(tǒng)仍存在一定的不足，例如，自動(dòng)化性能差、對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件的定位不夠精確、抓取力不足、目標(biāo)安裝位置定位不準(zhǔn)確等。

為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，因此有必要設(shè)計(jì)發(fā)明一套能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件自動(dòng)裝卸的裝置，使其能夠?qū)Υ笮途軝C(jī)械設(shè)備零件的裝卸進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并提供雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化，一體化，完成對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件的裝卸任務(wù)。

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，其根本在于能夠?qū)崿F(xiàn)像人一樣地對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的高技術(shù)的裝卸工作，本發(fā)明基于雙目視覺(jué)立體定位系統(tǒng)和單目視覺(jué)立體定位系統(tǒng)，對(duì)零件進(jìn)行識(shí)別定位，其中雙目系統(tǒng)是對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件進(jìn)行初始化定位，將信息傳送給機(jī)械臂，讓機(jī)械臂到達(dá)指定位置，然后利用單目定位系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行精確地定位，確定精確位置以及尺寸大小，最后通過(guò)移動(dòng)伸縮桿開(kāi)始實(shí)施零件的抓取和卸載。

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題而提供一種雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，還提供一種雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸的方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，包括：

機(jī)器人主體，所述機(jī)器人主體包括機(jī)械臂，且在其底座安裝有至少一個(gè)滑輪，使得機(jī)器人主體能夠在其支撐平臺(tái)上移動(dòng)；

雙目視覺(jué)立體定位裝置，所述雙目視覺(jué)立體定位裝置通過(guò)支架被支撐在平臺(tái)上，被定位為能夠拍攝到零件；

單目視覺(jué)立體定位裝置，所述單目視覺(jué)立體定位裝置被安裝在所述機(jī)器人主體的機(jī)械臂末端，被定向?yàn)榕臄z待裝卸的零件；

一個(gè)伸縮桿，所述伸縮桿被安裝到所述機(jī)械臂，能夠相對(duì)于所述機(jī)械臂伸縮移動(dòng)，所述伸縮桿末端上附接有抓取裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)還包括一個(gè)下懸系統(tǒng)，所述下懸系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械臂末端電機(jī)控制處，定位所述伸縮桿。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述伸縮桿包括一個(gè)力反饋裝置，所述力反饋裝置能夠響應(yīng)所述伸縮桿上承受的力。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)還包括一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述單目視覺(jué)立體定位裝置包括一個(gè)擺動(dòng)裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述單目視覺(jué)立體定位裝置固定在所述伸縮桿的末端，跟隨所述伸縮桿一起移動(dòng)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，所述伸縮桿末端附接有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，所述轉(zhuǎn)盤(pán)能夠相對(duì)于伸縮桿旋轉(zhuǎn)，且所述轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝有多個(gè)抓取裝置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法，包括以下步驟：

1）將所述雙目視覺(jué)立體定位裝置安裝在支架上，使其能夠拍攝到零件；

2）標(biāo)定所述雙目視覺(jué)立體定位裝置；

3）識(shí)別目標(biāo)物體，獲取零件的初始位置坐標(biāo)；

4）將零件的初始位置坐標(biāo)信息發(fā)送給機(jī)器人主體；

5）機(jī)器人主體移動(dòng)到該初始位置坐標(biāo)處；

6）單目視覺(jué)定位裝置對(duì)零件進(jìn)行拍攝，識(shí)別目標(biāo)物體，獲取零件的精確位置坐標(biāo)；

7）將零件的精確位置坐標(biāo)發(fā)送給機(jī)器人主體；

8）使伸縮桿移動(dòng)抓取零件并將零件卸載在其安裝位置。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法還包括：利用下懸系統(tǒng)定位伸縮桿。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法還包括：判定伸縮桿上承受的拉力是否超過(guò)設(shè)定的閾值，當(dāng)超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，觸發(fā)警報(bào)。

本發(fā)明的有益效果是：在本發(fā)明中，基于機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了一套面向大型精密機(jī)械設(shè)備零件裝卸的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)，基于視覺(jué)立體識(shí)別定位算法對(duì)精密零件進(jìn)行識(shí)別跟蹤定位技術(shù)，具有高速、精準(zhǔn)等特點(diǎn)，通過(guò)專業(yè)的圖像處理軟件以及視覺(jué)庫(kù)的使用，以保證零件裝卸系統(tǒng)的精度和效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的工作原理示意圖；

圖3為雙目視覺(jué)立體定位裝置的算法流程圖；

圖4為本發(fā)明的單目視覺(jué)立體定位裝置的工作流程示意圖；

圖5為本發(fā)明的伸縮桿和下懸系統(tǒng)工作流程示意圖；

圖中：1、機(jī)器人主體，11、底座，12、機(jī)械臂，2、雙目視覺(jué)立體定位裝置，3、單目視覺(jué)立體定位裝置，4、伸縮桿，5、下懸系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

