CN103506325A - 钢珠分拣机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钢珠分拣机器人，包括漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构，所述漏斗通过轨道与进给机构相连接，所述进给机构通过轨道与分拣机构相连接，所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上，所述控制机构分别与检测机构和分拣机构相连接。与现有技术相比，本发明具有结构简洁、成本低廉、占用空间小、反应速度快、控制精度高的特点，且具有很强的可调性。
Description
技术领域
本发明涉及机电一体化技术领域的机器人，具体是一种利用机电***对三种不同大小的钢珠进行分拣的钢珠分拣机器人。
背景技术
分拣机器人在实际生产中有着广泛的用途，例如工业上对钢珠的分拣、农业上对苹果、土豆的分拣。传统的分拣通过人工来实现，效率低、成本高，在人力物力方面造成了很大的浪费。随着机电一体化技术的高速发展，尤其是传感技术和控制技术的普及，己经实现了分拣***的自动化、智能化和高效化。英国人曾研究了遥控机械***，通过人在电视屏幕上看土豆，只需用指示棒碰一下烂土豆图像，专门的装置便可以把烂土豆挑拣出来，但这种机器离开人就不能工作。后来发现好土豆和烂土豆对红外线反射是不同的，于是发明用光学方法挑拣土豆，机器人具备了传感器、物镜和电子一光学***。一个小时它就可以挑拣3吨土豆，可以代替6名挑拣工人的劳动，工作质量大大超过人工作业。分拣***中的控制单元可以采用单片机，也可以采用PLC，单片机控制的优点是经济实惠，成本相对较低;缺点是用单片机制作的主控板受制版工艺、布局结构、器件质量等因素的影响导致抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，对环境依赖性强，开发周期长。PLC控制的优点是抗干扰能力强，故障率低，易于设备的扩展，便于维护，开发周期短;缺点是成本相对单片机要高。
经过对现有技术的文献检索发现，南京林业大学的焦恩璋发明了一种基于机器视觉的工业机器人运动控制装置(专利类型:实用新型，专利号:CN200920044303.8，申请日期:2009年6月1日)，以MOTOMAN-UP6机器人为基础，构建了一个基于机器视觉的机器人分拣实验***.该分拣实验***由机器人、PC机、相机、图像采集卡、传送带和自开发的分拣控制软件组成.***的工作原理和工作过程为:当目标对象源源不断地进入分拣作业区时，通过相机连续自动地获取作业对象图像，然后由软件对采集到的图像进行运算分析、变换目标对象坐标、识别目标对象分类信息、维护分拣目标的运动踪迹，最终控制机器人实现分拣动作。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种钢珠分拣机器人。
本发明是通过如下技术方案实现。
一种钢珠分拣机器人，包括漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构，所述漏斗通过轨道与进给机构相连接，所述进给机构通过轨道与分拣机构相连接，所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上，所述控制机构分别与检测机构和分拣机构相连接;其中:
所述进给机构包括减速电机、连杆机构、直线轴承、直线导轨和楔形活塞，所述楔形活塞通过连杆机构与减速电机相连接，并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动，所述直线轴承和直线导轨分别为两个，两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两侧，通过直线导轨的限位作用，控制楔形活塞竖直方向运动的垂直度;
所述检测机构包括若干组激光传感装置，其中，每一组激光传感装置均包括发射部分和接收部分，所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列，每一组激光传感装置通过检测遮挡的激光对数目，发出传感信息;
所述分拣机构包括步进电机、联轴器、平面推动轴承、联动轨道以及多个分拣门，所述联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接，并通过步进电机的驱动随平面拖动轴承左右旋转;所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触;
所述控制机构包括开发板，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置相连接，用于接收不同的传感信息，从而产生不同的控制信息;所述开发板的输出端与步进电机相连接，通过输出不同的控制指令控制步进电机运动，从而驱动联动轨道旋转。
