(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210756080.8 (22)申请日 2022.06.29 (71)申请人 中国电子科技 集团公司第十四研究 所 地址 210039 江苏省南京市雨 花台区国睿 路8号 (72)发明人 杨帆　胡长明　冯展鹰　从梦磊　 孔祥龙　 (74)专利代理 机构 南京知识律师事务所 32 207 专利代理师 刘丰　高娇阳 (51)Int.Cl. B23P 19/06(2006.01) B23P 19/10(2006.01) B23P 19/12(2006.01) B23P 19/00(2006.01)B25J 11/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 9/02(2006.01) B25J 5/04(2006.01) B25J 15/08(2006.01) (54)发明名称 一种接头组件装配的柔 性高精度控制方法 (57)摘要 本发明涉及一种接头组件装配的柔性高精 度控制方法， 基于横梁、 机器人、 上位机、 视觉识 别和装配模组等组成的硬件系统， 以PLC作为控 制中心， 横梁、 机器人作为动作执行主体， 视觉作 为定位引导， 上位机作为算法处理核心， 装配模 组作为柔性执行元器件； 将装配过程分为接头抓 取、 接头定位、 安装孔位定位、 组件装配、 螺钉锁 付五部分， 对各个部分施行独立的控制策略。 本 发明有效提高了视觉识别的准确性和稳定性。 在 装配或抓取过程中， 提出了自适应变阻抗控制策 略， 有效融合了机器人位置控制、 阻抗控制以及 末端元器件各自的特性， 有效提高了设备的柔 性， 保证作业产品与接 头的可靠性。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114918659 A 2022.08.19 CN 114918659 A 1.一种接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 基于横梁、 机器人、 上位机、 视觉识别和装配模组等组成的硬件系统， 以PLC作为控制中心， 横梁、 机器人作为动作执行 主体， 视觉作为定位引导， 上位机作为算法处理核心， 装配模组作为柔性执行元器件； 将装 配过程分为接头抓取、 接头定位、 安装孔位定位、 组件装配、 螺钉锁 付五部分， 对各个部分施 行独立的控制策略。 2.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 装配过程 包括： 横梁移动到抓取位置、 机器人关节控制运动到过渡点、 机器人位置控制运动到抓取 点、 横梁二次定位、 抓取接头、 机器人抬高到安全高度、 下相机对装配接头定位、 横梁运动到 作业孔位、 计算补偿值并发送给机器人、 机器人运动到补偿后的位置、 装配接头、 机器人转 为阻抗控制、 完成末端所有接 头装配。 3.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 在接头抓 取过程中， 上位机软件下发待安装孔位置给PLC控制器， PLC基于安装孔位置控制横梁移动 到指定位置， 横梁到位后发送到位信号给机器人； 机器人运动轨迹分为两段， 第一段采用关节控制模式运动到抓取的过渡点， 第二段采 用笛卡尔位置控制模式运动到抓取点， 待机器人运动到位后， 机器人反馈到位信号给PLC控 制器； PLC控制器在收到机器人到位信号后对自身位置进行二次定位并在定位完成后反馈到 位信号给机器人， 机器人接收到PLC二次定位完成信号后， 控制夹爪 竖直气缸伸出， 延时后， 浮动头打开， 抓取完成后控制夹爪气缸夹紧并控制竖直气缸缩回以及浮动头关闭以完成整 个抓取任务。 4.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 在接头定 位过程中， 主 要通过CCD相机对接 头特征进行识别以实现对接 头中心的定位； 采用支持向量机算法根据CCD相机获取的实时照片输入到训练的分类模型中， 将抓取 结果分为抓取成功与抓取失败2类， 当抓取失败将报警信号反馈给PLC， 当抓取成功后将 CCD 相机实时照片输入到AdaBo ost算法得 出与模板的匹配概 率； 将CCD相机实时照片输出到模板匹配、 旋转定位、 找圆以及求交点等识别算法中获取接 头中心； 最后基于AdaBoost算法得出与模板的匹配概率、 识别中心、 标定中心， 三者结合计 算最终的旋转中心， 以下为计算公式： 其中xfinal、 yfinal为最终识别中心， xcali、 ycali为标定中心， xreal、 yreal为识别中心， β 为匹 配概率。 5.根据权利要求4所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 在对安装 孔位定位时， 其计算中心的方式与接 头定位过程相同； 当获取到安装孔位中心后， 采用以接头中心为旋转中心， 上下相机获取的特征角度偏 差为θ， 将孔位中心绕着接头定位中心旋转角度偏差θ， 将旋转后的结果与标定结果相比较 获取X和Y方向的补偿值并将该值经PLC发送给机器人， 以下为计算公式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114918659 A 2其中xup、 yup、 xdown、 ydown分别为上下相机基于前述算法获取的中心， xroat、 yroat为上相机 获取的中心绕下相机获取中心旋转的角度偏差θ后的旋转中心值， xcali、 ycali为标定时的旋 转中心值， xrecup、 yrecup为补偿值。 6.根据权利要求5所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 当机器人 获取了组件装配过程中的X和Y方向的补偿值时， 机器人以位置控制模式运动到补偿后的指 定位置， 机器人到位后发送到位信号给PLC端， PLC端对横梁位置进行二次定位以补偿机器 人在运动过程中由于自身重量较大导致的横梁误差； 横梁运动到位后， 机器人将控制模式 更改为阻抗控制模式同时控制 夹爪竖直气缸伸出， 延时后浮动头打开， 从而实现机器人与 末端执行器系统均 处于柔性控制模式； 接头装配完成后， 相 机识别各个螺钉孔的位置并带 动电批实现螺钉孔的锁付任务。 7.根据权利要求6所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 基于阻抗 控制公式 当设备处于装配接头过程中， 其 和 均约定于0， 阻抗控制公式 可简化为kx＝F， 机器人实时将末端Z方向力 经PLC传递给上位机， 上位机获取到力后， 根据 工艺提出的接 头最后受力， 结合末端重量可计算获取末端刚度实时计算公式如下： 其中， FZ为机器人经PLC传递给上位机的力矩值， G末端为末端执行器的重力， Fmax为接头工 艺最大允许受力值， k 为当前机 械臂刚度矩阵， x为当前机 械臂末端位姿矩阵。 8.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： 在整个作 业过程中， PLC、 机器人、 上位机、 视 觉对其收到的指令和发送的结果进行判断。 9.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： PLC、 机器 人、 上位机、 视觉四个系统不仅对各自分系统控制的组件提供限位等保护， 同时也对各自输 出的值提供核验以及对接收的数值再 校验。 10.根据权利要求1所述的接头组件装配的柔性高精度控制方法， 其特征在于： PLC与上 位机之间的通信方式为OPC与TCP相结合的方式， 机器人与PLC之间的通信方式为Profinet 总线方式， 机器人与上位机之间通过PLC实现实时通信， PLC与视 觉通信方式为TCP。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114918659 A 3