本發(fā)明涉及利用機器人進行手工具自動化裝配的技術(shù)，具體是一種基于狀態(tài)感知機器人的手工具自動化裝配工藝。
背景技術(shù)：
申請人生產(chǎn)銷售的手工具囊括了手工具行業(yè)大多數(shù)的產(chǎn)品。
但隨著社會體制改革，人工費愈加昂貴，傳統(tǒng)手工具生產(chǎn)裝配線已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的要求，我們需要的不僅僅是機器設(shè)備與人力相結(jié)合的生產(chǎn)線，我們更需要的是全智能的生產(chǎn)線，能夠?qū)崿F(xiàn)機器之間信息交互，減少人工，進一步提高生產(chǎn)效率，降低成本是當前值得企業(yè)重點把握的。
手工具生產(chǎn)的最后一道工序是將各零部件進行組裝。零部件由自主設(shè)計加工件、外協(xié)件、外購件和標準件組成。
由于手工具的生產(chǎn)批量大、品種多，在現(xiàn)有的人工裝配過程中主要存在以下問題：
1）勞動強度大且重復性強：由于手工具在國外的市場需求量極大且工期短，勢必會造成企業(yè)員工的勞動強度增加，且很多時候是完成同一個動作，從而影響從業(yè)者的身體健康。
2）工作環(huán)境噪聲污染嚴重：生產(chǎn)過程中不可避免的會產(chǎn)生高分貝的噪音，嚴重的噪聲污染對于從業(yè)者來說也是很大的精神負擔。
3）人員流動性較大：據(jù)企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)計，平均每年有較大數(shù)量的企業(yè)一線工人流失，特別是年后，流失率能達到15%以上。員工流失率，特別是熟練工人的流失，對企業(yè)生產(chǎn)計劃有比較大的影響，也需要承擔額外的培訓費用。
4）勞動密集度高：現(xiàn)有的每條手工具組裝生產(chǎn)線平均必須配備8人/班的工人才能完成，勞動力成本較高。
針對以上現(xiàn)狀，急需對手工具組裝過程實現(xiàn)技術(shù)改造，用機器換人的思想減少從業(yè)人數(shù)，提高生產(chǎn)效率。
而且，手工具是以工具箱的形式銷售，每個工具箱里有多種不同的手工具。在企業(yè)車間，前道工序上組裝完成的手工具目前是以手工的方式裝盒。由于由人工完成，屬于典型的勞動密集型工作崗位，工作量大，工作強度大，還存在著漏放錯放的缺陷，從而需要加大質(zhì)檢的力度和工作量。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有手工具制造中存在的勞動力成本較高、生產(chǎn)效率低等缺陷，提供一種基于狀態(tài)感知機器人的手工具自動化裝配工藝。
為達到上述目的，本發(fā)明的基于狀態(tài)感知機器人的手工具自動化裝配工藝，其特征是由總控室控制以下子系統(tǒng)協(xié)同運轉(zhuǎn)：
（1）裝配機器人集成系統(tǒng)，由總控室控制一臺組裝機器人A用以抓取工具本體至夾具、控制另一臺組裝機器人B用以將零部件裝配到夾具上的工具本體成為手工具；
（2）裝盒機器人集成系統(tǒng), 由總控室控制兩臺裝盒機器人將手工具裝盒；
（3）裝箱機器人集成系統(tǒng)，由總控室控制裝箱機器人拾取工具盒，并按序裝入紙箱輸送帶上等待工位的紙箱，進而完成裝箱；
所述的組裝機器人A、組裝機器人B、裝盒機器人、裝箱機器人通過對目標物體進行視覺圖像采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給總控室，由總控室對視覺圖像預處理并進行視覺識別，來控制各個機器人進行協(xié)同作業(yè)。
作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的視覺圖像采集是在光源提供照明的條件下，由數(shù)字攝像機拍攝目標物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，通過圖像采集卡傳輸給總控室的圖像處理部分。
作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的視覺圖像預處理是對圖像進行灰度校正、噪聲過濾，去掉這些使圖像質(zhì)量劣化的因素，并對信息微弱的圖像進行增強，使圖像變得更容易觀看或使圖像中的有用信息更容易提取。
