一种机器人微装配用在线检测装置

技术领域

本发明涉及自动化系统领域，尤其涉及一种机器人微装配用在线检测装置。

背景技术

在通信系统中，当两个或两个以上的信号通过具有非线性特性的器件传输时，合成信号中产生互调产物，这些互调产物落入附近工作的接收机通频带时，会形成寄生干扰。装配误差是气体轴承制造过程中的关键指标，决定着气体轴承的成品率和工作稳定性。对气体轴承的装配误差进行实时检测，能够实时掌握气体轴承装配过程中的几何状态，可以在航天军工关键设备的制造过程中发挥重要作用。然而由于气体轴承装配误差的微小性、气膜所处空间的密闭性导致气体轴承装配误差的测量极为困难。传统的检测方法是通过安装通用位移传感器来测量轴心轨迹，然后结合气体轴承形状间接计算获得装配误差。此方法由于是间接测量，会引入较大误差，同时通用位移传感器安装难度大，不利于气体轴承的小型化和集成化。

在机械式转向器中有三个非常重要的性能指标：

1、输入端螺杆轴空载扭矩要求为0.3-0.5N.m；

2、螺杆轴扭矩峰值要求为0.8-1.2N.m；

3、总圈数误差不可超过15°。

为了保证如上这些要求，装配工人在装配转向器时必须一边安装螺纹盖，一边摇动螺杆轴，依靠手感来判断扭矩值，待调整完成后用手持式扭矩摇表来检测扭矩值，如果不在要求范围，则需要进行返工处理，之后还需进行螺纹盖锁母锁紧、峰值调整和总圈数判断，如此造成装配效率非常低下，工人劳动强度大，且装配质量无法得到保障。解决问题的办法是要拥有一套可代替人工自动装配、检测的装置。

工业机器人现已经广泛用于工业生产领域的各种生产线，但面向以3C装配为代表的精密装配生产线，还不能被广泛应用。目前3C制造领域的装配任务仍主要由人工完成，装配过程耗时费力。其主要原因在于3C产品(如手机、平板电脑、笔记本电脑)更新迭代快，产品生命周期短，这直接导致3C装配生产线需要频繁换线；同时3C装配过程复杂，对精度要求较高。针对此类问题，传统的机器人编程控制方法时间成本太高而且不够灵活，不仅限制了机器人适应新任务的速度，并且还限制了机器人在装配领域中的应用。

示例学习提供了一种高效的简化机器人编程过程的方法，是目前提高机器人易用性的重要途径。与传统的依赖人工编程的机器人运动规划和控制方法相比，示例学习有两个主要优点：首先，它为用户提供了一种简单直观的方式将任务信息传递给机器人，可以大大降低机器人用户的专业编程知识要求，有助于非专家用户参与机器人装配生产线；其次，借助示例学习方法，用户可以很容易地将复杂的运动轨迹传递给机器人，使得机器人能够灵活地完成复杂装配工作。

但是由于人类手臂和机器人的结构差异，人类手部的装配轨迹并不非常适合机器人去执行，为了提高机器人的装配效率，我们需要对演示轨迹进行优化，优化指标为时间最短。

综上，将离线示例学习方法应用到以3C装配为代表的机器人精密装配环节上可以有效改善传统编程方法时间成本过高且不够灵活的缺点，实现装配生产线上机器人的快速编程，推进装配生产线的自动化转型，同时经过轨迹优化后的装配轨迹更能提高机器人的装配效率。

目前连接器的装配完全依靠人工，且人工装配检验具有：效率低、生产成本高，装配繁琐，检测不便，装配的位置很难保持一致性，易混杂、肉眼检验难以区分等问题，因此急需一种智能装配检测装置以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人微装配用在线检测装置，以解决上述背景技术中提出的效率低、生产成本高，装配繁琐，检测不便，装配的位置很难保持一致性，易混杂、肉眼检验难以区分等问题。

本发明的主要目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种机器人微装配用在线检测方法、装置及存储介质，以解决现有技术中需要一种简单可靠的方法对工业机器人的装配情况进行检查的问题。

