CN113415764A - 基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机 - Google Patents
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Abstract
本发明主要设计了一种基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，具体将麦克纳姆轮固定在支腿底部作为运行装置，吸盘抓手通过滑动滚轮轴承固定在机架的滑轨上，微型伸缩推杆推动吸盘板向物体靠近，吸盘板上装有三组双层橡胶真空吸盘，其尾部通过气管与真空泵相连，通过真空泵抽气将物体吸附。本发明既能够保证物体安全，同时也能保证堆码起重机的结构稳定性，极大地提高了机械作业效率。
Description
技术领域
本发明属于全自动物料搬运机械领域，具体涉及到一种基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机。
背景技术
自动搬运机器人在自动化车间、自动化工厂中应用十分广泛。在物流集散中心、化工车间、多粉尘车间等危险性危害性劳动性高等场合的日常作业中，但在作业过程中自动搬运机器人一些缺陷逐步显现出来，如自动搬运机器人在作业过程中会出现抓取物品位置不精确，导致重心偏移机器人倾倒，造成产品损坏致使生产成本升高；生产过程中作业人员无意将循迹导轨磁条或二维码等辅助定位装置摩擦脱落或者覆盖等情况，造成搬运机器人无法快速准确的到达目的位置等。因此，需要一种识别方式，能更准确地进行进行物体的识别和路径的规划，需要一种抓取方式，能更稳定地实现物品的抓取和堆码，从而实现全自动化完成箱体抓取-搬运-堆放等工序，并能按照物体类别分类堆码。
发明内容
本发明的目的在于解决现有自动搬运机器人技术中的不足之处，创新性的提出一种基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，既保证起重机作业过程中重心不产生偏移，保护搬运物料安全的同时，也能大大提高起重搬运效率。
为解决过往自动搬运技术中存在的不足与缺陷，本发明提供了一种技术方案为：基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，包括:真空泵、旋转电机、微型伸缩推杆、顶板、连接板、支撑肋、程序控制板、双层橡胶真空吸盘、吸盘板、滑轨、滑动滚轮轴承、支腿、麦克纳姆轮、线、提拉贴板、电机滚筒、软管、套筒、轴承、螺母、非标导轨、驱动电机、控制芯片板,主要分为四个组成部分，分别为：机械结构、控制***、识别方式、抓取方式。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的机械结构包括机架、起升机构、运行机构，所述机架采用空心管作为四支腿，为了保证所抓取的货物重心不发生偏移，防止搬运起重机在竖直平面内张开导致散架，增加了六个加强肋板。所述支腿和加强肋板材质选择硬度高、质量轻、成本低的材料，保证堆码起重机机架的稳定性。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的起升机构包括一对连接板、顶板、滑轨、滑动滚轮轴承、提拉贴件、旋转电机、电机滚筒、线、电源。所述滑动套筒轴承包括套筒、轴承、螺母、非标导轨。所述滑轨竖直固接在机架梁上，所述滑动滚轮轴承套在滑轨上，所述滑动滚轮轴承通过螺栓与连接板相连，在所述与连接板相连的滑动滚轮轴承的另一面通过螺栓固接提拉贴件，所述提拉贴件通过线与电机滚筒相连，所述电机滚筒固定在旋转电机的槽上。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的运行机构包括四取麦克纳姆轮、四个配套驱动电机。所述四驱麦克纳姆轮与驱动电机相连，所述驱动电机安装在四支腿底部，起承载和运输作用。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的控制***包括起升控制、运行控制、抓取控制、堆放控制。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的起升控制通过编写程序控制一组旋转电机旋转带动电机滚筒扭转拉动线提升滑动滚轮轴承，所述滑动滚轮轴承与连接板通过螺栓固接，一组滑动滚轮轴承带动对应两连接板上升，从而达到物体上升的目的。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的运行控制通过运行编写好的程序控制驱动电机，进而控制麦克纳姆轮向目标区域行驶。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的抓取控制，通过运行编写好的程序控制微型伸缩推杆进行伸出，带动所述吸盘板，使吸盘板上的双层橡胶真空吸盘贴近目标物料两侧，将所述双层橡胶真空吸盘尾部与真空泵的进气口用软管相连接，运行已编写好的程序控制真空泵进行抽气，来达到抓取物料的目的。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的堆放控制，通过运行已经编辑好的程序控制扭转电机进行反转放线，绳线与所述提拉贴板相连，带动滑动滚轮轴承下降到设定位置，然后控制真空泵放气使吸盘从物料表面松脱，达到堆放物料的目的。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的识别***包括物体识别和障碍物识别。所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的物体识别由高分辨率摄像头和距离传感器、力传感器、位移传感器等若干传感器构成。所述高分辨率摄像头可识别物料上的特征信息，包括二维码、物料特征及其他辅助识别特征信息等，将识别的信息传回程序，根据已经编号的程序进行筛选、过滤以及优先搬运紧急件等操作，在取完第一次货物后，高分辨率摄像头开始进行下一次目标分类物料的识别与抓取，并将指令传给相关部件。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的障碍物识别，是指高分辨率摄像头还可进行固定障碍物、循迹电磁条、随机障碍物等识别，将障碍物信息传回处理器中，重新规划到达目标区域的最优路径。
