1　前言

　　气动数字伺服技术是20世纪90年代初趋于成熟的新技术，它的出现进步了气动执行元件的定位精度，并为气动技术在精度要求较高环境中的应用提供了条件。根据用户要求，在有限的条件下我们研制了一台带视觉系统并取一轴为数字伺服定位的气动插装机器人，其结构如图1所示。该机器人的特点是：X轴选用气动伺服定位系统，实现了机器人在X方向上的任意定位;Y、Z轴选用了价格便宜并有3个可调位置的新式HMP型直角坐标气缸;用视觉传感器系统对工件进行识别，可自主地完成插装作业，进步了机器人的智能性。

　　1 X轴　2 Z轴　3 摄像头　4 Y轴　5 W轴　6 气爪

　　图1　气动插装机器人的结构简图

　　2　气动插装机器人的组成及工作原理

　　图1为气动插装机器人的结构简图。该机器人为全气动四自由度直角坐标机器人，X轴是一数字伺服定位系统，它由数字伺服缸、位移传感器、比例阀和数字伺服控制器等组成;Y、Z轴为可实现3点定位的直角坐标气缸，其重复精度可达到±0 01mm;W轴为一可作±180°运动的摆动缸;采用气动手爪抓取工件，视觉系统的摄像头固定在Z轴上，机器人的运动由控制系统来实现。

　　图2为一插装模板，模板上有2排3种不同外形的孔，将相应外形的轴装进第一排孔中。计算机根据设定的要求给伺服控制器发出指令，机器人则从初始位置沿X轴由插装模板的A端开始扫描，当摄像头发现有设定的工件时，立即停止运动并作精确定位，此时Z轴的直角坐标气缸向下运动至一定位置，气爪闭合抓取工件(指定外形的轴)，Z轴气缸复位抓取动作完成。此时，Y轴的直角坐标气缸伸出至模板第二排孔中心线的上方，机器人在新的Y坐标下再次沿X轴从插装模板的B端开始扫描，当摄像头发现有设定外形的孔时，即停止运动并作精确定位后，Z轴向下运动，手爪将轴插进相应的孔中，手爪松开，Z轴、Y轴、X轴依次复位，这时一个工作循环完成。

　　图2　插装模板示意图

　　若机器人的X、Y、Z轴均选用数字伺服定位系统，机器人将具有更大的灵活性和更高的插装速度，但其造价也会随之明显增加。

　　3　机器人的视觉系统

　　图3为机器人视觉控制系统框图，图中虚线所示的方向为摄像头向PC机主动传送信息时的通讯方向，实线所示的方向为PC机对摄像头进行控制时的通讯方向。该插装机器人的视觉系统选用了F150型视觉传感器系统，它由CCD摄像头、视觉控制器及通讯电缆组成，其主要功能是通过对物体特征信息的提取，来对物体进行识别。视觉控制器通过CCD将指定的物体采集出来后，由控制器对所采集的图像进行前期处理，如对图像的平滑化、边沿夸大、边沿抽出以及对背景的切除等，所有这些处理的目的都是为了提取出物体自身全部的特有信息，从而形成一个标准的模板，并设定相应的阈值供控制器后期判定物体使用。当摄像头采集到工件后，与上述方法得到的标准模板进行比较，假如所得到的结果大于设定的阈值，则视觉控制器的某一点即输出一个信号激活PLC控制器端相应点的输进口中断，PLC进进相应的处理程序完成对工件的识别。

　　图3　机器人视觉控制系统框图

　　4　结论

　　我们在插装模板上(见图2)对3种不同外形的轴孔进行了自动识别插装实验，实验结果表明，该机器人可顺利完成轴孔间隙≥0 1mm的插装作业，目前，由于受气动执行元件位置精度的限制，尚不能完成精密插装任务。