本實(shí)用新型涉及機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展和機(jī)器視覺(jué)的興起，越來(lái)越多的電子廠商采用自動(dòng)插件機(jī)來(lái)完成對(duì)電子元器件的插裝。但是，由于元器件的大小，插針形狀的多樣化，這要求自動(dòng)插件機(jī)的精度要求很高。而又由于同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)就導(dǎo)致自己生產(chǎn)公司的生產(chǎn)效率必須不斷提高，就加大了對(duì)自動(dòng)插件機(jī)對(duì)單個(gè)元器件插裝的周期要求應(yīng)該保證足夠的低。在自動(dòng)裝配行業(yè)，高精度、短周期已經(jīng)是一種必然發(fā)展態(tài)勢(shì)。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01510827840.X，具體公開(kāi)了一種基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)插件機(jī)控制系統(tǒng)，以解決目前的插件機(jī)的裝配進(jìn)度不高的問(wèn)題，該系統(tǒng)包括輸送線電機(jī)、第一位置獲取模塊、第二位置獲取模塊、物料拾取裝置、振動(dòng)料斗、夾緊定位裝置、機(jī)器人控制器、主控制器和視覺(jué)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的插件機(jī)而言，在一定程度上提高了其精準(zhǔn)度，但是其插件周期較長(zhǎng)，精準(zhǔn)度和周期無(wú)法同時(shí)滿足。

中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?01010135010.8，具體公開(kāi)了一種全自動(dòng)插件機(jī)控制系統(tǒng)，包括插件機(jī)機(jī)頭、下料機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)、剪腳機(jī)構(gòu)和電磁閥、氣源，所述的插件機(jī)機(jī)頭、下料機(jī)構(gòu)、工作平臺(tái)、剪腳機(jī)構(gòu)和電磁閥、氣源分別與可編程邏輯控制器PLC連接。該系統(tǒng)在精準(zhǔn)度上已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)有生產(chǎn)線的需要，而且其同樣存在插件周期長(zhǎng)的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、取料裝置、機(jī)械臂、圖像采集裝置和傳送帶，計(jì)算機(jī)通過(guò)機(jī)械臂控制器與機(jī)械臂的信號(hào)輸入端連接，所述取料裝置安裝于機(jī)械臂的輸出端上，所述傳送帶設(shè)于取料裝置的上方，傳送帶的一側(cè)置有元器件，所述傳送帶上置有PCB板，所述圖像采集裝置能夠獲取PCB板和元器件的位置信息。

所述取料裝置為取料氣爪。

所述圖像采集裝置包括第一相機(jī)、第二相機(jī)和第三相機(jī)，第一相機(jī)和第二相機(jī)分設(shè)于取料裝置的兩側(cè)，第三相機(jī)設(shè)于元器件的一側(cè)。

所述第一相機(jī)、第二相機(jī)和第三相機(jī)均為CMOS相機(jī)。

所述PCB板上設(shè)有第一mark點(diǎn)和第二mark點(diǎn)，第一mark點(diǎn)和第二mark點(diǎn)位于取料裝置的兩側(cè)，且分別與所述第一相機(jī)和第二相機(jī)對(duì)齊。

所述取料裝置內(nèi)側(cè)設(shè)有能夠?qū)υ骷牟寮^(guò)程進(jìn)行力矩監(jiān)測(cè)力矩傳感器。

本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型的自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)及控制方式的設(shè)置，使得該裝配機(jī)器人系統(tǒng)在工作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)元器件的快速、高精度的裝配，其相比現(xiàn)有的裝配系統(tǒng)，具有高穩(wěn)定性、高精度、短周期及其具有比較強(qiáng)的抗干擾能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中對(duì)PCB板定位的流程圖；

圖3為本實(shí)用新型中對(duì)元器件檢測(cè)的流程圖；

圖4為本實(shí)用新型所提供的自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)在工作時(shí)的總體流程圖；

圖中：1-計(jì)算機(jī)，2-機(jī)械臂控制器，3-第一相機(jī)，4-第二相機(jī)，5-取料裝置，6-機(jī)械臂，7-傳送帶，8-元器件，9-第三相機(jī)，10-PCB板，11-第一mark點(diǎn)，12-第二mark點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，一種自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)1、取料裝置5、機(jī)械臂6、圖像采集裝置和傳送帶7，計(jì)算機(jī)1通過(guò)機(jī)械臂控制器2與機(jī)械臂6的信號(hào)輸入端連接，具體的，機(jī)械臂6具體是通過(guò)機(jī)械臂控制器2由RS232接口與計(jì)算機(jī)1進(jìn)行連接，所述取料裝置5安裝于機(jī)械臂6的輸出端上，所述傳送帶7設(shè)于取料裝置5的上方，傳送帶7的一側(cè)置有元器件8，所述傳送帶7上置有PCB板10，所述圖像采集裝置能夠獲取PCB板10和元器件8的位置信息。

