CN112743517A - 一种基于视觉控制的智能机械手及其工作方法 - Google Patents

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CN112743517A CN202011581110.3A CN202011581110A CN112743517A CN 112743517 A CN112743517 A CN 112743517A CN 202011581110 A CN202011581110 A CN 202011581110A CN 112743517 A CN112743517 A CN 112743517A
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韩笑蕾
张家奇
褚晓兵
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Abstract

本发明公开了一种基于视觉控制的智能机械手，包括工作台、六轴机械手、第一相机和控制器，所述第一相机固定安装于工作台，所述六轴机械手和第一相机均与控制器连接，所述六轴机械手包含转盘、第一机械臂、关节、第二机械臂、第三机械臂和夹具，所述转盘通过短轴、轴承安装于工作台，所述夹具通过转轴连接于第三机械臂端面，所述第三机械臂的上端设有第二相机，正面和侧面分别设有两组并列的色块。本发明还公开了该基于视觉控制的智能机械手的工作方法。本发明提供的基于视觉控制的智能机械手，自动化程度高，控制方便，夹具的工作状态稳定，提高了机械手工作的可靠性和工作效率。

Description

一种基于视觉控制的智能机械手及其工作方法
技术领域
本发明属于智能制造领域，具体涉及一种基于视觉控制的智能机械手及其工作方法。
背景技术
机械手因可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门，特别是近几年，生产量不断增加，随着智能生产的不断深入，机械手自动化生产也是未来制造业的发展趋势。目前的机械手控制采用编程实现控制功能，在工作前需要大量的时间进行人工输入程序，对于小量多样生产工作效率低，而视角感知智能机械手还处于初期发展阶段，其中的机械手与目标物之间的距离、角度同图像反馈信息之间时间长精度小，严重制约了机械手的工作精细化发展。
本发明的目的在于提供一种基于视觉控制的智能机械手及其工作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种基于视觉控制的智能机械手，自动化程度高，控制方便，夹具的工作状态稳定，提高了机械手工作的可靠性和工作效率。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于视觉控制的智能机械手，包括工作台、六轴机械手、第一相机和控制器，所述第一相机固定安装于工作台，所述六轴机械手和第一相机均与控制器连接，所述六轴机械手包含转盘、第一机械臂、关节、第二机械臂、第三机械臂和夹具，所述转盘通过短轴、轴承安装于工作台，所述第二机械臂的末端固定设有U型座，所述第三机械臂通过转轴连接于U型座，所述夹具通过转轴连接于第三机械臂端面，实现六轴机械手的自由度，所述第三机械臂的上端设有第二相机，正面和侧面分别设有两组并列的色块，便于相机识别以确定位置，同时使用两组并列的色块便于判断夹具的水平、垂直位置。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述转盘通过第一电机驱动，所述第一电机固定安装于工作台底面；所述第一机械臂的底端键连接第二电机，所述第二电机固定安装于转盘；所述关节通过轴承连接于第一机械臂顶端，并通过第三电机驱动，所述第三电机固定安装于第一机械臂顶端；所述第三机械臂通过第四电机驱动，所述第四电机固定安装于U型座一侧；所述夹具通过旋转电机驱动，所述旋转电机安装于第三机械臂内部。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述第二机械臂为伸缩臂，通过电缸驱动，所述电缸安装于关节另一侧，便于夹具完成任务后的退出，防止与工件产生干涉，同时可增加机械手工作范围。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述夹具可拆卸安装夹爪等作业工具，所述作业工具上标有色块，便于相机成型，加快控制器的识别、处理速度。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述第一相机设置为三组，分别安装于六轴机械手正对面和工作台的两侧，防止机械手的遮蔽，可根据需要开关。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述控制器设有存储模块和输入模块、图像处理模块、控制模块以及报警模块。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手，所述控制器还设有记忆存储模块，将同一工件所有任务完成时的驱动顺序和运转情况进行记忆，方便同批次工件重复性工作，提高机械手的工作效率。
上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，包括以下步骤：
1）将工件安装到工作台上，打开电源，控制器根据第一相机的成像确定出所有任务点并进行作业排序；
2）根据作业排序按需驱动第一电机、第二电机、第三电机、电缸和第四电机到达任务点，并根据第一相机和第二相机的成像调整夹具的角度和位置；
3）控制器驱动旋转电机使夹具完成作业，之后再次调整角度、位置退出，进入下一任务点，直至作业完成，返回初始位置。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，所述步骤1中还包含人工输入第一电机、第二电机、第三电机和第四电机的旋转角度范围，提高各伺服电机运转达到要求状态的速度。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，所述步骤2和步骤3进行时控制器内记忆存储模块对完成一个工件上任务量的所有驱动动作进行记忆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1. 本发明的基于视觉控制的智能机械手，通过在夹具、第三机械臂上设置色块，便于控制器从图像中快速识别，同时在第三机械臂上的色块设置为并列的两组，便于判断夹具的水平、垂直位置，提高夹具工作稳定性，防止角度造成的组装质量问题。
2. 本发明的基于视觉控制的智能机械手，通过在控制器中设置记忆存储模块，将同一工件所有任务完成时的驱动顺序和运转情况进行记忆，方便同批次工件重复性工作，提高机械手的工作效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明另一视角下的结构示意图；
