基于工業(yè)機(jī)器人的水接頭自動(dòng)裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

王旭敏，劉 敏，楊 帆

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京 210039）

引 言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，分布式液冷技術(shù)在相控陣?yán)走_(dá)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。水接頭是實(shí)現(xiàn)電子組件模塊與冷卻管路連接的通道，由于水接頭裝配在底層，因此必須保證水接頭的裝配質(zhì)量要求，否則一旦在產(chǎn)品總裝完成后出現(xiàn)水接頭裝配問(wèn)題，就需要全部拆裝維修，除了器件損失外還將嚴(yán)重影響產(chǎn)品交付周期。同時(shí)，大量的水接頭采用傳統(tǒng)的人工裝配不但勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且無(wú)法保證和記錄裝配過(guò)程中的工藝參數(shù)，裝配質(zhì)量一致性差。采用自動(dòng)化裝配是保證質(zhì)量的最好方法。工業(yè)機(jī)器人具有較低的價(jià)格、高柔性以及較大的作業(yè)空間的優(yōu)點(diǎn)，因此采用工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)裝配水接頭是最佳的選擇。

工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度較高，可以達(dá)到0.01 mm[1-2]，而其絕對(duì)定位精度卻很低，一般相差一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，甚至?xí)幱?～3 mm范圍內(nèi)[3]，且隨著機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間的使用后機(jī)械零件的磨損，其絕對(duì)定位精度也會(huì)下降[4]。然而，在水接頭裝配過(guò)程中，需要應(yīng)用機(jī)器人的絕對(duì)精度，因此，需要提高機(jī)器人的絕對(duì)定位精度。

目前提高機(jī)器人絕對(duì)定位精度的方法主要分為誤差預(yù)防法和誤差補(bǔ)償法兩種[5]。誤差預(yù)防法主要是通過(guò)提高機(jī)器人設(shè)計(jì)和加工精度來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種方法在機(jī)器人使用中無(wú)法運(yùn)用。誤差補(bǔ)償法分為離線誤差補(bǔ)償和在線誤差補(bǔ)償[4]。離線誤差補(bǔ)償也可稱為機(jī)器人標(biāo)定，通過(guò)一定的方法獲得較為準(zhǔn)確的機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而使其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型更加精確，此方法需要專業(yè)技術(shù)，實(shí)際使用中不具備普遍性。在線補(bǔ)償有兩種，一是利用外部實(shí)時(shí)反饋設(shè)備不斷獲取機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置誤差，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，此方法需要配置外部設(shè)備（激光跟蹤儀、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等），成本較為昂貴；另一個(gè)是實(shí)時(shí)非連續(xù)誤差反饋，在目標(biāo)位置附近測(cè)量誤差值，機(jī)器人根據(jù)誤差值修正末端位置，此方法一般用于平面運(yùn)動(dòng)定位，通過(guò)在機(jī)器人末端增加視覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)，成本低。由于誤差修正還是通過(guò)機(jī)器人的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此為了提高定位精度，可進(jìn)行多次誤差修正，能滿足一般帶有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的零部件裝配的要求。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)原因，水接頭裝配過(guò)程中滿足機(jī)器人多次誤差修正運(yùn)動(dòng)所需的多次誤差測(cè)量的實(shí)現(xiàn)難度較大，需采用其他誤差修正方法解決。

本裝配系統(tǒng)中采用在機(jī)器人末端增加獨(dú)立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行誤差修正的方法，滿足了水接頭自動(dòng)裝配的絕對(duì)定位精度需求，對(duì)于類似零部件精密裝配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

1 裝配要求及實(shí)施原理

在某系列產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，需要將批量水接頭裝入產(chǎn)品背板上對(duì)應(yīng)的孔中，并用4顆組合螺釘進(jìn)行固定，如圖1所示。裝配范圍約為4 000 mm（長(zhǎng)）×1 500 mm（寬），裝配過(guò)程中需要控制水接頭插入力以及螺釘擰緊力矩和旋入深度，同時(shí)記錄這些裝配參數(shù)。裝配孔的位置精度為±0.1 mm，圓柱裝入部分與孔的側(cè)隙為0.1 mm。由于裝配面積較大，因此寬度方向采用大臂展六軸機(jī)器人實(shí)現(xiàn)覆蓋，長(zhǎng)度方向采用增加第七軸的方式實(shí)現(xiàn)覆蓋。

