本发明涉及自动化技术领域，特别是涉及一种基于机器人系统的零件抓取方法及机器人系统、夹具。
背景技术：
在机器人的工业应用中，经常需要利用机器人来吸取薄壁类零件，比如玻璃等，在零件的上下料抓取工位中，经常有零件位置不准确，导致机器人无法精确抓取，而使零件损坏或上下料位置不正确。
薄壁类零件在生产线上下料工位中，通常有一个托盘来存放零件，为了零件稳定存放，托盘通常还需要有一定的承托角度，让零件保持特定的姿态。但有很多情况是人工码垛或即使是机器码垛由于托盘和零件的个体差异，也很难做到多个零件的姿态一致，这就会给连续加工上料自动化吸取作业带来很大的问题。
对这种情况的上下料工位，目前有许多工厂是通过人工上料到自动化生产线上，若要实现生产线的自动化，则需要通过机器人来实现零件的自动上下料，目前的通常做法是找一个标准姿态，进行机器人示教，但这需要以后上料的所有零件的姿态都需要与标准姿态保持一致。
因为通过人工摆放或不同零件自身之间的差异，零件在托盘上的姿态不同，当零件在托盘上的姿态差异较大，会导致机器人无法准确抓取(强行吸取会导致零件损坏)。
技术实现要素：
本发明提供一种基于机器人系统的零件抓取方法及机器人系统、夹具，能够解决现有技术中零件在托盘上的姿态差异较大导致机器人无法准确抓取的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于机器人系统的零件抓取方法，所述机器人系统包括机器人以及由所述机器人传动的夹具，其中所述夹具包括间隔设置的至少两个吸盘组件，所述方法包括：
控制所述机器人传动所述夹具以预设的初始位姿接近待抓取零件的待抓取表面；
当检测到第一吸盘组件接触到所述待抓取表面后，控制所述机器人调整所述夹具的姿态，以使得在所述第一吸盘组件与所述待抓取表面保持接触的同时，剩余的所述吸盘组件进一步接触到所述待抓取表面；
控制所述机器人通过所述至少两个吸盘组件抓取所述待抓取零件。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用于抓取零件的机器人系统，所述机器人系统包括机器人、夹具以及主控系统，其中所述夹具包括间隔设置的至少两个吸盘组件，每一所述吸盘组件进一步包括第一传感器，所述主控系统控制所述机器人传动所述夹具以预设的初始位姿接近待抓取零件的待抓取表面，所述第一传感器用于检测所述吸盘组件是否接触到所述待抓取表面，当检测到第一吸盘组件接触到所述待抓取表面后，所述主控系统控制所述机器人调整所述夹具的姿态，以使得在所述第一吸盘组件与所述待抓取表面保持接触的同时，剩余的所述吸盘组件进一步接触到所述待抓取表面，进而通过所述至少两个吸盘组件抓取所述待抓取零件。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种夹具，所述夹具包括支架和至少两个吸盘组件，所述支架上设置有数量与所述吸盘组件对应的容置孔，每一所述吸盘组件包括插置杆、吸盘头、弹性件以及第一传感器，其中所述插置杆插置于所述容置孔内并能够沿所述容置孔的轴向移动，所述吸盘头设置于所述插置杆的一端，所述弹性件弹性支撑于所述支架与所述吸盘头之间，并在所述吸盘头接触到所述待抓取表面时，所述弹性件被压缩，进而使得所述插置杆沿所述容置孔的轴向移动，所述第一传感器用于检测所述插置杆沿所述容置孔的轴向的移动距离，并根据所述移动距离判断所述至少两个吸盘组件是否接触到所述待抓取表面。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过控制机器人调整夹具的姿态，以使得在第一吸盘组件与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件进一步接触到所述待抓取表面，以保证顺利抓取处于不同姿态的零件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本发明一实施例提供的基于机器人系统的零件抓取方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的基于机器人系统的零件抓取方法的流程图；
图3是本发明提供的机器人系统的简化结构示意图；
图4是本发明提供的机器人系统的夹具的平面结构示意图；
图5是本发明提供的机器人系统的夹具的局部剖面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请一并参阅图1及图3至图5，本发明一实施例提供一种基于机器人系统的零件抓取方法，其中机器人系统包括机器人20以及由机器人20传动的夹具30，机器人20采用六轴机器人，夹具30包括间隔设置的至少两个吸盘组件31，该方法包括以下步骤：