作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的視覺識別是從圖像中找出與已知的基準圖像相似的目標圖像，即識別出物體并確定出它在整幅圖像中的位置和方向。
作為優(yōu)選技術(shù)手段：所述的組裝機器人A、組裝機器人B、裝盒機器人、裝箱機器人通過尺度不變特征轉(zhuǎn)換法或傅里葉描敘子法同時實現(xiàn)對產(chǎn)品圖像的顯示與距離的測量。
作為優(yōu)選技術(shù)手段：用紙箱輸送帶將相應(yīng)產(chǎn)品的紙箱送至裝箱機器人集成系統(tǒng)下方，用工具盒輸送帶輸送手工具盒。
本發(fā)明的有益效果是：基于智能感知的機器人，利用智能感知技術(shù)，設(shè)計智能“狀態(tài)感知”手工具裝配線制造系統(tǒng)，即基于機器人用傳感器采集環(huán)境信息，并將多個傳感器獲取的環(huán)境信息加以綜合處理，控制機器人進行智能作業(yè)。通過總控室控制各子系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)情況；生產(chǎn)過程中的加工組裝、裝盒和裝箱等人工參與程度高的工作則由工業(yè)機器人替代。進一步提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，減少生產(chǎn)的出錯率，實現(xiàn)手工具裝配生產(chǎn)線的智能化。
附圖說明
圖1為本發(fā)明基于狀態(tài)感知機器人的手工具自動化裝配的流程示意圖；
圖中標號說明：1-裝配機器人集成系統(tǒng)，2-裝盒機器人集成系統(tǒng)，3-裝箱機器人集成系統(tǒng)，4-總控室。
具體實施方式
以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步說明。
本發(fā)明的基于狀態(tài)感知機器人的手工具自動化裝配工藝，是由總控室控制以下子系統(tǒng)協(xié)同運轉(zhuǎn)：
（1）裝配機器人集成系統(tǒng)，由總控室控制一臺組裝機器人A用以抓取工具本體至夾具、控制另一臺組裝機器人B用以將零部件裝配到夾具上的工具本體成為手工具；
（2）裝盒機器人集成系統(tǒng), 由總控室控制兩臺裝盒機器人將手工具裝盒；
（3）裝箱機器人集成系統(tǒng)，由總控室控制裝箱機器人拾取工具盒，并按序裝入紙箱輸送帶上等待工位的紙箱，進而完成裝箱；
所述的組裝機器人A、組裝機器人B、裝盒機器人、裝箱機器人通過對目標物體進行視覺圖像采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳輸給總控室，由總控室對視覺圖像預處理并進行視覺識別，來控制各個機器人進行協(xié)同作業(yè)。
視覺圖像采集是在光源提供照明的條件下，由數(shù)字攝像機拍攝目標物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，通過圖像采集卡傳輸給總控室的圖像處理部分。
具體的，組裝機器人A可用6軸串聯(lián)工業(yè)機器人，其技術(shù)指標可按照下述標準選用：最大負載為10kg，手臂最大工作半徑為1.2m，機器人重復定位精度為+/-0.05mm。
組裝機器人B可用4軸SCARA機器人，其技術(shù)指標可按照下述標準選用：第一和第二關(guān)節(jié)的機械臂長0.45mm，最大負載為3kg，第一和第二關(guān)節(jié)重復定位精度： +/-0.015mm。
裝盒機器人可用4軸并聯(lián)機器人，4軸并聯(lián)機器人的技術(shù)指標可按照下述標準選用：最大負載為3kg，運動半徑為1.35m，高度為0.5m，機器人重復定位精度為+/-0.1mm。
裝箱機器人可用6軸串聯(lián)機器人。
