CN102825605A - 具有视觉检测功能的物料移送机器人 - Google Patents
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Abstract
一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，设有控制***、视觉检测***和物料移送***，所述物料移送***包括物料滑行机构和送料机械手。所述视觉检测***通过采集滑行机构终端的物料图像和锻压设备内的物料图像，在分析模块中对物料温度、姿态等情况进行分析判断，并根据判断结果进一步通过控制***控制送料机械手的动作。所述物料移动***的送料机械手通过可分别在三维方向上移动与定位的关节配合，有效保障了物料重复抓取的精准度。且本发明自动化程度高，在物料的移送过程中，自动检测判断合格产品，有效提高了产品的加工效率。
Description
技术领域
本发明是一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，应用于机械加工领域。
背景技术
近年来，随着社会经济的飞速发展以及机器人技术研究的不断深入，工业生产从依靠人工运送物料的方式已经逐步开始朝自动化、智能化的方向发展，这种方式不仅效率高，而且大大降低了工人在操作中潜在的危险。但目前行业内的普通机器人大多存在功能特定、应用范围窄、定位精度差的缺点，而多功能智能化的机器人通常结构复杂、制造成本高。
发明内容
本发明的技术目的是克服现有技术的缺陷，提供一种利用简单机构的配合，实现物料检测和精准移送功能的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人。
本发明的技术方案为：
一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，设有控制***和分别与控制***连接的视觉检测***和物料移送***：
所述视觉检测***设置有摄像装置和分析图像的处理器模块，所述处理器模块与控制***连接，所述摄像装置包括对准物料滑行机构末端盛料容器的第一摄像头和监控锻造设备模腔内物料情况的第二摄像头，以便于采集从滑行机构落下的物料图像和加工过程中物料的图像，控制***根据处理器的图像分析结果控制送料机械手下一步的动作。
所述物料移送***设有物料滑行机构和送料机械手。
进一步地，所述送料机械手包括抓料机构和控制抓料机构位移矢量的关节机构。
所述关节机构可由以下单元关节中的一种或多种组合构成：
A）、负责垂直方向（即Z轴向）位移调整的竖直升降关节：
所述竖直升降关节设有框架底座和第一工作台，所述框架底座内设有一竖直气缸，其活塞杆向上伸缩，竖直气缸活塞杆的顶部与第一工作台固定连接，使第一工作台随着竖直气缸活塞杆的运动而上下移动；
B）、负责横向（即X轴向）位移调整的横向平移关节;
所述横向平移关节设有横向支撑架，所述横向支撑架铺设有横向的导轨，并在导轨一端设置活塞杆沿横向伸缩的横向气缸，横向导轨上架设有可滑动的第二工作台，所述第二工作台的一侧与横向气缸的活塞杆连接，通过横向气缸的活塞运动控制第二工作台横向位移；
C）、负责纵向（即Y轴向）位移调整的纵向伸缩关节：
所述纵向伸缩关节设有纵向支撑架，所述纵向支撑架设有纵向的导轨，并在导轨一端设置活塞杆沿纵向伸缩的纵向气缸，纵向导轨上架设有可滑动的第三工作台，所述第三工作台的一侧与纵向气缸的活塞杆连接，通过纵向气缸的活塞运动控制第三工作台纵向位移。
同时，构成上述关节机构的各单元关节在安装时，自下向上叠置连接，上方的单元关节固定设置在下方单元关节的工作台上。
进一步地，所述抓料机构包括一竖立的升降机构和夹爪单元，所述升降机构设置在关节机构最上端单元关节的工作台上，所述夹爪单元通过连接构件固定在所述升降机构上。
进一步地，所述竖直升降关节的框架底座上设置有若干竖立的导柱，所述导柱上分别套有可上下滑动的滑块，所述第一工作台的底部设有与竖直气缸活塞杆平行的若干支撑柱，所述支撑柱的下部分别固定在对应的导柱滑块上。
进一步地，所述抓料机构的升降机构侧面设有竖立的导轨与套在该导轨上的滑块，升降机构内设有一竖直气缸带动该滑块上下移动，所述夹爪单元的末端固定在该滑块上。通过抓料机构的竖直气缸，可进一步在小范围内调整夹爪单元的高度。
进一步地，所述夹爪单元包括一组平行相对的夹持臂，并设有两个对向运动的夹持气缸控制所述夹持臂的夹持距离，所述夹持臂的末端通过一固定平台与升降机构的滑块连接。
上述的两个夹持臂在其相对的一面对称设有夹持块，所述夹持块上设有卡住物料的凹槽，作为优选，所述凹槽采用V型或U型凹槽。并且针对不同的夹持工件，所述夹持块应相应地选择具有耐高温、耐腐蚀等性能的材料制造。
所述横向支撑架或纵向支撑架在其导轨的另一端设有缓冲定位装置，所述第二工作台或第三工作台在驱动气缸（即横向气缸或纵向气缸）与缓冲定位装置之间滑动，起到缓冲减震、精确定位的作用。
所述物料滑行机构在其末端设有控制盛料容器翻转的平衡器，所述平衡器与控制***连接，当视觉检测***检测到物料不合格后即运行平衡器，使棒料从盛料容器掉出。
所述物料滑行机构在进料口设有高温棒料粘料分离装置，防止粘连物料进入物料滑行机构。