优选地，所述检测机构还包括一组对称设置的固定薄板，每一块固定薄板上均设有若干竖直方向的U型槽，两块固定薄板上的竖直方向的U型槽一一对称，任一组激光传感装置的发射部分和接收部分设置于一组对称设置的竖直方向的U型槽内，并沿所述竖直方向的U型槽上下移动。
优选地，所述每一个分拣门的输出端均设有一个收集盒。
优选地，所述控制机构还包括集成在开发板上的如下部件:
-电源开关，与外部电源电路连接;
-减速电机启动按钮，与减速电机电路连接;
-减速电机调速旋钮，与减速电机电路连接。
优选地，所述控制机构还包括面板盒，所述开发板以及集成在开发板上的电源开关、减速电机启动按钮、减速电机调速旋钮均设置于面板盒内，所述面板盒的上表面设有与电源开关、减速电机启动按钮和减速电机调速旋钮相适配的孔。
优选地，所述面板盒采用亚克力材质。
优选地，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置之间电路连接或信号连接;所述开发板的输出端与步进电机之间电路连接或信号连接。
优选地，所述分拣门包括大球分拣门、中球分拣门和小球分拣门，相应地，
-所述检测机构包括两组激光传感装置，其输出的传感信息包括:两组遮挡数目、一组遮挡数目和零遮挡数目;
-所述控制机构输出的控制信息包括:大球控制信息、中球控制信息和小球控制信息;
-所述联动轨道包括:向左旋转30度模式、向右旋转30度模式和零旋转模式。
优选地，所述钢珠分拣机器人还包括如下部件:
-固定机构;
所述漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。
优选地，所述固定机构包括多根相互连接的型材以及夹板，多根型材之间以及型材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连接。
与现有技术相比，本发明具有结构简洁、成本低廉、占用空间小、反应速度快、控制精度高的特点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为钢珠分拣机器人整体结构示意图;
图2为进给机构结构示意图;
图3为检测机构结构示意图;
图4为分拣机构结构示意图;
图中:1为漏斗，2为夹板，3为楔形活塞，4为直线轴承，5为轨道，6为减速电机，7为型材，8为激光传感装置，9为步进电机，10为平面推力轴承，11为联动轨道，12为分捡门，13为收集盒，14为面板盒。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图4。
本实施例提供了一种钢珠分拣机器人，包括漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构，所述漏斗通过轨道与进给机构相连接，所述进给机构通过轨道与分拣机构相连接，所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上，所述控制机构分别与检测机构和分拣机构相连接;其中:
所述进给机构包括减速电机、连杆机构、直线轴承、直线导轨和楔形活塞，所述楔形活塞通过连杆机构与减速电机相连接，并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动，所述直线轴承和直线导轨分别为两个，两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两侧，通过直线导轨的限位作用，控制楔形活塞竖直方向运动的垂直度;
所述检测机构包括若干组激光传感装置，其中，每一组激光传感装置均包括发射部分和接收部分，所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列，每一组激光传感装置通过检测遮挡的激光对数目，发出传感信息;
所述分拣机构包括步进电机、联轴器、平面推动轴承、联动轨道以及多个分拣门，所述联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接，并通过步进电机的驱动随平面拖动轴承左右旋转;所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触;
所述控制机构包括开发板，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置相连接，用于接收不同的传感信息，从而产生不同的控制信息;所述开发板的输出端与步进电机相连接，通过输出不同的控制指令控制步进电机运动，从而驱动联动轨道旋转。
进一步地，所述检测机构还包括一组对称设置的固定薄板，每一块固定薄板上均设有若干竖直方向的U型槽，两块固定薄板上的竖直方向的U型槽一一对称，任一组激光传感装置的发射部分和接收部分设置于一组对称设置的竖直方向的U型槽内，并沿所述竖直方向的U型槽上下移动。
进一步地，所述每一个分拣门的输出端均设有一个收集盒。
进一步地，所述控制机构还包括集成在开发板上的如下部件:
-电源开关，与外部电源电路连接;
-减速电机启动按钮，与减速电机电路连接;
-减速电机调速旋钮，与减速电机电路连接。
进一步地，所述控制机构还包括面板盒，所述开发板以及集成在开发板上的电源开关、减速电机启动按钮、减速电机调速旋钮均设置于面板盒内，所述面板盒的上表面设有与电源开关、减速电机启动按钮和减速电机调速旋钮相适配的孔。
进一步地，所述面板盒采用亚克力材质。
进一步地，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置之间电路连接或信号连接;所述开发板的输出端与步进电机之间电路连接或信号连接。
进一步地，所述分拣门包括大球分拣门、中球分拣门和小球分拣门，相应地，
-所述检测机构包括两组激光传感装置，其输出的传感信息包括:两组遮挡数目、一组遮挡数目和零遮挡数目;
-所述控制机构输出的控制信息包括:大球控制信息、中球控制信息和小球控制信息;
-所述联动轨道包括:向左旋转30度模式、向右旋转30度模式和零旋转模式。
进一步地，所述钢珠分拣机器人还包括如下部件:
-固定机构;
所述漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。
进一步地，所述固定机构包括多根相互连接的型材以及夹板，多根型材之间以及型材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连接。
在本实施例中，
型材与型材、型材与夹板之间通过专门的三角形连接件进行紧固，整个***的底座使用30mm×30mm的型材搭建而成，具有足够的刚度。
漏斗、轨道、夹板、分拣门、收集盒均可以采用亚克力板加工而成，通过专用的胶水粘结在一起。
减速电机通过连杆机构驱动一个楔形活塞在竖直方向进行上下运动，主要目的是通过活塞的往复运动来将上一级轨道中紧密排在一起的钢珠间断送入下一级轨道，以便激光检测装置有足够的时间间隔来进行识别。活塞两侧安装了两个直线轴承，直线轴承套在两根直线导轨之上，通过直线导轨的限位作用，保证了活塞竖直万向运动的垂直度。另外，可以通过对减速电机电压的控制来对电机调速，调整活塞推动装置的运动速度，从而实现进入下一级轨道钢珠时间间隔的调节。
激光传感装置分为发射部分和接收部分，通过激光检测阵列检测来判断钢珠大小，不同大小的钢珠在经过激光检测阵列时所遮挡的激光对数目不同。激光传感装置固定在一块固定薄板上，固定薄板上开有竖直方向的U型槽，激光传感装置可沿U型槽上下移动，实现了激光传感装置高度的调节，以便对激光检测阵列进行合理排布。本实施例以监测三种不同尺寸的钢珠为例，使用了两对激光传感装置，小球经过激光检测阵列时不遮挡光束，中球经过激光检测阵列时遮挡一道光束，大球经过激光检测阵列时遮挡两道光束。
步进电机通过联轴器和平面推力轴承带动一段独立的联动轨道进行旋转，联动轨道在步进电机的带动下可由中间零位转动到向左或者向右30度，将不同大小的钢珠送入相应的分拣门，三个分拣门轨道长短不一，依次增长，钢珠滚下时滑动不同的距离，落入相应的收集盒内。
面板盒由亚克力板粘结而成，通过螺钉和铜螺柱将开发板、电路板、电源开关、减速电机调速旋钮、减速电机启动按钮合理封装在面板盒内，面板盒的上板开有不同大小的孔，对应电源开关、减速电机启动按钮、减速电机调速旋钮等。
本实施例的具体操作过程如下:
将直径不同(例如19mm、22mm、25mm)的钢珠混合放入漏斗1内，钢珠会沿着漏斗出口滚入轨道5内，此时钢珠是一个挨着一个，没有间隙的。然后旋开面板盒14上的电源旋钮，减速电机6开始转动，楔形活塞3沿着直线导轨在竖直方向上进行往复运动，将上一级轨道中紧挨着的钢珠一个一个间断性地推送入下一级轨道内，通过旋动减速电机调速旋钮来调节电机转速，从而调整钢珠的间隔时间，以便激光传感装置8进行检测。如果间隔时间太短，激光传感装置8无法检测，如果检测时间太长，会降低整个***的分拣速度，所以要选择一个合适的电机转速。钢珠被推送出来之后，经过一个直角轨道，通过冲击来降低钢珠的滚动速度，避免钢珠滚动速度太快，在经过激光检测阵列时跳动，影响检测精度。激光传感装置8将信号传送给51开发板，开发板执行相应程序，对不同大小的钢珠输出不同的控制指令，控制步进电机9执行相应动作。如果是大球，步进电机9向左旋转30度，带动联动轨道11向左旋转30度，刚好对准分拣门12的左侧轨道，钢珠沿着该轨道滚动，落入最远的收集盒内;如果是中球，步进电机9向右旋转30度，钢珠沿着联动轨道11的右侧轨道落入最近的收集盒内;如果是小球，步进电机9停留在零位，即中间位置，钢珠沿着联动轨道11的中间轨道落入中间的收集盒内。