視覺圖像采集是在光源提供照明的條件下，由數(shù)字攝像機拍攝目標物體并將其轉(zhuǎn)化為圖像信號，通過圖像采集卡傳輸給總控室的圖像處理部分。機器人視覺系統(tǒng)強調(diào)精度和速度，所以需要圖像采集部分及時、準確地提供清晰的圖像，只有這樣，圖像處理部分才能在比較短的時間內(nèi)得出正確的結(jié)果。由此可知圖像采集部分的性能會直接影響整個機器視覺系統(tǒng)的性能。圖像采集部分一般由光源、鏡頭、數(shù)字攝像機、圖像采集卡和計算機構(gòu)成。
視覺圖像預處理是對圖像進行灰度校正、噪聲過濾，去掉這些使圖像質(zhì)量劣化的因素，并對信息微弱的圖像進行增強，使圖像變得更容易觀看或使圖像中的有用信息更容易提取。機器人視覺系統(tǒng)獲取的圖像由于受到種種條件限制和隨機干擾，往往包含著各種各樣的噪聲和畸變，因而不能在視覺系統(tǒng)中直接使用，必須進行視覺圖像預處理。對機器視覺系統(tǒng)來說，所用的圖像預處理方法并不考慮圖像降質(zhì)原因，只將圖像中感興趣的特征有選擇地突出，衰減其不需要的特征，圖像預處理方法主要包括對比度增強、平滑和圖像增強(銳化)。
視覺識別是從圖像中找出與已知的基準圖像相似的目標圖像，即識別出物體并確定出它在整幅圖像中的位置和方向。具體的，研究機器人視覺圖像特征提取，加工、整理、分析、歸納抽出能反映事物質(zhì)的特征。研究識別判斷，根據(jù)提取特征參數(shù)，采用某種判別規(guī)則，對機器人視覺圖像信息進行分類和辨識，得到識別結(jié)。采用Canny算子提取的圖像目標邊緣特征像素點作為識別特征，并以Hausdorff距離作為測度，同時使用改進的自適應(yīng)代溝方式的遺傳算法為搜索方法，在保證一定的匹配精度的情況下，大幅度地提高匹配識別的效率，實現(xiàn)快速、有效地檢測出具有平移、旋轉(zhuǎn)特征的工件。
組裝機器人A、組裝機器人B、裝盒機器人、裝箱機器人通過尺度不變特征轉(zhuǎn)換法（SIFT）或傅里葉描敘子法（FD）同時實現(xiàn)對產(chǎn)品圖像的顯示與距離的測量。
用紙箱輸送帶將相應(yīng)產(chǎn)品的紙箱送至裝箱機器人集成系統(tǒng)下方，用工具盒輸送帶輸送手工具盒。
目前機器人本體的設(shè)計往往不涉及末端執(zhí)行器的非標設(shè)計，而這部分恰恰是機器人開發(fā)應(yīng)用成敗的關(guān)鍵。末端執(zhí)行器是機器人直接執(zhí)行工作的裝置，它對擴大機器人的作業(yè)功能、應(yīng)用范圍和提高工作效率都有重要作用，因此系統(tǒng)地研究末端執(zhí)行器有著重要的意義，抓取不同特征的物件及其不同操作參數(shù)的要求，都影響到末端執(zhí)行器的要求，即結(jié)構(gòu)形式，抓取方式，抓取力大小和驅(qū)動裝置。從結(jié)構(gòu)基型可分為夾持類和吸附類，從驅(qū)動方式來分，一般是通過氣動、液壓、電動三種驅(qū)動方式產(chǎn)生驅(qū)動力，通過傳動機構(gòu)進行作業(yè)，其中多用氣動、液壓驅(qū)動。電動驅(qū)動一般采用直流伺服電機或步進電機。這三種驅(qū)動方式比較如下：
1）氣動驅(qū)動
優(yōu)點：氣源獲得方便，安全而不會引起燃爆，可直接用于高溫作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單，造價低。
缺點：壓縮空氣常用壓力為4～6bar，要獲得大的握力，結(jié)構(gòu)將相應(yīng)加大，空氣可壓縮性大，工作平穩(wěn)性和位置精度稍差，但有時因氣體的可壓縮性，使氣動末端執(zhí)行器的抓取運動具有一定的柔順性。
2）液壓驅(qū)動
優(yōu)點：液壓力比氣壓大，以較緊湊的結(jié)構(gòu)可獲得較大的握力，油液介質(zhì)可壓縮性小傳動剛度大，工作平穩(wěn)可靠，位置精度高。力、速度易實現(xiàn)自動控制。
缺點：油液高溫時易引起燃爆，需供油系統(tǒng)，成本較高。
3）電動驅(qū)動
優(yōu)點：一般連上減速器可獲得足夠大的驅(qū)動力和力矩，并可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的力與位置控制。
缺點：不宜用于防爆要求的條件下，因電機有可能產(chǎn)生火花和發(fā)熱。
圖1示出了本發(fā)明工藝的流程，圖中箭頭的指向代表手工具裝配、包裝的先后順序。