本发明一方面提供了一种机器人微装配用在线检测方法，包括：在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，控制所述目标轴按照设定参数进行关节运动；采集所述目标轴进行所述关节运动的过程中的电机电流Im；对所述电机电流Im进行FFT变换得到所述电机电流的频谱图；根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

可选地，根据所述频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常，包括：根据所述电机电流的频谱图确定所述电机电流的特征倍频幅值Am；根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

可选地，根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常，包括：将所述特征倍频幅值Am与预设幅值As进行比较；若所述特征倍频幅值 Am大于所述预设幅值As，则确定所述机械臂装配异常；若所述特征倍频幅值 Am小于等于所述预设幅值As，则确定所述机械臂装配正常。

可选地，若所述目标轴的传动机构为谐波减速器，则所述特征倍频幅值Am 取2倍频幅值。

可选地，所述设定参数，包括：给定速度v、加速度a以及运动范围θs和θe，其中，θs和θe分别为目标轴机械臂的运动起始角度和运动终止角度。

本发明另一方面提供了一种机器人微装配用在线检测装置，包括：控制单元，用于在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，控制所述目标轴按照设定参数进行关节运动；采集单元，用于采集所述目标轴进行所述关节运动的过程中的电机电流Im；处理单元，用于对所述电机电流Im进行FFT变换得到所述电机电流的频谱图；确定单元，用于根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

可选地，所述确定单元，包括：第一确定子单元，用于根据所述电机电流的频谱图确定所述电机电流的特征倍频幅值Am；第二确定子单元，用于根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

可选地，所述第二确定子单元，根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常，包括：将所述特征倍频幅值Am与预设幅值As进行比较；若所述特征倍频幅值Am大于所述预设幅值As，则确定所述机械臂装配异常；若所述特征倍频幅值Am小于等于所述预设幅值As，则确定所述机械臂装配正常。

可选地，若所述目标轴的传动机构为谐波减速器，则所述特征倍频幅值Am 取2倍频幅值。

可选地，所述设定参数，包括：给定速度v、加速度a以及运动范围θs和θe，其中，θs和θe分别为目标轴机械臂的运动起始角度和运动终止角度。

本发明又一方面提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。

根据本发明的技术方案，根据机械臂运动过程中的电机电流进行FFT变换得到电机电流的频谱图，根据频谱图对机械臂装配情况进行判断，从而排除了依靠人工经验判断的主观性，也无需进行繁琐的振动噪声实验。

根据本发明的技术方案，在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，使目标轴机械臂以给定转速、加速度及运动范围运行，通过采集装配后的机械臂在运行状态下的电机电流，依靠对电流进行FFT变换后得到的电流的倍频幅值检查机械臂的装配情况，排除了依靠人工经验判断的主观性，也无需进行繁琐的振动噪声实验，简单易行，可靠性强。

附图说明

图1是本发明提供的机器人装配检查方法的一实施例的方法示意图；

图2为根据本发明实施例的采集的电机电流的随时间变化图；

图3是根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常的步骤的流程示意图；

图4为传动机构为谐波减速器情况下装配异常和装配正常的电流频谱图的对比图；

图5是本发明提供的机器人装配检查方法的一具体实施例的方法示意图；

图6是本发明提供的机器人装配检查装置的一实施例的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的确定单元的一具体实施方式的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种机器人微装配用在线检测方法。所述机器人包括工业机器人。所述方法例如可以在计算机中实施。

图1是本发明提供的机器人装配检查方法的一实施例的方法示意图。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，所述机器人装配检查方法至少包括步骤S110、步骤S120、步骤S130和步骤S140。

步骤S110，在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，控制所述目标轴按照设定参数进行关节运动。

例如，可以通过计算机向机器人发送控制信号，使所述目标轴按照设定参数进行关节运动。所述设定参数具体可以包括：给定速度v、加速度a以及运动范围θs和θe，其中，θs和θe分别为目标轴机械臂的运动起始角度和运动终止角度。给定速度v，加速度a以及机械臂的运动范围θs和θe，使机器人的目标轴进行关节运动。