s110：控制机器人20传动夹具30以预设的初始位姿接近待抓取零件的待抓取表面。一般每次更换托盘50时，夹具30的表面和托盘50上的待抓取零件40的待抓取表面为两个不平行的平面。
s120：当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面。第一吸盘组件31指的是第一个与待抓取表面接触的吸盘组件31。
在本步骤中，可通过设置在夹具30上的传感器进行检测是否有吸盘组件31接触到待抓取表面。所述传感器可以为接近传感器或光电传感器等用于检测距离的传感器。在更换托盘50时，一般是操作员将载有待抓取零件40的托盘50推置机器人20的作业区域，使得待抓取零件40与夹具30相对。
所述控制机器人20调整夹具30的姿态的具体技术请参见下文的描述。
s130：控制机器人20通过至少两个吸盘组件31抓取待抓取零件40。在本步骤中，可通过对至少两个吸盘组件31提供真空负压进行抓取。
本实施例中，多个待抓取零件40均具有不同的姿态，因此每次抓取时都调整姿态以保证每一待抓取零件40的准确抓取。
请一并参阅图2至图5，本发明另一实施例提供一种基于机器人系统的零件抓取方法，其中机器人系统包括机器人20以及由机器人20传动的夹具30，机器人20采用六轴机器人，夹具30包括间隔设置的至少两个吸盘组件31，该方法包括以下步骤：
s210：控制机器人20传动夹具30以预设的初始位姿接近待抓取零件的待抓取表面。一般每次更换托盘50时，夹具30的表面和托盘50上的待抓取零件40的待抓取表面为两个不平行的平面。
s220：当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面。第一吸盘组件31指的是第一个与待抓取表面接触的吸盘组件31。
在本步骤中，可通过设置在夹具30上的传感器进行检测是否有吸盘组件31接触到待抓取表面。所述传感器可以为接近传感器或光电传感器等用于检测距离的传感器。在更换托盘50时，一般是操作员将载有待抓取零件40的托盘50推置机器人20的作业区域，使得待抓取零件40与夹具30相对。
所述控制机器人20调整夹具30的姿态的具体技术请参见下文的描述。
s222：根据姿态调整过程中的调整参数对夹具30的初始位姿进行修正。执行完本步骤，夹具30的表面和待抓取零件40的待抓取表面构成平行。
s224：控制机器人20传动夹具30以修正后的初始位姿接近待抓取表面，以使得在接近过程中至少两个吸盘组件31同时接触待抓取表面。
s230：控制机器人20通过至少两个吸盘组件31抓取待抓取零件40。在本步骤中，可通过对至少两个吸盘组件31提供真空负压进行抓取。
本实施例中，多个待抓取零件40具有一致的摆放姿态，机器人20调整一次以后，后续的抓取都按照调整后的姿态来抓取。
在一个实施例中，待抓取表面为平面，夹具30包括共面设置的两个吸盘组件31时，其中，当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20调整夹具30的姿态的步骤包括：
当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20绕预设的第一方向转动夹具30，以使得另一吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度。所述第一方向为非两个吸盘组件连线的任意一个方向，优选的为与所述两个吸盘组件连线垂直的一个方向。
此时，所述根据姿态调整过程中的调整参数对初始位姿进行修正的步骤包括：
根据绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度修正初始位姿。
在另一实施例中，待抓取表面为平面，夹具30包括共面设置的至少三个吸盘组件31。其中，当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20调整夹具30的姿态的步骤包括：
当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20绕预设的第一方向转动夹具30，以使得另一吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度；再控制机器人20绕预设的第二方向转动夹具30，以使得剩余的吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕第二方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度。
