本发明涉及一种视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法及系统，属于装配控制。2018年国家自然科学基金研究计划(项目编号：51875266)。
背景技术：
1、随着科学技术的发展，智能手机等电子设备日渐成为人们生活的必需品。电子设备采用窄框已成为一种趋势，为了实现下边框的窄边化，电子设备厂商用将芯片直接贴合到柔性电路板的封装方式，进而利用柔性电路板fpc可弯曲的特性，如图1，将柔性电路板fpc弯折以缩减下边框的宽度。在自动装配行业，实现柔性电路板fpc插入组装自动化在各行业内一直是一个难点，很多工厂，一直采用人工操作，不仅耗时较长，而且插入容易失败，易产生耗材，人力物力双重消耗，使成本一直居高不下，设计自动插件机器人来完成对柔性电路板fpc的插装已经是一种必然发展态势。
2、为实现电子元器件装配的柔顺控制，中国专利201110118174.4公开了一种利用机器人的柔顺性实现轴孔装配的装置和方法，使安装于机器人末端上的手爪在与轴接触时获得在轴所施加的反作用力的作用下自动调节手爪姿态的柔顺性。中国专利201610857074.6公开了一种基于实时力控的装配机器人全空间柔顺插孔控制方法，利用常规刚性关节型机器人实现高效率、高准确性的无倒角柔顺插孔装配作业控制问题。中国专利申请201611108335.0公开了一种自动接插件装配机器人系统及其控制方法，对机器人装配具有稳定、高精度、短周期与较强抗干扰能力。中国专利申请201810942060.3公开了一种电路板组件、电子设备、显示屏器件及其装配方法，能够避免集成电路直接与fpc贴合工序中的fpc容易损坏的情况发生，使得产品综合良率得到提升。考虑机器人在与周围环境的适应性，设计拮抗sea模型和驱动电机变刚度柔顺关节驱动器，实现机器人有效回驱(胡涛，拮抗变刚度柔顺驱动器的设计与研究，杭州电子科技大学硕士论文，2015)。
3、但是，上述的柔性电路板fpc插装过程中仍存在弯折、拉扯、拱起、破损与断裂的问题，易导致柔性电路板fpc金手指折断、弯曲问题，因此，亟需设计自动插件机器人来完成对柔性电路板fpc的插装，以保证柔性电路板fpc机器人顺利插装，来避免上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法及系统，解决现有技术中fpc插装过程中容易发生弯折、拉扯、拱起、破损与断裂，造成损伤，易产生耗材，难以保证fpc机器人顺利插装的问题。
2、本发明的技术解决方案是：
3、一种视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，包括以下步骤，
4、s1、由第一视觉传感器获取应力调节机器人上待装配柔性电路板fpc的形态，并由视觉引导机器人的第二视觉传感器获得拮抗弹簧组的图像信息；
5、s2、对获取的待装配柔性电路板fpc的形态进行应力状态分析，得到待装配柔性电路板fpc的实时应力；
6、s3、判定待装配柔性电路板fpc的实时应力是否大于应力设定阈值，如是，由应力调节机器人对待装配柔性电路板fpc装配应力进行柔顺控制调节后，返回步骤s1；否则，进入下一步骤s4；
7、s4、通过视觉引导机器人将待装配柔性电路板fpc的端部插入待装配电路板的连接器；
8、s5、通过视觉引导机器人对待装配柔性电路板fpc进行插装受力分析，获得待装配柔性电路板fpc的实时刚度：
9、s6、判定待装配柔性电路板fpc的实时刚度是否大于设定阈值，在大于设定阈值时，通过视觉引导机器人对待装配柔性电路板fpc进行柔顺控制，对待装配柔性电路板fpc的插装位置进行调整后，返回步骤s4；否则，进行待装配柔性电路板fpc的插装，完成装配。
10、进一步地，步骤s2中，得到待装配柔性电路板fpc的实时应力包括轴向应力fx0i和横向应力fy0i：
11、fx0i＝fx+fxi＝(facosα1+fb sinα2+fccosα3+fdsinα4)+fxi
12、fy0i＝fy+fyi＝(fa sinα1+fb cosα2+fc sinα3+fd cosα4)+fyi
13、其中，fx为轴向应力，fy为横向应力，拮抗弹簧组的四个弹簧的作用力fa、fb、fc、fd：其中，k为弹簧劲度系数，拮抗弹簧组的四个弹簧作用点坐标分别为a(xa,0)，b(0,yb)，c(xc,0)，d(0,yd)，α1、α3分别为作用力fa、fc与x坐标轴的夹角，α2、α4分别为作用力fb、fd与x坐标轴的夹角，fxi、fyi分别为轴向应力附加项、横向应力附加项。
14、进一步地，步骤s2中，轴向应力附加项fxi、横向应力附加项fyi：
15、
16、
17、其中，设待装配柔性电路板fpc与应力调节机器人的接触面为a'x'+b'y'+c'z'+d'＝0，待装配柔性电路板fpc中任一点pi初始坐标为(x',y',z')，发生位移为(u,v,w)，a`、b`、c`、d`为待装配柔性电路板fpc与应力调节机器人的接触面系数，α为惩罚系数。
18、进一步地，步骤s5中，获得待装配柔性电路板fpc的实时刚度包括轴向刚度kx0i和横向刚度ky0i：
19、
20、
21、其中，kx为轴向刚度，ky为横向刚度，kxi、kyi分别为轴向刚度附加项、横向刚度附加项，k为弹簧劲度系数，视觉引导机器人的拮抗弹簧组的四个弹簧作用点坐标分别为a(xa,0)，b(0,yb)，c(xc,0)，d(0,yd)，α1、α3分别为作用力fa、fc与x坐标轴的夹角，α2、α4分别为作用力fb、fd与x坐标轴的夹角。
22、进一步地，步骤s5中，轴向刚度附加项kxi、横向刚度附加项kyi：
23、