圖1 裝配要求

由于機(jī)器人在第七軸方向作固定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度方向的裝配覆蓋，因此機(jī)器人在第七軸方向的定位采用重復(fù)定位的方法，可以降低第七軸設(shè)計(jì)制造精度要求。

裝配孔的位置精度為±0.1 mm，圓柱部分與孔的配合公差為±0.1 mm，理論上只要標(biāo)定好所有安裝孔位置，用機(jī)器人的重復(fù)定位功能即可完成裝配工作，但實(shí)際應(yīng)用中由于待裝配產(chǎn)品背板放置時(shí)只能以外形進(jìn)行定位，外形尺寸誤差造成產(chǎn)品背板重復(fù)放置定位精度為±2 mm，因此不能用機(jī)器人的重復(fù)定位精度來(lái)完成零件的裝配。為了更好地適應(yīng)不同種類的裝配背板，決定采用裝配孔位的絕對(duì)坐標(biāo)來(lái)引導(dǎo)機(jī)器人定位，在機(jī)器人末端增加工業(yè)相機(jī)直接測(cè)量安裝孔中心與待裝水接頭中心的誤差進(jìn)行位置修正。由于機(jī)器人末端待裝水接頭位置不能和相機(jī)的安裝位置重合，不能采用多次測(cè)量誤差并利用機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)消除誤差的方法，因此采用機(jī)器人的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)定位作為初定位，精確定位由末端加裝的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（末端定位裝置）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

末端定位裝置裝配在機(jī)器人末端，與工裝一體，包括由XY直線模組構(gòu)成的二維模組和工業(yè)相機(jī)，如圖2所示。視覺(jué)坐標(biāo)獲取原理如圖3所示。

圖2 末端定位裝置組成

相機(jī)成像平面UV面平行于二維模組組成的XY平面且和機(jī)械手末端執(zhí)行端平面平行。工作時(shí)，相機(jī)成像平面還平行于待裝配的背板平面，且與背板平面的距離h固定。在這種情況下，相機(jī)坐標(biāo)系與二維模組坐標(biāo)系是平行平面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)相機(jī)成像原理，在物距h固定不變時(shí)，相機(jī)成像的大小及坐標(biāo)位置和實(shí)景是線性關(guān)系[6]，因此其標(biāo)定計(jì)算可以簡(jiǎn)化成對(duì)二維模組坐標(biāo)系和相機(jī)坐標(biāo)系間的平移旋轉(zhuǎn)求解。B點(diǎn)為待裝配背板平面上的孔中心在相機(jī)中UV平面的成像點(diǎn)，C點(diǎn)為待裝水接頭在二維模組平面XY坐標(biāo)系中的坐標(biāo)點(diǎn)，UV為相機(jī)坐標(biāo)系，Oc為相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)。

設(shè)B點(diǎn)在相機(jī)坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X1,Y1)，Oc點(diǎn)在二維模組XY平面的坐標(biāo)為(X0,Y0)，α為UV坐標(biāo)系與XY坐標(biāo)系的夾角。B點(diǎn)在XY坐標(biāo)系的坐標(biāo)為(X,Y)，通過(guò)式（1）和式（2）可以換算出B點(diǎn)坐標(biāo)值。

根據(jù)B點(diǎn)坐標(biāo)值，二維模組驅(qū)動(dòng)待裝水接頭由C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，將水接頭裝入背板孔中。

底板上待裝孔中心B的坐標(biāo)確定后，4個(gè)固定螺絲孔在XY坐標(biāo)系的坐標(biāo)值也隨之確定。二維模組驅(qū)動(dòng)螺釘鎖附機(jī)構(gòu)將固定螺釘鎖附。

末端結(jié)構(gòu)組裝完畢后，X0，Y0，α為固定值，可以通過(guò)標(biāo)校獲取。

2 裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水接頭裝配系統(tǒng)組成如圖4所示，由機(jī)器人系統(tǒng)、背板支撐定位系統(tǒng)、螺釘供釘鎖固系統(tǒng)、水接頭移栽系統(tǒng)、水接頭供料系統(tǒng)等幾個(gè)部分組成。