現(xiàn)參照?qǐng)D1-5對(duì)本發(fā)明的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。其中，圖1示出了本發(fā)明的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，機(jī)器人主體1底座11和機(jī)械臂12，且在底座11安裝有四個(gè)滑輪，使得機(jī)器人主體1能夠在其支撐平臺(tái)上四處移動(dòng)，以接近待裝卸的零件。機(jī)械臂12上安裝有伸縮桿3，所述伸縮桿3能夠相對(duì)于機(jī)械臂12伸縮移動(dòng)，并且伸縮桿3末端上附接有抓取裝置，用于裝卸零件。伸縮桿3的形式可以為伸縮缸、螺旋桿等。此外，優(yōu)選地，伸縮桿3末端可以附接有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，該轉(zhuǎn)盤(pán)能夠相對(duì)于伸縮桿旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)盤(pán)上安裝有多個(gè)抓取裝置，可以根據(jù)待裝卸的零件的形狀和結(jié)構(gòu)，選擇性地選取適合的抓取裝置，以更穩(wěn)定地裝卸零件?？蛇x地，機(jī)器人主體可以是串聯(lián)機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人，在本實(shí)施方案中為串聯(lián)機(jī)器人。優(yōu)選地，機(jī)器人主體包括鎖緊裝置，以確保在伸縮桿工作時(shí)，機(jī)器人主體被鎖緊在該工作位置。

雙目視覺(jué)立體定位裝置2（例如雙目相機(jī)）被安裝支架上，支架將雙目視覺(jué)立體定位裝置2支撐在其工作平臺(tái)上，并且該雙目視覺(jué)立體定位裝置被定位為能夠拍攝到零件。在本實(shí)施方案中基于設(shè)計(jì)好的識(shí)別定位算法，使用分辨率高，畸變率低的雙目相機(jī)進(jìn)行立體識(shí)別定位，對(duì)在工作平臺(tái)上待裝卸的大型精密機(jī)械設(shè)備零件進(jìn)行識(shí)別定位，得到一個(gè)初始位置，同時(shí)將信息傳送給機(jī)器人主體1。優(yōu)選地，雙目視覺(jué)立體定位裝置2能夠調(diào)整方位角和俯仰角，以更好地拍攝零件、獲取零件位置信息。在雙目視覺(jué)立體定位裝置2進(jìn)行拍攝之前，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，主要是對(duì)雙目相機(jī)獲取相機(jī)的內(nèi)參（焦距，圖像中心，畸變系數(shù)等）和外參（旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣等）進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定之后對(duì)零件的位置進(jìn)行圖像采集，獲取零件的初始位置信息。圖3示出了雙目視覺(jué)立體定位裝置的算法流程圖。雙目視覺(jué)立體定位裝置為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備要裝卸的零件進(jìn)行初始化定位，從相機(jī)成像到相機(jī)標(biāo)定，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，特征提取，然后開(kāi)始立體匹配，進(jìn)行定位得到零件的大致尺寸，形狀，三維坐標(biāo)以及深度信息。

單目視覺(jué)立體定位裝置3被安裝在所述機(jī)器人主體的機(jī)械臂12末端，伸縮桿4附近，被定向?yàn)榕臄z待抓取的零件。其目的是更好地對(duì)零件進(jìn)行精確定位，提供精確的位置。該單目視覺(jué)立體定位裝置基于改進(jìn)的高深度算法實(shí)現(xiàn)無(wú)誤的工作，其特點(diǎn)是速度快，精度高。優(yōu)選地，單目視覺(jué)立體定位裝置3可以包括一個(gè)擺動(dòng)裝置，該擺動(dòng)裝置能夠驅(qū)動(dòng)單目視覺(jué)立體定位裝置3在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，調(diào)整單目視覺(jué)立體定位裝置的拍攝角度。具體地，以單目相機(jī)作為一個(gè)實(shí)施例，單目相機(jī)可以調(diào)整相機(jī)的方位角和俯仰角。物體距離鏡頭的遠(yuǎn)近與焦距ｆ及像距無(wú)關(guān)，只與物體移動(dòng)距離及其成像大小倍數(shù)有關(guān)。在保持鏡頭垂直于被測(cè)量物體時(shí)，鏡頭移動(dòng)后，成像的大小及形狀不變，這樣不需要校訂圖像之間的坐標(biāo)，只要測(cè)量物體同一方位的兩個(gè)坐標(biāo)的差值，并根據(jù)測(cè)量前后移動(dòng)的距離，就能求出物體與鏡頭的距離。優(yōu)選地，單目視覺(jué)立體定位裝置3固定在所述伸縮桿4的末端，跟隨所述伸縮桿一起移動(dòng)。

根據(jù)末端單目視覺(jué)立體定位裝置3反饋的位置信息，伸縮桿4會(huì)精確地移動(dòng)到正確的位置上，開(kāi)始旋轉(zhuǎn)下懸，伸縮桿末端的執(zhí)行器可以為電磁力，采用氣動(dòng)或者電爪方式對(duì)精密零件進(jìn)行抓取。

