本實用新型屬于機器人自動控制領域，具體涉及一種基于同步感應器和距離傳感器及機器視覺的六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)。

背景技術：

在機器人的研究領域中，機器人控制系統(tǒng)是最重要的部分。目前，大部分機器人主要采用精密減速機和伺服電機配合來保證運動精度，并按事先示教的路徑軌跡運動。這種控制方式屬于完全開環(huán)的控制方式，其運動的軌跡精度和定位精度主要依靠機械精度來保證，并且沿著設定的固定軌跡運動。

但由于加工制造高精度的精密減速機對加工設備及工藝水平要求極高，且制造成本也很難控制，并且由于機械不可逆的機械磨損，隨著使用年限的增加，其精度會逐漸降低，進而嚴重影響機器人的性能。

另外，隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高，機器人和工廠流水線的配合越來越必要。由于目標物體隨著流水線一起運動，其擺放位置和角度并不固定，目前機器人基于示教的按固定軌跡運動的方式基本無法勝任流水線式的工作方式。

技術實現(xiàn)要素：

針對以上問題，本實用新型提出了一種六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)，其構思合理，能解決現(xiàn)有技術中機械制造成本高，疲勞磨損，且很難和流水線配合的問題。

本實用新型的技術方案如下：

上述的六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)，包括同步感應器、距離傳感器、機器視覺裝置以及機器人控制單元；所述同步感應器用于測量各個關節(jié)角度絕對值且裝于機器人的尾部內側；所述距離傳感器用于測量機器人的手臂末端到工作面距離，其匹配安裝于所述機器視覺裝置的下部；所述機器視覺裝置用于定位物體方位且匹配安裝于機器人的手臂末端；所述機器人控制系統(tǒng)用于控制機器人的運動及加工，其包括多軸伺服控制模塊、采集圖像模塊、電源板、臂內電機驅動器、電機和人機交互設備；所述多軸伺服控制模塊、采集圖像模塊和電源板集成為一體；所述多軸伺服控制模塊用于執(zhí)行運動指令并發(fā)出各軸電機扭矩指令，其與所述采集圖像模塊通過PCI雙向電連接且還與所述人機交互設備雙向電連接；所述采集圖像模塊用于獲得工件的Z軸坐標，其與所述機器視覺裝置電連接且還與所述距離傳感器電連接；所述電源板一端連接220V交流電源，另一端連接臂內電機驅動器；所述臂內電機驅動器安裝于機器人的手臂內，其與所述多軸伺服控制模塊電連接且還與所述電機電連接；所述電機也安裝在機器人的尾部內側且與所述同步感應器電連接。

所述六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)，其中：所述機器視覺裝置采用的是相機，所述相機采用大景深的鏡頭FUJINON HF16HA-1B和黑白相機BFLY-PGE-13E4C-CS。

一種六軸協(xié)作機器人多回路控制方法，基于六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)，其具體流程如下：(1)將距離傳感器和機器視覺裝置并列安裝在六軸協(xié)作機器人末端，保證距離傳感器的探測點在鏡頭的成像視野范圍內；(2)建立坐標系，即在機器人開始工作前，先通過軟件建立待加工工件的特征點模板，以機器人末端中心作為坐標原點建立坐標系；(3)探測工件的z軸坐標，即在傳送帶啟動前，將工件放在機器人末端的正下方，通過距離傳感器測量工件到機器人末端的垂直距離；(4)計算傳送帶的傳輸速度，即啟動傳送帶，將工件放在傳送帶上，相機每隔0.1s拍攝一幅圖片，相機連續(xù)兩幅圖捕捉到工件時，通過這兩幅圖像計算出工件對應的平面坐標以及此時工件相對于模板的偏轉角，由此計算出傳送帶的速度；(5)計算機器人抓取工件時的位置坐標，即通過軟件設定機器人的運動速度，并得出機器人抓取工件時的坐標；(6)將抓取點的坐標及工件相對于模板的偏轉角通過逆解得到六個軸的旋轉角；(7)由機器人控制器對六個軸進行運動控制，通過同步感應器進行精確反饋使六個軸分別旋轉，此時手抓張開抓取工件。

所述六軸協(xié)作機器人多回路控制方法，其中：所述機器視覺裝置采用大景深的鏡頭FUJINON HF16HA-1B和黑白相機BFLY-PGE-13E4C-CS。

所述六軸協(xié)作機器人多回路控制方法，其中：所述步驟(4)中工件的兩個平面坐標分別記為(x1，y1)和(x2，y2)；所述傳送帶的速度v1＝(x2-x1)/0.1＝10(x2-x1)。