根据姿态调整过程中的调整参数对初始位姿进行修正的步骤包括：
根据绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度和绕第二方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度修正初始位姿。
其中，所述预设的第一方向可以为任意的方向，所述预设的第二方向为已经接触到待抓取表面的两个吸盘组件31的连线方向。优选的，所述预设的第一方向为最先接触到待抓取表面的吸盘组件31与相邻的吸盘组件31的连线方向；预设的第二方向为已经接触到待抓取表面的两个吸盘组件31的连线方向。
在本发明一具体实施例中，夹具30包括分别设置于一矩形区域的不同顶点的四个吸盘组件31，其中第一方向和第二方向分别对应于矩形区域的与最先接触待抓取表面的第一吸盘组件31连接的两条直角边所在的方向。
如图4和图5所示，在本实施例中，夹具30进一步包括支架32，支架32上设置有数量与吸盘组件31对应的容置孔321，该容置孔321可以是由支架32本身提供，或者如图5所示，该容置孔321由另一与支架32固定的l型吸盘固定板34提供。
在本实施例中，每一吸盘组件31包括插置杆311、吸盘头312、弹性件313以及第一传感器314，其中插置杆311插置于容置孔321内，并能够沿容置孔321的轴向移动，吸盘头312设置于插置杆311的一端，弹性件313优选采用弹簧，弹性支撑于支架32与吸盘头312之间，并在吸盘头312接触到待抓取表面时，弹性件313被压缩，进而使得插置杆311沿容置孔321的轴向移动。
检测至少两个吸盘组件31是否接触到待抓取表面的步骤包括：通过第一传感器314检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离，并根据移动距离判断至少两个吸盘组件31是否接触到待抓取表面。
在本发明实施例中，第一传感器314为接近传感器，通过第一传感器314检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离，并根据移动距离判断至少两个吸盘组件31是否接触到待抓取表面的步骤包括：
当插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离处于预设的检测范围时，判定对应的吸盘组件31接触到待抓取表面。举例而言，预设的检测范围是第一传感器314定向监控的区域，例如大于等于20毫米的区域，当插置杆311沿容置孔321的轴向移动一定距离(例如20毫米)则会进入第一传感器314定向监控的区域，此时判定对应的吸盘组件31已经接触到待抓取表面。
在本发明实施例中，每一吸盘组件31进一步包括设置于插置杆311上的感应器件315，第一传感器314通过感应器件315检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离。
在本发明实施例中，插置杆311上设置有连通吸盘头312的腔内的气道316，通过气道316向吸盘头312的腔内提供负压，以使得吸盘头312吸附在待抓取表面上。
在本发明实施例中，机器人系统进一步包括真空泵10，吸盘组件31通过管路连接真空泵10，其中真空泵10的位置不作限定，在一种实施例中，可以设置在机器人20的底座附近。夹具30进一步包括连接插置杆311与真空泵10的管路(图未示出)，其中至少两个吸盘组件31的插置杆311共用同一管路，进而在至少两个吸盘组件31的吸盘头312的腔内同时产生相同压力的负压。
在本发明实施例中，夹具30进一步包括设置于管路内的第二传感器317(如图4中所示)，第二传感器317用于检测管路内的真空度，在通过气道316向吸盘头312的腔内提供负压后，若管路内的真空度大于或等于预设的真空度阈值，则控制机器人20传动夹具30，进而将吸盘头312所吸附的待抓取零件40移动到预定位置。
本实施例提供的基于机器人系统的抓取零件姿态的调整方法中，通过控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面，以保证顺利抓取处于不同姿态的零件40。
请一并参阅图3至图5，本发明还提供一种用于抓取零件的机器人系统，该机器人系统包括机器人20、夹具30以及主控系统(图未示出)。