本发明的有益效果：
本发明通过摄像装置筛选进入加工设备的合格物料，并监控物料在加工过程中的情况，配合机械手，减少抓料机构抓取不合格产品的动作，提高工作效率。并利用气缸、支架、滑块等简易部件制做机械手的活动关节模块，每个活动关节模块分别控制一个方向上的位移，可独立运行，连接后也可互换位置，设计灵活。本发明机械手的操作精密度高、易控制，具有夹持效果好、制作成本低，容易维护，容易拆装的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为高温棒料分离机构的结构示意图；
图3为棒料滑行机构的结构示意图；
图4为送料机械手装置的结构示意图；
图5为竖直升降关节的结构示意图；
图6为横向平移和纵向伸缩关节的结构示意图；
图7为抓料机构的结构示意图。
具体实施方式
为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，设有控制***和分别与控制***连接的视觉检测***和物料移送***，所述物料移送***设有物料滑行机构2和送料机械手5。
如图1所示，所述物料移送***设置在中频炉1的出料口和锻压机床3之间，从中频炉1出来的料棒通过物料滑行机构2传送到靠近锻压机床3的位置。所述视觉检测***设置有摄像装置和分析图像的处理器模块，所述处理器模块与控制***连接，所述摄像装置包括对准物料滑行机构2末端盛料容器的第一摄像头61和监控锻造设备模腔内物料情况的第二摄像头62。设备运行时，所述第一摄像头61和第二摄像头62可分别将其采集的图像传输到控制平台，并通过显示屏显示，使工作人员可实时地观测到物料的状态。
所述物料滑行机构1在进料口设有高温棒料粘料分离装置4，该装置通过整体支承固定板15固定于中频炉1的出料口，如图2所示，通过固定支承梁10在物料滑行机构1的进料口上方设置一敲料气缸7，对准中频炉1出料口的位置该装置设有一水平滑道12，水平滑道12通过支承结构14固定在整体支承固定板15上，水平滑道12两侧面设有防护挡片13，水平滑道12上设有一半圆环罩11，在水平滑道12的前端设有挡块9，高温料棒从中频炉1出料口依次滑过半圆罩11，如物料发生粘连，则将粘连的前一物料置于敲料气缸7下，下压柱8通过敲料气缸活塞杆的带动对前一物料向下敲击，使其与后面物料脱离，从滑行机构3的下料滑轨18内下滑，而后面物料则在半圆环罩11的限位下固定，在挡块9的限位下，避免了料棒向前伸出过长不能从水平滑道12准确掉落在下料滑轨18内的情况。
如图3所示，料棒在滑道内滑行过程中通过感应装置17计数，当其滑落到滑轨末端的料杯19内后，控制***启动第一摄像头61，采集料棒的图像，并根据其颜色要素判断灼热的高温料棒温度是否符合后续加工标准。如果被推送进入料杯的料棒温度不合格，则控制***运行平衡器20倾倒料杯19，使料棒落下，随后料杯复位，第一摄像头61继续检测下一料棒，直至检测到合格品后，驱动送料机械手5，将该高温料棒夹持并送入锻压机床3的模腔内，之后通过第二摄像头62采集模腔内物料的位姿，通过与标准图形拟合判断料棒有无倾倒或其它异常情况发生。锻压机床在对高温物料进行锻打作业时，若发生异常情况，控制***控制整个物料移送***停止运行，且保证机床不进行锻压作业，等待人工处理。
所述送料机械手5包括抓料机构和关节机构，所述关节机构由若干个单元关节模块组装构成，这些单元关节分别控制机械手抓料机构在X轴、Y轴或Z轴上的位移矢量，并通过连接使某一单元关节的运动传递到其它模块上，从而实现抓料机构在三维空间内的位置定位。
所述关节机构可由上述单元关节中的一种或多种组合构成，并且位置可互换。以一具体实施方式为例，如图4所示，该关节机构自下向上依次包括：
A）、竖直升降关节；
所述竖直升降关节设有支撑机构整体的框架底座25和第一工作台23，所述框架底座25内设有一竖直气缸22，其活塞杆向上伸缩，竖直气缸活塞杆的顶部与第一工作台板23固定连接。框架底座25在竖直气缸22的两侧对称设有竖立的导柱，所述导柱上套有可上下滑动的滑块21，所述第一工作台23在其底部的四角各设有一根与竖直气缸活塞杆平行的支撑柱24，所述支撑柱24底部两两固定在一侧的滑块21上，进一步保障第一工作台23上行下移过程中的稳定性，如图5所示。
B）、横向平移关节；
所述横向平移关节设有横向支撑架27，所述横向支撑架27安装在竖直升降关节的第一工作台23的台板上，横向支撑架铺设有横向的导轨30，并在导轨30的左端设置活塞杆向右伸缩的横向气缸26，所述导轨30上架设有可沿导轨30滑动的第二工作台，所述第二工作台的左侧与横向气缸26的活塞杆连接，如图6所示。
C）、纵向伸缩关节；
所述纵向伸缩关节设有纵向支撑架31，所述纵向支撑架31安装在横向平移关节第一工作台的台板上，纵向支撑架31设有纵向的导轨32，并在导轨32后端设有一活塞杆向前伸缩的纵向气缸33，导轨32上设有可沿导轨滑动的第三工作台28，所述第三工作台28的后侧与纵向气缸33的活塞杆连接。纵向支撑架在导轨32的前端，即与纵向气缸33相对的另一端设有油压缓冲器29，所述第三工作台28在纵向气缸33与油压缓冲器29之间滑动，如图6所示。