圖4 裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

裝配系統(tǒng)工作流程為：1）機(jī)器人在水接頭供料盤(pán)中抓取水接頭；2）機(jī)器人移動(dòng)水接頭到產(chǎn)品背板上方指定裝配位置進(jìn)行拍照定位；3）機(jī)器人將水接頭裝配到背板；4）供釘系統(tǒng)將緊固螺釘送到電批，電批完成螺釘?shù)逆i附。

機(jī)器人通過(guò)在第七軸上的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)背板的裝配覆蓋需求。水接頭供料盤(pán)中的水接頭用完后，通過(guò)第七軸的運(yùn)動(dòng)，將水接頭供料盤(pán)與水接頭備料系統(tǒng)對(duì)接進(jìn)行物料交換，完成下一批的水接頭供料盤(pán)上料工作。水接頭備料系統(tǒng)中的水接頭由人工事先準(zhǔn)備好。

2.1 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

機(jī)器人系統(tǒng)由六軸機(jī)器人和第七軸（導(dǎo)軌）組成，是自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的重要組成部分。本裝配系統(tǒng)中，由于裝配范圍為4 000 mm×1 500 mm，機(jī)器人本體在長(zhǎng)度方向上無(wú)法覆蓋，因此增加第七軸實(shí)現(xiàn)裝配范圍的覆蓋。

工業(yè)機(jī)器人依據(jù)運(yùn)行速度、定位精度、工作范圍、售價(jià)、售后服務(wù)等原則選用。本裝配系統(tǒng)中的機(jī)器人選用負(fù)載40 kg，臂展半徑2 550 mm的六軸工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人重復(fù)定位精度為±0.06 mm。

第七軸采用齒輪齒條伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案，由基座、滾珠滑塊導(dǎo)軌副、齒輪齒條、減速機(jī)和伺服電機(jī)組成。第七軸的功能是彌補(bǔ)機(jī)器人臂展在裝配長(zhǎng)度方向的不足，只要在第七軸上選定幾個(gè)合適的固定點(diǎn)，機(jī)器人在固定點(diǎn)通過(guò)臂展旋轉(zhuǎn)即可實(shí)現(xiàn)裝配范圍的全覆蓋，因此將機(jī)器人在第七軸上的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)為重復(fù)定位運(yùn)動(dòng)，以降低第七軸的設(shè)計(jì)加工精度和運(yùn)動(dòng)控制成本。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和扭矩的匹配以及系統(tǒng)運(yùn)行速度的需求來(lái)完成伺服電機(jī)和減速器的選型[7-8]。

第七軸負(fù)載折算到驅(qū)動(dòng)齒輪軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JA見(jiàn)式（3），換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量JL1的計(jì)算見(jiàn)式（4）：

式中：MA為負(fù)載質(zhì)量；i為系統(tǒng)減速比；JA1為減速器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；R為驅(qū)動(dòng)齒輪分度圓直徑；JR為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

伺服電機(jī)的負(fù)載勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)工作轉(zhuǎn)速n（轉(zhuǎn)/分）的計(jì)算見(jiàn)式（5），負(fù)載勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)連續(xù)輸出扭矩TL的計(jì)算見(jiàn)式（6），負(fù)載加速時(shí)最大輸出扭矩TH的計(jì)算見(jiàn)式（7）：

式中：V為機(jī)器人系統(tǒng)在第七軸上的最大運(yùn)行速度；t為加/減速時(shí)間；g為重力加速度；μ為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；η為機(jī)械傳輸效率。

根據(jù)伺服電機(jī)選型原則：1）連續(xù)工作扭矩＜伺服電機(jī)額定扭矩；2）瞬時(shí)最大扭矩＜伺服電機(jī)最大扭矩（加速時(shí)）；3）負(fù)載慣量＜3倍電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量；4）連續(xù)工作轉(zhuǎn)速＜電機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

齒輪齒條的設(shè)計(jì)參照GB/T 3480。由于第七軸運(yùn)動(dòng)不存在高速度長(zhǎng)時(shí)間傳動(dòng)的條件，所以可以不計(jì)算齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，對(duì)齒輪齒條的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足齒形彎曲強(qiáng)度即可。為降低制造成本，齒輪齒條選用貨架產(chǎn)品。