其中机器人20为六轴机器人，夹具30包括间隔设置的至少两个吸盘组件31，吸盘组件31通过管路连接真空泵10，其中真空泵10的位置不作限定，在一种实施例中，可以设置在机器人20的底座附近。每一吸盘组件31进一步包括第一传感器314，主控系统控制机器人20传动夹具30以预设的初始位姿接近待抓取零件40的待抓取表面，第一传感器314用于检测吸盘组件31是否接触到待抓取表面，当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，主控系统控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面，进而通过至少两个吸盘组件31抓取待抓取零件40。在本实施例中，多个待抓取零件40均具有不同的姿态，因此每次抓取时都调整姿态以保证每一待抓取零件40的准确抓取。
在其他实施例中，多个待抓取零件40具有一致的摆放姿态，机器人20可调整一次以后，后续的抓取都按照调整后的姿态来抓取，具体地，主控系统根据姿态调整过程中的调整参数对初始位姿进行修正，主控系统在后续抓取过程中控制机器人20传动夹具30以修正后的初始位姿接近待抓取表面，以使得在接近过程中至少两个吸盘组件31同时接触待抓取表面进而抓取待抓取零件40。
在本发明一个实施例中，待抓取表面为平面，夹具30包括共面设置的两个吸盘组件31时，其中，当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20调整夹具30的姿态的步骤包括：
当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，控制机器人20绕预设的第一方向转动夹具30，以使得另一吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度。所述第一方向为非两个吸盘组件连线的任意一个方向，优选的为与所述两个吸盘组件连线垂直的一个方向。
此时，所述根据姿态调整过程中的调整参数对初始位姿进行修正的步骤包括：
根据绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度修正初始位姿。
在本发明另一实施例中，待抓取表面为平面，夹具30包括共面设置的至少三个吸盘组件31，当检测到第一吸盘组件31接触到待抓取表面后，主控系统控制机器人20绕第一方向转动夹具30，以使得另一吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕预设的第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度，主控系统进一步控制机器人20绕预设的第二方向转动夹具30，以使得剩余的吸盘组件31接触待抓取表面，并记录绕第二方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度，再根据绕第一方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度和绕第二方向的转动过程中机器人20各转轴的转动角度修正初始位姿。
其中，预设的第一方向为最先接触到待抓取表面的吸盘组件31与相邻的吸盘组件31的连线方向；预设的第二方向为已经接触到待抓取表面的两个吸盘组件31的连线方向。
在本发明一具体实施例中，夹具30包括分别设置于一矩形区域的不同顶点的四个吸盘组件31，其中第一方向和第二方向分别对应于矩形区域的与最先接触待抓取表面的第一吸盘组件31连接的两条直角边所在的方向。
其中，夹具30包括支架32，支架32上设置有数量与吸盘组件31对应的容置孔321，该容置孔321可以是由支架32本身提供，或者如图4所示，该容置孔321由另一与支架固定的l型吸盘固定板34提供。
在本实施例中，每一吸盘组件31进一步包括插置杆311、吸盘头312以及弹性件313，其中插置杆311插置于容置孔321内，并能够沿容置孔321的轴向移动，吸盘头312设置于插置杆311的一端，弹性件313弹性支撑于支架32与吸盘头312之间，并在吸盘头312接触到待抓取表面时，弹性件313被压缩，进而使得插置杆311沿容置孔321的轴向移动，第一传感器314检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离，主控系统根据移动距离判断吸盘组件31是否接触到待抓取表面。
其中，第一传感器314为接近传感器，当插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离处于预设的检测范围时，主控系统判定对应的吸盘组件31接触到待抓取表面。l型吸盘固定板34上设有调节槽341，第一传感器314的位置可以根据需要在调节槽341内微调。