此外，本實(shí)施方案的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)還包括一個(gè)下懸系統(tǒng)5，下懸系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)械臂末端電機(jī)控制處，下懸系統(tǒng)5對(duì)伸縮桿4進(jìn)行定位和操控。伸縮桿4包括一個(gè)力反饋裝置，例如力傳感器，所述力反饋裝置能夠響應(yīng)伸縮桿上承受的力，在伸縮桿4向上拉取的同時(shí)，力反饋裝置感應(yīng)伸縮桿上承受的拉力，由于伸縮桿材質(zhì)易碎，所以需要設(shè)定一個(gè)力的閾值對(duì)伸縮桿進(jìn)行控制，當(dāng)力大于這個(gè)閾值時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟，通知技術(shù)人員進(jìn)行人工處理，保證其工作順利完成。因此優(yōu)選地，所述雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)還包括一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)。下懸系統(tǒng)的功能是對(duì)伸縮桿進(jìn)行下懸定位，保證在精確的位置上實(shí)施抓取裝卸，該下懸系統(tǒng)保證了整個(gè)系統(tǒng)的功能性，準(zhǔn)確性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化，更重要的是為伸縮桿的完整無(wú)損提供了保證。

圖2示出了本發(fā)明的雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸系統(tǒng)的工作原理示意圖。其中雙目視覺(jué)立體定位裝置（例如雙目相機(jī)）對(duì)大型精密機(jī)械設(shè)備零件進(jìn)行識(shí)別定位，獲取其特征信息傳給串聯(lián)機(jī)器人；按照識(shí)別定位的位置，串聯(lián)機(jī)器人開(kāi)始移動(dòng)到指定位置，在機(jī)器人的機(jī)械臂末端處安置的單目視覺(jué)立體定位裝置（例如單目相機(jī)）對(duì)零件開(kāi)始精確識(shí)別定位；在正確的位置上，伸縮桿開(kāi)始下懸，伸縮桿末端的抓取對(duì)精密零件進(jìn)行吸附抓??；下懸系統(tǒng)對(duì)伸縮桿進(jìn)行定位，同時(shí)在伸縮桿向上拉取的同時(shí)，會(huì)給下懸系統(tǒng)一個(gè)力的反饋。單目視覺(jué)立體定位裝置構(gòu)成雙目視覺(jué)立體定位裝置的視覺(jué)輔助定位系統(tǒng)，目的是對(duì)裝卸零件進(jìn)行高精度，高速度地跟蹤定位。

圖4示出了本發(fā)明的單目視覺(jué)立體定位裝置的工作流程示意圖。單目視覺(jué)立體定位裝置首先對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，若未識(shí)別到目標(biāo)，則將使移動(dòng)機(jī)械臂，或通過(guò)擺動(dòng)裝置調(diào)整方位角和俯仰角，再次對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；若識(shí)別到目標(biāo)，則儲(chǔ)存位置坐標(biāo)，確定目標(biāo)三維定位；判定該目標(biāo)三維定位和機(jī)械臂的相對(duì)位置關(guān)系，若機(jī)械臂對(duì)應(yīng)正確位置，發(fā)送定位指令，使機(jī)械臂移動(dòng)；若機(jī)械臂對(duì)應(yīng)正確位置，定位目標(biāo)。

圖5為本發(fā)明的伸縮桿和下懸系統(tǒng)工作流程示意圖。伸縮桿上設(shè)置有一個(gè)力反饋裝置，能夠響應(yīng)伸縮桿上的力，并且設(shè)定一個(gè)力的閾值，在伸縮桿拉取過(guò)程中，對(duì)伸縮桿上的力進(jìn)行判定，當(dāng)力大于這個(gè)閾值時(shí)，開(kāi)啟報(bào)警系統(tǒng)開(kāi)啟，當(dāng)力未超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，實(shí)施零件的抓取裝卸。

結(jié)合圖2-5對(duì)雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法作如下描述：

雙反饋機(jī)械臂自動(dòng)裝卸方法包括以下步驟：將雙目視覺(jué)立體定位裝置安裝在支架上，使其能夠拍攝到零件；對(duì)雙目視覺(jué)立體定位裝置進(jìn)行標(biāo)定；識(shí)別目標(biāo)物體，獲取零件的初始位置坐標(biāo)；將零件的初始位置坐標(biāo)信息發(fā)送給機(jī)器人主體；機(jī)器人主體移動(dòng)到該初始位置坐標(biāo)處；單目視覺(jué)定位裝置對(duì)零件進(jìn)行拍攝，識(shí)別目標(biāo)物體，獲取零件的精確位置坐標(biāo)；將零件的精確位置坐標(biāo)發(fā)送給機(jī)器人主體；以及使伸縮桿移動(dòng)抓取零件并將零件卸載在其安裝位置。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。