本实施例提供的钢珠分拣机器人，成本低廉、分拣速度可调、检测精度较高，并且具有很强的可调性:如果改变钢珠的尺寸，只需改变激光传感装置8的高度，重新对激光检测阵列进行排布即可;如果需要检测四种不同大小的钢珠，只需在薄板上增加一个U型槽，增加一对激光传感装置即可;如果需要提高***单位时间的钢珠分拣速度，只需旋动减速电机调速旋钮，增加减速电机转速即可。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种钢珠分拣机器人，其特征在于，包括漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构、连接轨道以及控制机构，所述漏斗通过轨道与进给机构相连接，所述进给机构通过连接轨道与分拣机构相连接，所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上，所述控制机构分别与检测机构和分拣机构相连接;其中:
所述进给机构包括减速电机、连杆机构、直线轴承、直线导轨和楔形活塞，所述楔形活塞通过连杆机构与减速电机相连接，并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动，所述直线轴承和直线导轨分别为两个，两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两侧，通过直线导轨的限位作用，控制楔形活塞竖直方向运动的垂直度;
所述检测机构包括若干组激光传感装置，其中，每一组激光传感装置均包括发射部分和接收部分，所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列，每一组激光传感装置通过检测遮挡的激光对数目，发出传感信息;
所述分拣机构包括步进电机、联轴器、平面推动轴承、联动轨道以及多个分拣门，所述联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接，并通过步进电机的驱动随平面拖动轴承左右旋转;所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触;
所述控制机构包括开发板，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置相连接，用于接收不同的传感信息，从而产生不同的控制信息;所述开发板的输出端与步进电机相连接，通过输出不同的控制指令控制步进电机运动，从而驱动联动轨道旋转。
2.根据权利要求1所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述检测机构还包括一组对称设置的固定薄板，每一块固定薄板上均设有若干竖直方向的U型槽，两块固定薄板上的竖直方向的U型槽一一对称，任一组激光传感装置的发射部分和接收部分设置于一组对称设置的竖直方向的U型槽内，并沿所述竖直方向的U型槽上下移动。
3.根据权利要求1所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，每一个分拣门的输出端均设有一个收集盒。
4.根据权利要求1所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述控制机构还包括集成在开发板上的如下部件:
-电源开关，与外部电源电路连接;
-减速电机启动按钮，与减速电机电路连接;
-减速电机调速旋钮，与减速电机电路连接。
5.根据权利要求4所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述控制机构还包括面板盒，所述开发板以及集成在开发板上的电源开关、减速电机启动按钮、减速电机调速旋钮均设置于面板盒内，所述面板盒的上表面设有与电源开关、减速电机启动按钮和减速电机调速旋钮相适配的孔。
6.根据权利要求1所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述开发板的输入端与若干组激光传感装置之间电路连接或信号连接;所述开发板的输出端与步进电机之间电路连接或信号连接。
7.根据权利要求1所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述分拣门包括大球分拣门、中球分拣门和小球分拣门，相应地，
-所述检测机构包括两组激光传感装置，所述检测机构输出的传感信息包括:两组遮挡数目、一组遮挡数目和零遮挡数目;
-所述控制机构输出的控制信息包括:大球控制信息、中球控制信息和小球控制信息;
-所述联动轨道包括:向左旋转30度模式、向右旋转30度模式和零旋转模式。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，还包括如下部件:
-固定机构;
所述漏斗、进给机构、检测机构、分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。
9.根据权利要求8所述的钢珠分拣机器人，其特征在于，所述固定机构包括多根相互连接的型材以及夹板，多根型材之间以及型材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连接。
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