所述六軸協(xié)作機器人多回路控制方法，其中：所述步驟(5)中機器人經過時間t抓取到工件，則計算得出時間

由此可得機器人抓取工件時的坐標為

所述步驟(6)中的抓取點的坐標為

上述公式(3)和(4)中，α為直線OA與直線AB的夾角，x1，y1，z1為相機抓取第一幅圖時工件的空間坐標值，v1為傳送帶的傳送速度，v2為機器人的運動速度。

有益效果：

本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)結構設計簡單、合理，采用同步傳感器位置反饋，可以降低機器人對高精度電機和減速機的依賴，顯著降低成本；可以補償因為機器人長期運轉造成的機械零部件的疲勞磨損導致的精度降低，使機器人的使用壽命顯著增加。

本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制方法構思合理，控制簡單，相比傳統(tǒng)的機器人很難和流水線配合，本實用新型采用機器視覺并結合距離傳感器和同步感應器，可以獲得流水線上工件的精確位置并進行在線加工，能大幅提高在線加工效率和加工質量，降低了生產成本。

附圖說明

圖1為本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)的結構框圖；

圖2為本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)中六軸協(xié)作機器人配合傳送帶工作時的結構示意圖；

圖3為本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)的六軸協(xié)作機器人配合傳送帶工作時需要建立的坐標系圖；

圖4為本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)的機器人抓取工件時的幾何關系圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1、2所示，本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制系統(tǒng)，包括同步感應器1、距離傳感器2、機器視覺裝置3以及機器人控制系統(tǒng)4。

該同步感應器1用于測量各個關節(jié)角度絕對值且安裝于機器人5的尾部。

該距離傳感器2用于測量機器人5手臂末端到工作面距離，其匹配安裝于機器視覺裝置3的下部。

該機器視覺裝置3用于定位物體方位且安裝于機器人5的手臂末端，其與傳送帶6的位置相適應；其中，該機器視覺裝置3采用的是相機，相機采用大景深的鏡頭FUJINON HF16HA-1B和黑白相機BFLY-PGE-13E4C-CS。

該機器人控制單元4用于控制機器人的運動及加工，其包括多軸伺服控制模塊41、采集圖像模塊42、電源板43、臂內電機驅動器44、電機45和人機交互設備46；該多軸伺服控制模塊41、采集圖像模塊42和電源板43集成為一體；該多軸伺服控制模塊41是用于執(zhí)行運動指令并發(fā)出各軸電機扭矩指令，其與采集圖像模塊42通過PCI雙向電連接，同時還與人機交互設備46雙向電連接；該采集圖像模塊42用于獲得工件的Z軸坐標，其與機器視覺裝置3電連接且還與距離傳感器2電連接；該電源板43一端連接220V交流電源，另一端連接臂內電機驅動器44；該臂內電機驅動器44安裝于機器人5的手臂內，其與多軸伺服控制模塊41電連接且還與電機45電連接；該電機45安裝在機器人5的尾部內側且與同步感應器1電連接。

本實用新型六軸協(xié)作機器人多回路控制方法，具體流程如下：

(1)將距離傳感器和機器視覺裝置并列安裝在六軸協(xié)作機器人末端，保證距離傳感器的探測點在鏡頭的成像視野范圍內。其中，機器視覺裝置采用大景深的鏡頭FUJINON HF16HA-1B和黑白相機BFLY-PGE-13E4C-CS。

(2)建立坐標系

即在機器人開始工作前，先通過軟件建立待加工工件的特征點模板，以機器人末端中心作為坐標原點(0，0，0)建立坐標系，坐標系的建立如圖3所示；為了計算方便，通過軟件調整使傳送帶的運動方向平行于坐標系的X軸。

(3)探測工件的z軸坐標

在傳送帶啟動前，將工件放在機器人末端的正下方，通過距離傳感器測量工件到機器人末端的垂直距離，記為z1。

(4)計算傳送帶的傳輸速度

即啟動傳送帶，將工件放在傳送帶上，相機每隔0.1s拍攝一幅圖片；相機連續(xù)兩幅圖捕捉到工件時，記錄工件的平面坐標及偏轉角度分別為(x1，y1)和(x2，y2)以及此時工件相對于模板的偏轉角為α1；由此可以計算出傳送帶的速度為v1＝(x2-x1)/0.1＝10(x2-x1)。

(5)計算機器人抓取工件時的位置坐標

即通過軟件設定機器人的運動速度為v2(v2＞v1)。假設機器人經過時間t抓取到工件；由圖4可知，

由余玄定理可知

由此方程計算得出時間

由此可得機器人抓取工件時的坐標為

(6)將抓取點的坐標

及工件相對于模板的偏轉角為α1通過逆解得到六個軸的旋轉角為(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)。

(7)由機器人控制器對六個軸進行運動控制，通過同步感應器進行精確反饋使六個軸分別旋轉(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)，此時手抓張開抓取工件。

本實用新型構思合理，能解決現(xiàn)有技術中機械制造成本高，疲勞磨損，且很難和流水線配合的問題。