作為優(yōu)選的，所述取料裝置5為取料氣爪。

進(jìn)一步地，所述圖像采集裝置包括第一相機(jī)3、第二相機(jī)4和第三相機(jī)9，第一相機(jī)3和第二相機(jī)4分設(shè)于取料裝置5的兩側(cè)，用于PCB板10進(jìn)行位置坐標(biāo)的獲取，第三相機(jī)9設(shè)于元器件8的一側(cè)，用于對(duì)元器件8的位置坐標(biāo)獲取，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)1的計(jì)算，分別得出PCB板10以及元器件8相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)的位置偏差和角度偏差。其中，第一相機(jī)3、第二相機(jī)4 和第三相機(jī)9均以四通道以太網(wǎng)口與計(jì)算機(jī)1進(jìn)行連接。作為優(yōu)選的，所述第一相機(jī)3、第二相機(jī)4和第三相機(jī)9均為CMOS相機(jī)。在本實(shí)施例中，其中所述第三相機(jī)9還具有對(duì)元器件8進(jìn)行挑選的功能，具體是通過(guò)第三相機(jī)9對(duì)元器件8整體外觀檢測(cè)來(lái)判斷取料裝置5抓取的元器件8是否符合裝配要求，且當(dāng)元器件8不符合裝配要求時(shí)，該計(jì)算機(jī)1可以驅(qū)動(dòng)該取料裝置5將其所抓取的元器件8放到廢料區(qū)，然后重新抓取另一個(gè)元器件8直至得到一個(gè)符合裝配要求的元器件8。

進(jìn)一步地，所述PCB板10上設(shè)有第一mark點(diǎn)11和第二mark點(diǎn)12，第一mark點(diǎn)11和第二mark點(diǎn)12位于取料裝置5的兩側(cè)，且分別與所述第一相機(jī)3和第二相機(jī)4對(duì)齊。

進(jìn)一步地，所述取料裝置5內(nèi)側(cè)設(shè)有能夠?qū)υ骷?的插件過(guò)程進(jìn)行力矩監(jiān)測(cè)力矩傳感器，以對(duì)元器件8的插件過(guò)程進(jìn)行力矩監(jiān)測(cè)，且當(dāng)元器件8插入PCB板10的過(guò)程中力矩大于設(shè)定閾值時(shí)，重新對(duì)PCB板10及元器件8進(jìn)行位置定位，亦即實(shí)現(xiàn)了糾錯(cuò)的功能。

如圖4所示，一種自動(dòng)接插件裝配機(jī)器人系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

S1、對(duì)第一相機(jī)3、第二相機(jī)4和第三相機(jī)9進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)機(jī)械臂6進(jìn)行手眼標(biāo)定，并獲得基準(zhǔn)坐標(biāo)，第一，將機(jī)械臂6運(yùn)動(dòng)到標(biāo)定板所在的位置，然后用第一相機(jī)3拍攝多幅不同姿態(tài)下的標(biāo)定板，完成對(duì)第一相機(jī)3標(biāo)定；第二，將機(jī)械臂6分別運(yùn)動(dòng)到不同的兩個(gè)位置處并用第一相機(jī)3拍攝標(biāo)定板的圖像，從而完成手眼標(biāo)定；

具體地，對(duì)于三個(gè)攝像機(jī)的標(biāo)定，由于攝像機(jī)的高度固定，且攝像機(jī)內(nèi)部參數(shù)對(duì)變化不敏感，因此本實(shí)施例采用張正友所提出的基于2D平面靶的攝像機(jī)標(biāo)定方法，由于其為現(xiàn)有技術(shù)，在此就不具體闡述。本實(shí)施例中，對(duì)機(jī)械臂30的手眼標(biāo)定采用參數(shù)分離的方式進(jìn)行標(biāo)定，其中參數(shù)包括旋轉(zhuǎn)和平移的矩陣，使標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)潔清晰，減少誤差積累，操作簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

具體地：假設(shè)標(biāo)定靶上點(diǎn)P1和點(diǎn)P2之間最短距離為dmm，控制機(jī)械臂6沿Z_h+方向移動(dòng)Z1mm，記錄機(jī)械臂6運(yùn)動(dòng)為ka₁，通過(guò)圖像處理分別得出P1和P2在移動(dòng)前后圖像坐標(biāo)；由此解出對(duì)應(yīng)的第一相機(jī)3運(yùn)動(dòng)量kb₁。然后控制機(jī)械臂6沿X_h+方向移動(dòng)Z2mm，記錄機(jī)械臂6運(yùn)動(dòng)為ka₂，同樣的方法，解出對(duì)應(yīng)的第一相機(jī)3運(yùn)動(dòng)量kb₂。運(yùn)用施密特正交化的方法，將a₁和a₂進(jìn)行正交化，則a₃、b₃可由前兩項(xiàng)進(jìn)行叉乘得出，再由式解出其次，在某一任意位置，記錄下攝像機(jī)視野中一特征點(diǎn)A，A＝(a,b,c)^T，記錄下當(dāng)前機(jī)械臂長(zhǎng)L，控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，使機(jī)械手到達(dá)A點(diǎn)，記錄下此過(guò)程中高度變化h、角度變化θ和臂長(zhǎng)變化r。再由式解出至此，手眼標(biāo)定完成。

