(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 202210598787.0 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 江南大学 地址 214100 江苏省无锡市梁 溪区通沙路 898号南楼七层 (72)发明人 樊启高　巫亦浩　黄文涛　刘跃跃　 毕恺韬　谢林柏　朱一昕　艾建　 (74)专利代理 机构 无锡华源专利商标事务所 (普通合伙) 32228 专利代理师 过顾佳 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于双机器人主从协同的微装配操作 系统 (57)摘要 本申请公开了一种基于双机器人主从协同 的微装配操作系统， 涉及微机电技术领域， 该系 统包括两个微操作机器人， 通过 实时工作图像可 以确定两个机器人的位置 反馈信息， 通过闭环控 制可以使得主机器人按照所设定的目标轨迹进 行运动， 从机器人的运动参考主机器人的状态， 而两者达成协同控制； 由于该系统利用两个微操 作机器人基于主从控制策略协同操作微型器件， 相较于常规的单个微操作机器人的系统来说， 采 用两个机器人协同操作的方法在信息获取、 处理 以及控制能力等方面都有比较大的提升， 因此对 微型器件的控制能力和操作精度都较高。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114952843 A 2022.08.30 CN 114952843 A 1.一种基于双机器人主从协同的微装配操作系统， 其特征在于， 所述微装配操作系统 包括控制器、 主机器人、 从机器人、 视觉模组和载物平台， 所述主机器人和从机器人均为三 自由度的微操作机器人且末端具有夹持器， 微型器件放置在所述载物平台上， 所述视觉模 组朝向所述载物平台且视场范围覆盖所述微型器件以及两个机器人的末端； 所述控制器连 接所述视 觉模组、 主机器人和从机器人； 所述控制器在各个采样时刻通过所述视觉模组采集实时工作图像， 并对所述实时工作 图像进行 图像识别确定所述主机器人在图像坐标下的位置反馈信息pm和所述从机器人在 图像坐标系下的位置反馈信息ps； 在所述主机器人和所述从机器人均夹持所述微型器件的状态下， 所述控制器根据 所述 微型器件在图像坐 标系下的目标位置信息pi和所述主 机器人的位置反馈信息pm闭环控制所 述主机器人运动以跟踪所述微型器件的目标位置信息， 所述目标位置信息pi是所述微型器 件的目标轨迹指示的所述微型器件的中心点在当前采样时刻下在图像坐标系中的位置信 息； 所述控制器根据所述主机器人的位置反馈信息pm和所述从机器人的位置反馈信息ps闭 环控制所述从机器人运动以跟踪 所述主机器人的位置反馈信息， 利用所述主机器人和所述 从机器人协同操作所述 微型器件沿着所述目标轨 迹运动。 2.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述控制器在控制所述主机器 人时， 以所述主机器人在图像坐标系下的跟踪误差pi+δpa‑pm作为主PID控制器的输入， 并基 于所述主PID控制器 的输出确定所述主机器人在机器人坐标系下的运动增量um， 并按照运 动增量um控制所述主机器人； 其中， δpa是所述微型器件的中心点与所述主机器人在所述微 型器件上的第一目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相对位置信息 。 3.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述控制器在控制所述从机器 人时， 以所述从机器人在图像坐标系下的跟踪误差pm+δpb‑ps作为从PID控制器的输入， 并基 于所述从PID控制器 的输出确定所述从机器人在机器人坐标系下的运动增量us， 并按照运 动增量us控制所述从机器人； 其中， δpb是所述主机器人在所述微型器件上的第一目标夹持 位置与所述从机器人在所述微型器件上的第二目标夹持位置之间在机器人坐标系中的相 对位置信息 。 4.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特 征在于， 在初始状态下， 所述主机器人和所述从机器人均不与所述微型器件接触， 所述控制器 对实时工作图像进行图像识别确定所述微型器件的中心点在图像坐标系下的初始位置信 息p； 所述控制器基于所述微型器件的初始位置信息p和所述主机器人的位置反馈信息pm闭 环控制所述主机器人运动以运动至第一 目标夹持位置处接触并夹持所述微型器件， 且， 所 述控制器基于所述第一目标夹持位置和所述从机器人的位置反馈信息ps闭环控制所述从 机器人运动以运动至第二目标夹持位置处接触并夹持所述微型器件； 所述第一目标夹持位 置、 第二目标夹持位置和所述 微型器件的初始位置信息之间具有预定的位置关系。 5.根据权利要求 4所述的微装配操作系统， 其特 征在于， 所述控制器以所述主机器人在图像坐标系下的跟踪误差p+δpa‑pm作为主PID控制器的 输入， 并基于所述主PID控制器的输出确定所述主机器人在机器人坐标系下的运动增量um， 并按照运动增量um控制所述主机器人运动； 且， 所述控制器以所述从机器 人在图像坐标系下的跟踪误差hm+δpb‑ps作为从PID控制器权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114952843 A 2的输入， 并基于所述从PID控制器的输出确定所述从机器人在机器人坐标系下 的运动增量 us， 并按照运动增量us控制所述从机器人运动； 其中， hm是所述主机器人在所述微型器件上的第一目标夹持位置在图像坐标系中的位 置， δpa是所述微 型器件的中心点与所述主 机器人在所述微型器件上的第一目标夹持位置之 间在机器人坐标系中的相对位置信息； δpb是所述主 机器人在所述微 型器件上的第一目标夹 持位置与所述从机器人在所述微型器件上的第二目标夹持位置之间在机器人坐标系中的 相对位置信息 。 6.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述控制器在控制所述主机器 人和所述从机器人协同操作所述微型器件 之前， 所述控制器检测 第一高度与第二高度是否 相等， 所述第一高度是所述主机器人的末端在主机器人初始 位置处距离所述载物平台所在 平面的高度， 所述第二高度是所述从机器人的末端在从机器人初始 位置处距离所述载物平 台所在平面的高度； 当所述第一高度与所述第二高度相等时， 完成对两个机器人的高度标定， 以所述主机 器人在所述主机器人初始位置处、 所述从机器人在所述从机器人初始位置处为初始状态； 当所述第一高度与所述第二高度不相等时， 调节所述主机器人初始位置和/或所述从机器 人初始位置直至所述第一高度与所述第二高度相等。 7.根据权利要求6所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述控制器控制所述主机器人 从所述主机器人初始位置沿着z轴方向匀速运动、 控制所述从机器人从所述从机器人初始 位置沿着z轴方向匀速运动， 并根据机器人末端的夹持器在图像坐标系 下的图像坐标检测 所述第一高度与第二高度是否相等， z轴方向垂直于所述载物 平台所在平面。 8.根据权利要求7所述的微装配操作系统， 其特征在于， 对于所述主机器人和所述从机 器人中的任意一个机器人， 所述控制器控制所述机器人从对应的初始位置沿着z轴方向朝 向所述载物平台运动并与所述载物平台接触； 在所述机器人运动过程中， 所述机器人末端 的夹持器在图像坐标下的图像坐标先变小 再变大， 将所述机器人对应的初始 位置与图像坐 标最小点之间的距离作为所述机器人对应的初始位置距离所述载物 平台所在平面的高度。 9.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述载物平台是双自由度移动 平台， 所述控制 器连接并控制所述载物平台， 所述控制器控制所述载物平台运动使得所述 微型器件的初始位置在所述视 觉模组的视场范围内。 10.根据权利要求1所述的微装配操作系统， 其特征在于， 所述控制器在控制所述主机 器人和所述从机器人协同操作所述微型器件之前， 利用所述主机器人和/或所述从机器人 对所述微型器件进行姿态调整以达 到目标姿态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114952843 A 3