图3为本发明中第三机械臂和夹具的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
结合图1-图3所示的基于视觉控制的智能机械手，包括工作台1、六轴机械手、第一相机8和控制器，所述第一相机8固定安装于工作台1，所述六轴机械手和第一相机8均与控制器连接，所述六轴机械手包含转盘2、第一机械臂3、关节4、第二机械臂5、第三机械臂6和夹具7，所述转盘2通过短轴、轴承安装于工作台1，所述第二机械臂5的末端固定设有U型座60，所述第三机械臂6通过转轴连接于U型座60，所述夹具7通过转轴连接于第三机械臂6端面，所述第三机械臂6的上端设有第二相机62，正面和侧面分别设有两组并列的色块63。
进一步的，结合图1-图3，所述转盘2通过第一电机21驱动，所述第一电机21固定安装于工作台1底面；所述第一机械臂3的底端键连接第二电机31，所述第二电机31固定安装于转盘2；所述关节4通过轴承连接于第一机械臂3顶端，并通过第三电机41驱动，所述第三电机41固定安装于第一机械臂3顶端；所述第三机械臂6通过第四电机61驱动，所述第四电机61固定安装于U型座60一侧；所述夹具7通过旋转电机驱动，所述旋转电机安装于第三机械臂6内部。
进一步的，如图1所示，所述第二机械臂5为伸缩臂，通过电缸51驱动，所述电缸51安装于关节4另一侧。
进一步的，所述夹具7可拆卸安装夹爪等作业工具，所述作业工具上标有色块。
进一步的，如图1和图2所示，所述第一相机8设置为三组，分别安装于六轴机械手正对面和工作台1的两侧。
进一步的，所述控制器设有存储模块和输入模块、图像处理模块、控制模块以及报警模块。
进一步的，所述控制器还设有记忆存储模块。
上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，包括以下步骤：
1）将工件安装到工作台上，打开电源，控制器根据第一相机8的成像确定出所有任务点并进行作业排序；
2）根据作业排序按需驱动第一电机21、第二电机31、第三电机41、电缸51和第四电机61到达任务点，并根据第一相机8和第二相机62的成像调整夹具7的角度和位置；
3）控制器驱动旋转电机使夹具7完成作业，之后再次调整角度、位置退出，进入下一任务点，直至作业完成，返回初始位置。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，所述步骤1中还包含人工输入第一电机21、第二电机31、第三电机41和第四电机61的旋转角度范围。
进一步的，上述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，所述步骤2和步骤3进行时控制器内记忆存储模块对完成一个工件上任务量的所有驱动动作进行记忆。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本领域技术人员而言，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：包括工作台（1）、六轴机械手、第一相机（8）和控制器，所述第一相机（8）固定安装于工作台（1），所述六轴机械手和第一相机（8）均与控制器连接，所述六轴机械手包含转盘（2）、第一机械臂（3）、关节（4）、第二机械臂（5）、第三机械臂（6）和夹具（7），所述转盘（2）通过短轴、轴承安装于工作台（1），所述第二机械臂（5）的末端固定设有U型座（60），所述第三机械臂（6）通过转轴连接于U型座（60），所述夹具（7）通过转轴连接于第三机械臂（6）端面，所述第三机械臂（6）的上端设有第二相机（62），正面和侧面分别设有两组并列的色块（63）。
2.根据权利要求1所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述转盘（2）通过第一电机（21）驱动，所述第一电机（21）固定安装于工作台（1）底面；所述第一机械臂（3）的底端键连接第二电机（31），所述第二电机（31）固定安装于转盘（2）；所述关节（4）通过轴承连接于第一机械臂（3）顶端，并通过第三电机（41）驱动，所述第三电机（41）固定安装于第一机械臂（3）顶端；所述第三机械臂（6）通过第四电机（61）驱动，所述第四电机（61）固定安装于U型座（60）一侧；所述夹具（7）通过旋转电机驱动，所述旋转电机安装于第三机械臂（6）内部。
3.根据权利要求1或2所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述第二机械臂（5）为伸缩臂，通过电缸（51）驱动，所述电缸（51）安装于关节（4）另一侧。
4.根据权利要求1或2所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述夹具（7）可拆卸安装夹爪等作业工具，所述作业工具上标有色块。
5.根据权利要求1所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述第一相机（8）设置为三组，分别安装于六轴机械手正对面和工作台（1）的两侧。
6.根据权利要求1所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述控制器设有存储模块和输入模块、图像处理模块、控制模块以及报警模块。
7.根据权利要求6所述的基于视觉控制的智能机械手，其特征在于：所述控制器还设有记忆存储模块。
8.根据权利要求1-7任一项所述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将工件安装到工作台上，打开电源，控制器根据第一相机（8）的成像确定出所有任务点并进行作业排序；
2）根据作业排序按需驱动第一电机（21）、第二电机（31）、第三电机（41）、电缸（51）和第四电机（61）到达任务点，并根据第一相机（8）和第二相机（62）的成像调整夹具（7）的角度和位置；
3）控制器驱动旋转电机使夹具（7）完成作业，之后再次调整角度、位置退出，进入下一任务点，直至作业完成，返回初始位置。
9.根据权利要求8所述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，其特征在于：所述步骤1中还包含人工输入第一电机（21）、第二电机（31）、第三电机（41）和第四电机（61）的旋转角度范围。
10.根据权利要求8所述的基于视觉控制的智能机械手的工作方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3进行时控制器内记忆存储模块对完成一个工件上任务量的所有驱动动作进行记忆。
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