滾珠導(dǎo)軌副的選型參見(jiàn)廠家產(chǎn)品樣本手冊(cè)。關(guān)于滾珠導(dǎo)軌副及齒輪齒條的潤(rùn)滑，本設(shè)備沒(méi)有采用潤(rùn)滑油泵供油的集中潤(rùn)滑方式，滾珠導(dǎo)軌副采用定期注潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的方法，齒輪齒條采用定期注潤(rùn)滑油至氈齒輪的潤(rùn)滑方法（利用氈齒輪與齒條的嚙合使齒條表面形成潤(rùn)滑油膜）。本設(shè)備其他滾珠導(dǎo)軌副的潤(rùn)滑均采用定期注潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑方式。

2.2 背板支撐定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

背板支撐定位系統(tǒng)由支撐架工裝和定位基準(zhǔn)工裝組成。支撐架工裝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配平面與第七軸導(dǎo)軌平面平行并保持固定高度。定位基準(zhǔn)工裝實(shí)現(xiàn)裝配背板的長(zhǎng)邊平行于第七軸的中心線，且在更換產(chǎn)品背板時(shí)保證待裝背板的位置精度，采用背板的兩個(gè)直角邊作為定位基準(zhǔn)。工裝背板支撐采用方管型材焊接加工組裝而成，與地面接觸的支撐部分采用可調(diào)機(jī)構(gòu)，便于安裝調(diào)整。

2.3 螺釘供釘鎖固系統(tǒng)設(shè)計(jì)

螺釘供釘鎖固系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)固定水接頭的4顆螺釘?shù)淖詣?dòng)供釘及定力矩、定旋入深度的鎖固功能，由供釘系統(tǒng)和電批組成。供釘系統(tǒng)由振動(dòng)排序料斗和吹釘系統(tǒng)組成。工作時(shí)，供釘系統(tǒng)將螺釘送至機(jī)器人末端的水接頭移栽系統(tǒng)上的電批，由電批完成螺釘?shù)逆i固。供釘系統(tǒng)采用電批供應(yīng)商推薦的產(chǎn)品，方便安裝調(diào)試。電批具備鎖固力矩的設(shè)定與測(cè)量、擰旋角度的設(shè)定與測(cè)量功能。緊固螺釘?shù)男肷疃扔蓴Q旋角度控制。

2.4 水接頭移栽系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水接頭移栽系統(tǒng)裝在機(jī)器人末端，如圖5所示，由XY直線模組、水接頭裝夾模塊、相機(jī)組件、電批組件等組成。水接頭移栽系統(tǒng)由連接法蘭同機(jī)器人末端相連。

圖5 水接頭移栽系統(tǒng)

水接頭移栽系統(tǒng)安裝于機(jī)器人末端，因此整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量受機(jī)器人負(fù)載大小的限制。機(jī)器人負(fù)載為40 kg，本移栽系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量≤32 kg。

XY直線模組由驅(qū)動(dòng)滾珠絲桿、承載滾珠導(dǎo)軌副和伺服電機(jī)組成。器件選用貨架產(chǎn)品，伺服電機(jī)與模組的滾珠絲桿采用聯(lián)軸器直連形式。

滾珠絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JB的計(jì)算見(jiàn)式（8），負(fù)載慣量JW的計(jì)算見(jiàn)式（9），換算到電機(jī)軸負(fù)載慣量JL的計(jì)算見(jiàn)式（10）。

式中：MB為滾珠絲桿質(zhì)量；D為滾珠絲桿直徑；M為負(fù)載重量；P為絲桿導(dǎo)程；J1為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

正常工作時(shí)，XY直線模組平面呈水平狀態(tài)。伺服電機(jī)負(fù)載勻速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩Tw的計(jì)算見(jiàn)式（11），加速轉(zhuǎn)矩Ta的計(jì)算見(jiàn)式（12），轉(zhuǎn)速n的計(jì)算見(jiàn)式（13）。

根據(jù)上面計(jì)算的數(shù)據(jù)，伺服電機(jī)的選型原則是選擇合適的XY軸驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。