在本实施例中，每一吸盘组件31进一步包括设置于插置杆311上的感应器件315，第一传感器314通过感应器件315检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离。
插置杆311上设置有连通吸盘头312的腔内的气道316，气道316用于向吸盘头312的腔内提供负压，以使得吸盘头312吸附在待抓取表面上。
机器人系统进一步包括真空泵10，夹具30进一步包括连接插置杆311与真空泵10的管路，其中至少两个吸盘组件31的插置杆311共用同一管路，进而在至少两个吸盘组件31的吸盘头312的腔内同时产生相同压力的负压。
此外，夹具30进一步包括设置于管路内的第二传感器317，第二传感器317用于检测管路内的真空度，主控系统在管路内的真空度大于或等于预设的真空度阈值时，控制机器人20传动夹具30，进而将吸盘头312所吸附的待抓取零件40移动到预定位置。
本实施例提供的用于抓取零件的机器人系统中，通过控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面，以保证顺利抓取处于不同姿态的零件40。
请继续参阅图4和图5，本发明还提供一种夹具30，该夹具30包括支架32和至少两个吸盘组件31，支架32上设置有数量与吸盘组件31对应的容置孔321，每一吸盘组件31包括插置杆311、吸盘头312、弹性件313以及第一传感器314，其中插置杆311插置于容置孔321内并能够沿容置孔321的轴向移动，吸盘头312设置于插置杆311的一端，弹性件313弹性支撑于支架32与吸盘头312之间，并在吸盘头312接触到待抓取表面时，弹性件313被压缩，进而使得插置杆311沿容置孔321的轴向移动，第一传感器314用于检测插置杆311沿容置孔321的轴向的移动距离，并根据移动距离判断至少两个吸盘组件31是否接触到待抓取表面。
在本发明实施例中，支架32上设有用于与前述实施例中的机器人20连接的连接板33，连接板33上设有连接孔以便与机器人20的端轴相装配。
夹具30进一步包括吸盘固定板34，吸盘固定板34可调节性设置在支架32上，通过调节吸盘固定板34的位置进而调节吸盘组件31构成的可吸附尺寸。
本实施例提供的夹具30可配合前述的机器人20使用，通过控制机器人20调整夹具30的姿态，以使得在第一吸盘组件31与待抓取表面保持接触的同时，剩余的吸盘组件31进一步接触到待抓取表面，以保证不同零件40的顺利抓取。
下面以4个第一传感器314(s1、s2、s3、s4)为例，具体说明本发明的机器人系统的工作过程：
1、建立机器人工具坐标系t1(以夹具30为参考)和零件坐标系w1(以待抓取零件40的托盘为参考)，根据坐标变换算法可得到夹具30在坐标系w1下的姿态p；
2、机器人20以初始位姿p0(x、y、z、a、b、c)逐渐逼近零件，位于夹具30四角的传感器s1、s2、s3、s4中的一个首先感应到零件，假设是s1，此时机器人20记录此时的位姿p1(x1、y1、z1、a1、b1、c1)，并控制机器人20以s1-s2为转轴向s4方向定点转动，使传感器s4感应到零件，并记录此时的位姿p4(x4、y4、z4、a4、b4、c4)，通过控制算法计算出机器人20上的夹具30与零件在左右方向的姿态差异，对初始位姿p0进行第一次姿态补偿p0′(x、y、z、a+δa1，b+δb1，c+δc1)。
3、机器人以补偿后的姿态p0′(x、y、z、a+δa1，b+δb1，c+δc1)逼近零件，基于第2步的假设，传感器s1和s4会同时感应到零件，此时机器人20会记录此时的位姿p14(x14、y14、z14、a14、b14、c14)，并控制机器人以s1-s4为轴转向s2和s3方向定点转动，直到s2和s3感应到零件，并记录此时的机器人姿态p23(x23、y23、z23、a23、b23、c23)，通过控制算法计算出机器人20的夹具30与零件在上下方向的姿态差异，对初始位姿p0进行第二次姿态补偿p0″(x、y、z、a+δa1+δa2，b+δb1+δb2，c+δc1+δc2)；
4、机器人20以经过两次修正之后的姿态p0″(x、y、z、a+δa1+δa2，b+δb1+δb2，c+δc1+δc2)，去吸取零件，此时经过调整之后的姿态使机器人20的夹具30前面与零件前面水平。打开真空泵10，机器人20慢速靠近零件，吸盘头312首先与零件接触，机器人20继续靠近，弹性件313被压缩，气道316内负压升高，零件与夹具30贴合，直到真空负压达到预设值，真空传感器317给出信号，机器人20停止前进动作，并以当前点为参考，抓取玻璃到安全位置，运送到生产线上。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。