24、其中，设待装配柔性电路板fpc与应力调节机器人的接触面为a'x'+b'y'+c'z'+d'＝0，待装配柔性电路板fpc中任一点pi初始坐标为(x',y',z')，发生位移为(u,v,w)，a`、b`、c`、d`为待装配柔性电路板fpc与应力调节机器人的接触面系数，α为惩罚系数。
25、一种实现上述任一项所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法的系统，包括第一视觉传感器、应力状态分析模块、应力调节机器人和视觉引导机器人，
26、第一视觉传感器：获取应力调节机器人上待装配柔性电路板fpc的形态
27、应力状态分析模块：对获取的待装配柔性电路板fpc的形态进行应力状态分析，得到待装配柔性电路板fpc的实时应力；
28、应力调节机器人：用于在fpc的实时应力大于设定阈值时，对待装配柔性电路板fpc的应力进行柔顺控制调节；
29、视觉引导机器人：用于将待装配柔性电路板fpc的端部装配至待装配电路板的连接器，并在判定待装配柔性电路板fpc的实时刚度大于设定阈值时，对待装配柔性电路板fpc进行柔顺控制，对待装配柔性电路板fpc的插装位置进行调整。
30、进一步地，步骤s3中，应力调节机器人包括第一机械臂、应力调节组件和主控模块，主控模块连接第一机械臂，应力调节组件设于第一机械臂上，第一机械臂设有第一视觉传感器。
31、进一步地，应力调节组件包括弧形滑杆和若干支撑件，支撑件包括滑块、滑杆和支撑杆，弧形滑杆的中部连接第一机械臂，弧形滑杆过盈配合穿过滑块，滑杆的一端通过驱动件连接滑块，滑杆的另一端连接用于支撑fpc的支撑杆。
32、进一步地，视觉引导机器人包括第二视觉传感器、第二机械臂、控制器和末端执行器，第二视觉传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第二机械臂和末端执行器，末端执行器设于第二机械臂上。
33、进一步地，末端执行器包括定位架、拮抗弹簧组和夹具组件，定位架连接第二机械臂，定位架设有用于获得拮抗弹簧组的图像信息的第二视觉传感器，拮抗弹簧组包括以正方形设置四个弹簧，夹具组件包括壳体、伺服电机、驱动件和用于夹持待装配柔性电路板fpc的平行夹具，壳体通过拮抗弹簧组连接定位架，伺服电机设于壳体内，伺服电机的输出转轴连接驱动件，壳体的侧部设有导向槽，平行夹具穿过导向槽并连接驱动件。
34、本发明的有益效果是：与现有的机器人装配控制方法相比，该种视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法及系统，能够实现对fpc的应力调节与视觉引导下的位置调整，从而能够实现fpc的准确插装，有效减少fpc插装过程中发生弯折、拉扯、拱起、破损与断裂等损伤问题，提高fpc插装综合良率，并能够大幅降低耗材的产生，能够保证稳定生产。
1.一种视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
2.如权利要求1所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：步骤s2中，得到待装配柔性电路板fpc的实时应力包括轴向应力fx0i和横向应力fy0i：
3.如权利要求2所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：步骤s2中，轴向应力附加项fxi、横向应力附加项fyi：
4.如权利要求1-3任一项所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：步骤s5中，获得待装配柔性电路板fpc的实时刚度包括轴向刚度kx0i和横向刚度ky0i：
5.如权利要求4任一项所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：步骤s5中，轴向刚度附加项kxi、横向刚度附加项kyi：
6.一种实现权利要求1-5任一项所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法的系统，其特征在于：包括第一视觉传感器、应力状态分析模块、应力调节机器人和视觉引导机器人，
7.如权利要求6所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：步骤s3中，应力调节机器人包括第一机械臂、应力调节组件和主控模块，主控模块连接第一机械臂，应力调节组件设于第一机械臂上，第一机械臂设有第一视觉传感器。
8.如权利要求7所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：应力调节组件包括弧形滑杆和若干支撑件，支撑件包括滑块、滑杆和支撑杆，弧形滑杆的中部连接第一机械臂，弧形滑杆过盈配合穿过滑块，滑杆的一端通过驱动件连接滑块，滑杆的另一端连接用于支撑fpc的支撑杆。
9.如权利要求6-8任一项所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：视觉引导机器人包括第二视觉传感器、第二机械臂、控制器和末端执行器，第二视觉传感器连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第二机械臂和末端执行器，末端执行器设于第二机械臂上。
10.如权利要求9所述的视觉引导的fpc机器人装配变刚度柔顺控制方法，其特征在于：末端执行器包括定位架、拮抗弹簧组和夹具组件，定位架连接第二机械臂，定位架设有用于获得拮抗弹簧组的图像信息的第二视觉传感器，拮抗弹簧组包括以正方形设置四个弹簧，夹具组件包括壳体、伺服电机、驱动件和用于夹持待装配柔性电路板fpc的平行夹具，壳体通过拮抗弹簧组连接定位架，伺服电机设于壳体内，伺服电机的输出转轴连接驱动件，壳体的侧部设有导向槽，平行夹具穿过导向槽并连接驱动件。