步骤S120，采集所述目标轴进行所述关节运动的过程中的电机电流Im。

具体地，可以使用数据采集卡采集目标轴进行关节运动的过程中的电机电流 Im。例如，参考图2所示，为根据本发明实施例的采集的电机电流随时间的变化图(横轴为时间，纵轴为电流值)。

步骤S130，对所述电机电流Im进行FFT变换得到所述电机电流的频谱图。

对所述电机电流Im进行快速傅立叶变换FFT变换后，可以得到所述电机电流的频谱图。

步骤S140，根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

图3是根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常的步骤的流程示意图。如图3所示，步骤S140具体可以包括步骤S141和步骤S142。结合图3对根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常的步骤进行详细描述。

步骤S141，根据所述电机电流的频谱图确定所述电机电流的特征倍频幅值 Am。

具体地，电流Im的特征倍频幅值Am可以直接从对电流进行FFT变换后得到的频谱图(横轴为频率，纵轴为幅值)中得到。不同的传动机构特征倍频幅值Am 所取的倍频倍数可能不同。例如，若目标轴的传动机构为谐波减速器，则所述特征倍频幅值Am取2倍频幅值。特征n倍频即为电机转速对应机械频率的n倍频，例如电机转速r为600r/min，则电

机对应的机械转频为

步骤S142，根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

工业机器人的伺服电机通常与不同的传动机构相连，如减速机、皮带轮等，其在运行时振动数据的特征倍频幅值大小能够反应出机械臂的装配情况是否正常。因机械臂运行过程中的负载变化直接反馈于电机电流，因此电机电流的变化与振动数据一致，其倍频幅值大小也可反应出机械臂的装配情况。

具体而言，将所述特征倍频幅值Am与预设幅值As进行比较；若所述特征倍频幅值Am大于所述预设幅值As，即Am＞As，则确定所述机械臂装配异常；若所述特征倍频幅值Am小于等于所述预设幅值As，即Am≤As，则确定所述机械臂装配正常。

在装配正常的机器人上执行前述步骤S110～步骤S130后根据得到的电机电流的频谱图获得的装配正常的情况下电机电流的特征n倍频幅值

采用本发明实施例，根据倍频幅值的大小对机械臂的装配情况作出判断，可直接根据对目标轴的电机电流的定量分析检查机械臂的装配情况，排除了依靠人工经验判断的主观性，也无需进行繁琐的振动噪声实验，简单易行，可靠性强。

为清楚说明本发明技术方案，下面再以一个具体实施例对本发明提供的机器人装配检查方法的执行流程进行描述。

图5是本发明提供的机器人装配检查方法的一具体实施例的方法示意图。如图5所示实施例中包括步骤S201～步骤S208。

步骤S201，装配机器人的目标轴机械臂。

步骤S202，给定速度v，加速度a以及机械臂的运动范围θs和θe，使机器人的目标轴进行关节运动。

步骤S203，使用数据采集卡采集目标轴运动过程中的电机电流Im。

步骤S204，对采集的电流Im进行FFT变换得到电流Im的频谱图。

步骤S205，根据得到的频谱图确定电流Im的特征n倍频幅值Am。

步骤S206，比较Am与给定值As的大小，如果Am＞As，则说明机械臂装配异常，执行步骤S207，如果Am≤As，则表示机械臂装配良好，执行步骤S208。

步骤S207，如果Am＞As，则说明机械臂装配异常，重新检查调整机械臂后，返回重复步骤S202、步骤S203、步骤S204和步骤S205。

步骤S208，如果Am≤As，则表示机械臂装配良好，目标轴机械臂装配结束，继续下一机械臂的装配。

本发明还提供一种机器人微装配用在线检测装置。所述机器人包括工业机器人。所述装置例如可以在计算机中实施。

图6是本发明提供的机器人装配检查装置的一实施例的结构示意图。如图6 所示，所述机器人装配检查装置100包括控制单元110、采集单元120、处理单元130和确定单元140。