S2、用第一相機(jī)3和第二相機(jī)4分別對(duì)置于傳送帶7上的PCB板10的第一mark點(diǎn)11和第二mark點(diǎn)12分別進(jìn)行位置坐標(biāo)獲取，并用計(jì)算機(jī)1計(jì)算出該P(yáng)CB板7相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)的位置偏差和角度偏差；對(duì)PCB板10相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)的位置偏差及角度偏差采用Harris-Sift算法進(jìn)行匹配，并計(jì)算得出；所述Harris-Sift算法中用Harris角點(diǎn)檢測(cè)算法來(lái)獲取PCB板的位置坐標(biāo)，其大大降低匹配的時(shí)間周期并且具有了很好的實(shí)時(shí)性。

具體地，定義PCB板10的基準(zhǔn)坐標(biāo)定位為Q1(XQ1，YQ1)，Q2(XQ2，YQ2)，PCB板10的兩個(gè)mark點(diǎn)分別為P1(XP1，YP1)，P2(XP2，YP2)；則以Q1為基準(zhǔn)，可以獲得位置偏差(XP1-XQ1，YP1-YQ1)，再由其中，

從而獲得角度偏差值θ。

獲得PCB板10的位置信息后，機(jī)械臂6運(yùn)動(dòng)到送料機(jī)處夾取元器件8，然后到第三相機(jī)9處檢測(cè)元器件8。檢測(cè)元器件8，如果元器件8無(wú)損則獲取元器件8的位置偏差和角度偏差信息。按照?qǐng)D3所示，機(jī)械臂6把取料裝置5移動(dòng)到取料機(jī)處，由取料裝置5抓取元器件8，然后機(jī)械臂6把取料裝置5移動(dòng)到第三相機(jī)9的正上方，第三相機(jī)9獲取元器件8的圖片。然后由圖2中Harris-Sift算法對(duì)獲取圖片與標(biāo)準(zhǔn)元器件圖片進(jìn)行匹配，并檢測(cè)元器件8的完整性。首先對(duì)元器件8整體外觀進(jìn)行檢測(cè)，如果有殘缺則機(jī)械臂6將把該元器件8放到廢料區(qū)，重復(fù)抓取另一個(gè)元器件8。如果外觀完好，則根據(jù)元器件8管腳的形狀特征與標(biāo)準(zhǔn)元器件進(jìn)行匹配，如果有殘缺也把該元器件8放回廢料區(qū)，重復(fù)抓取另一個(gè)元器件8。如果元器件8完好就可以根據(jù)元器件8上的定位柱信息獲取相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)圖形的位置偏差和角度偏差。融合PCB板10的位置偏差和角度偏差，元器件8的位置偏差和角度偏差進(jìn)行機(jī)械臂6補(bǔ)償，進(jìn)行插件。

S3、用取料裝置5抓取元器件8，并通過(guò)第三相機(jī)9對(duì)元器件8的檢測(cè)來(lái)判斷元器件8是否符合裝配要求，若第三相機(jī)9檢測(cè)的元器件8不完整，則用取料裝置5重新抓取元器件8直至元器件8符合裝配要求；

S4、用第三相機(jī)9對(duì)符合裝配要求的元器件8進(jìn)行位置坐標(biāo)獲取，并用計(jì)算機(jī)1計(jì)算出該元器件8的位置偏差和角度偏差；

S5、計(jì)算PCB板10與元器件8的位置和角度的總體偏差值，并在計(jì)算機(jī)8的計(jì)算下相應(yīng)地調(diào)節(jié)取料裝置5的對(duì)應(yīng)位置，然后將元器件8插入PCB板10上。

步驟S4中，計(jì)算機(jī)1通過(guò)第三相機(jī)9獲取元器件8上管腳和定位柱的位置信息，并通過(guò)與基準(zhǔn)位置進(jìn)行比對(duì)后得出該元器件8的位置偏差和角度偏差。

根據(jù)圖2獲得的PCB板10位置偏差和角度偏差[ΔX1，ΔY1，θ1]，圖3獲得的元器件8的位置偏差和角度偏差[ΔX1，ΔY1，θ1]，從而獲得總體的偏差值[ΔX，ΔY，θ]＝[ΔX1+ΔX2，ΔY1+ΔY2，θ1+θ2]，這個(gè)總體偏差值是在相機(jī)坐標(biāo)系下得到的，根據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換矩陣M，把偏差值轉(zhuǎn)換到機(jī)械臂6所在的世界坐標(biāo)系M*[ΔX,ΔY,θ]^T。然后機(jī)械臂6運(yùn)動(dòng)到對(duì)應(yīng)位置，取料裝置5進(jìn)行插件。取料裝置5上有一個(gè)力矩傳感器，如果插件過(guò)程中力矩大于一定閾值，按照?qǐng)D2的流程重新進(jìn)行PCB板10定位，否則插件完成。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。