水接頭的抓取及裝配插入由水接頭裝夾模塊實(shí)現(xiàn)，水接頭裝夾模塊如圖6所示，由插入氣缸、直線導(dǎo)軌、氣控柔性浮動(dòng)器、夾爪驅(qū)動(dòng)氣缸、夾爪等組成。氣缸、直線導(dǎo)軌和氣控柔性浮動(dòng)器采用貨架產(chǎn)品。夾爪采用V型定位夾持方式來(lái)抓取夾持水接頭[9-10]。夾爪夾持水接頭的圓柱部分，兩個(gè)銷釘插入水接頭的固定螺絲孔中，實(shí)現(xiàn)了水接頭的定位。XY直線模組將待裝水接頭送到裝入孔上方后，由插入氣缸將水接頭插入。當(dāng)水接頭進(jìn)入孔中設(shè)定距離時(shí)，氣控柔性浮動(dòng)器解鎖，水接頭在一定范圍內(nèi)處于浮動(dòng)狀態(tài)，防止剛性裝入損壞水接頭。裝入力由插入氣缸的氣壓實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通過(guò)檢測(cè)氣缸的活塞位置識(shí)別水接頭的裝入狀態(tài)。為了提高裝配效率，機(jī)器人末端配備了4個(gè)夾爪，機(jī)器人末端一次取料可完成4個(gè)水接頭的裝配，縮短了機(jī)器人取料時(shí)間。

圖6 水接頭裝夾模塊

相機(jī)組件由工業(yè)相機(jī)、光源和激光測(cè)距器組成，如圖7所示。相機(jī)組件是一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器人的視覺(jué)組成部分[11]。

圖7 相機(jī)組件

光源可避免環(huán)境光影響相機(jī)成像質(zhì)量。激光測(cè)距器實(shí)時(shí)測(cè)量相機(jī)的物距，并反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，保持像距在固定值范圍內(nèi)，使相機(jī)成像尺寸坐標(biāo)與實(shí)物保持穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。相機(jī)成像像距取100 mm，視野為40 mm×30 mm，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)0.01 mm。工業(yè)相機(jī)和光源的選型由視覺(jué)設(shè)備集成商提供。

電批組件由批頭、驅(qū)動(dòng)氣缸和導(dǎo)軌組成，如圖8 所示。XY直線模組驅(qū)動(dòng)電批組件到達(dá)螺紋孔上方后，氣缸1驅(qū)動(dòng)電批沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，使夾釘器接觸螺孔，供釘系統(tǒng)通過(guò)供釘軟管將螺釘送到夾釘器的吹釘入口，螺釘進(jìn)入螺孔后，氣缸2驅(qū)動(dòng)電批下降，完成螺釘鎖附工作。

圖8 電批組件

2.5 水接頭供料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水接頭供料系統(tǒng)由水接頭供料盤(pán)和水接頭備料系統(tǒng)組成，如圖4所示。水接頭按照特定要求擺放在料盤(pán)中，料盤(pán)跟隨機(jī)器人一起移動(dòng)。料盤(pán)一次性存放156個(gè)水接頭。備料系統(tǒng)最多可存儲(chǔ)6套料盤(pán)，由水平橫移機(jī)構(gòu)和垂直升降機(jī)構(gòu)組成，水平橫移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)水接頭供料盤(pán)在機(jī)器人底座和水接頭備料系統(tǒng)之間的移動(dòng)，垂直升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)備料系統(tǒng)中料盤(pán)的上下運(yùn)動(dòng)。

3 視覺(jué)系統(tǒng)的標(biāo)校

相機(jī)標(biāo)定是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的必需步驟，由視覺(jué)圖像處理和標(biāo)校模板組成。通過(guò)相機(jī)標(biāo)定，可以獲得圖像平面信息與實(shí)際空間信息的位置映射關(guān)系，進(jìn)而可以得到機(jī)器人及末端XY模組的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。本系統(tǒng)中的視覺(jué)圖像特征處理及計(jì)算由視覺(jué)設(shè)備集成商提供，用于獲取圖像特征的模型及相機(jī)坐標(biāo)系、機(jī)器人坐標(biāo)系和XY二維模組坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換標(biāo)定的標(biāo)校工具由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供。標(biāo)校工具如圖9所示，由底板、錐銷和圖形模板組成。