控制单元110用于在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，控制所述目标轴按照设定参数进行关节运动。

例如，向机器人发送控制信号，使所述目标轴按照设定参数进行关节运动。所述设定参数具体可以包括：给定速度v、加速度a以及运动范围θs和θe，其中，θs和θe分别为目标轴机械臂的运动起始角度和运动终止角度。给定速度v，加速度a以及机械臂的运动范围θs和θe，使机器人的目标轴进行关节运动。

采集单元120用于采集所述目标轴进行所述关节运动的过程中的电机电流 Im。

具体地，采集单元120可以使用数据采集卡采集目标轴进行关节运动的过程中的电机电流Im。例如，参考图2所示，为根据本发明实施例的采集的电机电流随时间的变化图(横轴为时间，纵轴为电流值)。

处理单元130用于对所述电机电流Im进行FFT变换得到所述电机电流的频谱图。处理单元130对所述电机电流Im进行快速傅立叶变换FFT变换后，可以得到所述电机电流的频谱图。

确定单元140用于根据所述电机电流的频谱图确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

图7是根据本发明实施例的确定单元的一具体实施方式的结构框图。如图7 所示，所述确定单元140包括第一确定子单元141和第二确定子单元142。

第一确定子单元141用于根据所述电机电流的频谱图确定所述电机电流的特征倍频幅值Am。

具体地，第一确定子单元141可以直接从对电流进行FFT变换后得到的频谱图(横轴为频率，纵轴为幅值)中得到电流Im的特征倍频幅值Am。不同的传动机构特征倍频幅值Am所取的倍频倍数可能不同。例如，若目标轴的传动机构为谐波减速器，则所述特征倍频幅值Am取2倍频幅值。

特征n倍频即为电机转速对应机械频率的n倍频，例如电机转速r为 600r/min，则电机对应的机械转频为

第二确定子单元142用于根据所述特征倍频幅值Am确定所述目标轴机械臂是否装配异常。

工业机器人的伺服电机通常与不同的传动机构相连，如减速机、皮带轮等，其在运行时振动数据的特征倍频幅值大小能够反应出机械臂的装配情况是否正常。因机械臂运行过程中的负载变化直接反馈于电机电流，因此电机电流的变化与振动数据一致，其倍频幅值大小也可反应出机械臂的装配情况。

具体而言，第二确定子单元142将所述特征倍频幅值Am与预设幅值As进行比较；若所述特征倍频幅值Am大于所述预设幅值As，即Am＞As，则确定所述机械臂装配异常；若所述特征倍频幅值Am小于等于所述预设幅值As，即Am≤As，则确定所述机械臂装配正常。

在装配正常的机器人上由控制单元110、采集单元120、处理单元130执行相应的操作后，根据得到的电机电流的频谱图获得的装配正常的情况下电机电流的特征n倍频幅值

图4所示为传动机构为谐波减速器情况下装配异常和装配正常的电流频谱图的对比以及在2倍频处电流幅值的大小示意图。从图4中可以看出装配异常的2倍频电流幅值Am会远远高于装配正常的二倍频幅值

采用本发明实施例，根据倍频幅值的大小对机械臂的装配情况作出判断，可直接根据对目标轴的电机电流的定量分析检查机械臂的装配情况，排除了依靠人工经验判断的主观性，也无需进行繁琐的振动噪声实验，简单易行，可靠性强。

本发明还提供对应于所述机器人装配检查方法的一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。

据此，本发明提供的方案，在完成机器人的目标轴机械臂的装配后，使目标轴机械臂以给定转速、加速度及运动范围运行，通过采集装配后的机械臂在运行状态下的电机电流，依靠对电流进行FFT变换后得到的电流的倍频幅值检查机械臂的装配情况，排除了依靠人工经验判断的主观性，也无需进行繁琐的振动噪声实验，简单易行，可靠性强。。

本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说，归因于软件的性质，上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外，各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。