如图7所示，所述机械手的抓料机构包括一竖立的升降机构40和夹爪单元，所述升降机构40设置在一框架承板41上，所述框架承板41固定在纵向伸缩关节的第三工作台28上。所述抓料机构的升降机构40侧面设有竖立的导轨和套在该导轨上的滑块38，升降机构40内设有一竖直气缸39带动滑块38沿导柱上下移动。所述夹爪单元包括一组平行相对的夹持臂36和两个对向运动的夹持气缸35，夹持臂36末端通过一固定平台34与所述滑块38连接，两个夹持气缸35对称地固定在所述固定平台34台面的两侧，夹持气缸35的活塞杆分别与其一的夹持壁连接，控制两个夹持臂36相对运动。两个夹持臂36在其相对的一面对称设有夹持块37，所述夹持块37上设有卡住物料的V型或U型凹槽。运行时，所述夹持气缸35根据物料直径的大小来控制两夹持块37之间的距离。
上述的各气缸装置分别与控制***连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (12)
1.一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，设有控制***和分别与控制***连接的视觉检测***、物料移送***：
所述视觉检测***设置有摄像装置和分析图像的处理器模块，所述处理器模块与控制***连接，所述摄像装置包括对准物料滑行机构末端盛料容器的第一摄像头和监控锻造设备模腔内物料情况的第二摄像头；
所述物料移送***设有物料滑行机构和送料机械手。
2.根据权利要求1所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述送料机械手包括抓料机构和控制抓料机构位移矢量的关节机构。
3.根据权利要求2所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述关节机构由以下单元关节中的一种或多种组合构成：
A）、竖直升降关节；
所述竖直升降关节构设有框架底座和第一工作台，所述框架底座内设有竖直气缸，其活塞杆向上伸缩，竖直气缸活塞杆的顶部与第一工作台固定连接；
B）、横向平移关节；
所述横向平移关节设有横向支撑架，所述横向支撑架铺设有横向的导轨，并在导轨一端设置活塞杆沿横向伸缩的横向气缸，横向导轨上架设有可滑动的第二工作台，所述第二工作台的一侧与横向气缸的活塞杆连接；
C）、纵向伸缩关节；
所述纵向伸缩关节设有纵向支撑架，所述纵向支撑架铺设有纵向的导轨，并在导轨一端设置活塞杆沿纵向伸缩的纵向气缸，纵向导轨上架设有可滑动的第三工作台，所述第三工作台的一侧与纵向气缸的活塞杆连接；
构成所述关节机构的各单元关节自下向上叠置连接，上方的单元关节固定设置在下方单元关节的工作台上。
4.根据权利要求3所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述抓料机构包括一竖立的升降机构和夹爪单元，所述升降机构设置在所述关节机构最上端单元关节的工作台上，所述夹爪单元通过连接构件固定在所述升降机构上。
5.根据权利要求3所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述竖直升降关节的框架底座上设置有若干竖立的导柱，所述导柱上分别套有可上下滑动的滑块，所述第一工作台的底部设有与竖直气缸活塞杆平行的若干支撑柱，所述支撑柱的下部分别固定在对应的导柱滑块上。
6.根据权利要求4所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述抓料机构的升降机构侧面设有竖立的导轨与套在该导轨上的滑块，升降机构内设有一竖直气缸带动所述滑块上下移动，所述夹爪单元的末端固定在所述滑块上。
7.根据权利要求6所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述夹爪单元包括一组平行相对的夹持臂，并设有两个对向运动的夹持气缸控制所述夹持臂的夹持距离，所述夹持臂的末端通过一固定平台与升降机构的滑块连接。
8.根据权利要求7所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，两个夹持臂在其相对的一面对称设有夹持块，所述夹持块上设有卡住物料的凹槽。
9.根据权利要求8所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述夹持块上卡住物料的凹槽为V型或U型凹槽。
10.根据权利要求3所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述横向支撑架或纵向支撑架在其导轨的另一端设有缓冲定位装置，所述第二工作台或第三工作台在驱动气缸与缓冲定位装置之间滑动。
11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述物料滑行机构在其末端设有控制盛料容器翻转的平衡器，所述平衡器与控制***连接。
12.根据权利要求11所述的一种具有视觉检测功能的物料移送机器人，其特征在于，所述物料滑行机构在进料口设有高温棒料粘料分离装置。
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