圖9 標(biāo)校工具

3.1 相機(jī)坐標(biāo)系在XY 直線模組坐標(biāo)系中的標(biāo)定

如圖9所示，將錐銷的錐柄部分裝入機(jī)器人末端的水接頭裝夾夾爪中，操控機(jī)器人使末端的水接頭移栽系統(tǒng)的XY二維模組坐標(biāo)平面平行于底板，使相機(jī)與底板保持100 mm的像距。復(fù)位XY二維模組，移動(dòng)機(jī)器人，觀察相機(jī)圖像，使相機(jī)成像中心與圖形模板的一個(gè)圖形孔中心大致重合，鎖定機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)XY二維模組，使夾爪中錐銷對(duì)準(zhǔn)相機(jī)拍攝的圖形，驅(qū)動(dòng)夾爪插入氣缸使錐銷插入圖形模板孔中（注意插入前鎖定氣控柔性浮動(dòng)器），待圖形模板孔與錐銷同心后，記錄此時(shí)的XY二維模組的錐銷中心坐標(biāo)值(X,Y)，保持圖形模板不動(dòng)，提起錐銷，復(fù)位XY模組，記錄復(fù)位后的相機(jī)坐標(biāo)系成像圖形孔中心坐標(biāo)值(X1,Y1)。重復(fù)定位另一個(gè)圖形孔，獲得另一組坐標(biāo)值，根據(jù)式（1）和式（2）解算出相機(jī)的X0，Y0，α值。

3.2 相機(jī)成像中心在機(jī)器人坐標(biāo)系中的標(biāo)定

水接頭的裝配需要將機(jī)器人末端移動(dòng)到背板上的水接頭待裝配孔上方，使末端水接頭移栽系統(tǒng)上的相機(jī)捕獲背板上的待裝配孔，這樣才能開(kāi)展水接頭的裝配工作，而這一動(dòng)作是通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，因此需要標(biāo)定相機(jī)成像中心與機(jī)器人坐標(biāo)系的關(guān)系。標(biāo)定過(guò)程為：復(fù)位XY二維模組，操控機(jī)器人末端至圖形模板上方某一位置，驅(qū)動(dòng)夾爪插入氣缸使錐銷插入圖形模板孔，使圖形模板孔與錐銷同心（同樣插入前鎖定氣控柔性浮動(dòng)器），記錄這一位置的機(jī)器人末端中心坐標(biāo)值(Xa,Ya)，保持圖形模板不動(dòng)，提起錐銷，再一次操控機(jī)器人，觀察相機(jī)圖像，使相機(jī)圖像中心與已定位的孔中心重合，讀取此刻的機(jī)器人末端中心坐標(biāo)值(Xb,Yb)，則相機(jī)成像中心與機(jī)器人末端中心的平面偏差由式（14）和式（15）獲得。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)增加第七軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和基于機(jī)器視覺(jué)的獨(dú)立誤差修正機(jī)構(gòu)解決機(jī)器人覆蓋范圍小以及絕對(duì)定位精度低的問(wèn)題，其工作原理及設(shè)計(jì)調(diào)試技術(shù)已在基于工業(yè)機(jī)器人的水接頭裝配系統(tǒng)中得到驗(yàn)證。該設(shè)備已用于產(chǎn)品生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了水接頭裝配的全部工藝要求，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，裝配質(zhì)量滿足產(chǎn)品生產(chǎn)裝配要求。目前裝配效率為3 個(gè)/min，水接頭組裝良率為98.9%，螺絲鎖附良率為99.2%，后期擬通過(guò)優(yōu)化控制策略，同時(shí)適當(dāng)提高運(yùn)動(dòng)速度，縮短運(yùn)動(dòng)時(shí)間，進(jìn)一步提高組裝效率。文中提出的在無(wú)法多次測(cè)量定位誤差的條件下提高工業(yè)機(jī)器人絕對(duì)運(yùn)動(dòng)定位精度的基于機(jī)器視覺(jué)的獨(dú)立誤差修正機(jī)構(gòu)及其標(biāo)校方法，相比于其他誤差補(bǔ)償方法，具有實(shí)施成本低、調(diào)試簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、工程實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。