进一步的有，所述基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机的抓取方式包括吸盘抓手，所述吸盘抓手包括吸盘板、微型伸缩推杆、双层橡胶真空吸盘、真空泵。所述吸盘板与所述微型伸缩推杆固接到所述连接板上，所述双层橡胶真空吸盘固接在有孔所述吸盘板上，所述真空泵安装在所述顶板上，通过已经编写好的程序来控制真空泵进行吸气进而抽空所述双层橡胶真空吸盘中的空气达到抓取物体的目的。
附图说明：
图1为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机总体示意图
图2为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机正视图
图3为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机侧视图
图4为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机俯视图
图5为本发明滑动滚轮轴承正视图
图6为本发明滑动滚轮轴承剖视图
图7为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机中提拉贴板正视图
图8为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机中提拉贴板侧视图
图9为本发明基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机中心相关控制***连接图
图中，真空泵1、双层橡胶真空吸盘2、旋转电机3、微型伸缩推杆4、顶板5、加强肋6、程序控制板7、吸盘板8、滑轨9、滑动滚轮轴承10、支腿11、麦克纳姆轮12、提拉贴板13、电机滚筒14、套筒15、轴承16、螺母17、非标导轨18、连接板19、驱动电机20、控制芯片板21。
本发明的有益收益：该基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机结构设计简单，生产成本低，结构稳定性强，用吸盘抓取物体替代传统抓手抓取物体，用滑动滚轮轴承代替以往的起升臂架，减少能耗同时提高安全性能。可以根据应用的不同场合灵活地将搬运机改为单组多位吸盘或者多组多位吸盘。基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机也可以多辆并行运行，通过在各个搬运机上安装信号发射与接收装置、定位装置、传感器装置等，通过互联网5G等通讯技术完成两个或多个搬运起重机之间如位姿信息、货物基本信息、货物紧急程度等多项信息交互，多辆搬运起重机根据货物的紧急程度、距离搬运机之间的距离、固定障碍信息、货物优先级等根据搬运机自身所具有的自主程序实时进行路径规划、紧急物料优先、避障等需求调节。在很大程度上节约了投资成本、空间成本、人力成本、运行成本、维护成本，进一步实现工厂无人化、机器自动化、生产连续化。
具体实施方式：
如图1～图9所示，基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机包括四根空心管支腿11与两根横架支腿11作为全自动吸盘式堆码起重机的机架，同时加上6根加强肋管6防止机架支腿劈开，各个空心管之间通过三通接口连接起来，在四个支腿11底部分别安装驱动电机20，麦克纳姆轮12与驱动电机20相接，完成全自动吸盘式堆码起重机机架和运行机构组建；在机架上安装四个旋转电机滚筒14，旋转电机3旋转轴上安装有电机滚筒14，电机滚筒14上设有高弹性线，线另一端与提拉贴板13相连，提拉贴板13固定在滑动滚轮轴承10上；滑动滚轮轴承10由套筒15、轴承16、螺母17、非标导轨18组成，套筒15上安装有两个轴承16通过螺栓螺母17固定在非标导轨18上，将滑动滚轮轴承10安装在机架上的滑轨9上；滑动滚轮轴承10另一侧固接在连接板19上，中部起升装置由两块连接板19通过一个顶板5连接构成一组形如“倒U”形状结构，在顶板5上设有真空泵1，真空泵1吸气端气管通过五个T型三通塑料管快速接头与六个双层橡胶真空吸盘2依次连接，在滑动滚轮轴承10安装所在的连接板19的背面设有两个微型伸缩推杆4固接在连接板上，在两微型伸缩推杆4顶部安装吸盘板8，吸盘板8上设有三个双层橡胶真空吸盘2，在另一侧的连接板19上同样设有两个微型伸缩推杆4固接在连接板19上，在两推杆顶4部安装吸盘板8，吸盘板8上设有三个双层橡胶真空吸盘2，另一组“倒U”起升机构与上述一样，此即吸盘抓取方式；通过安装在机架上的高分辨率摄像头识别到所要抓取目标的特征信息或者二维码时，将目标物料所处的位置信息反馈到安装在顶板上的控制芯片板21上，控制芯片板21发出指令控制与麦克纳姆轮12配套的电机工作让目标区域靠近，在全自动吸盘式堆码起重机到目标物料上方，此时高分辨率摄像头识别物料已经处于抓取装置范围内，控制芯片21发出指令给旋转电机3，通过旋转电机正转使电机滚筒14上的线进行放线实现起升装置下降，下降到地面后，运行以编写好的程序控制两侧微型伸缩推杆拉伸4，带动吸盘板1向里靠近物料，三组双层橡胶真空吸盘2贴近物料表面，运行以编写好的程序控制真空泵1开始抽气2-4s，然后旋转电机3反转，电机滚筒14上的线开始回转上升，通过提拉贴板13带动滑动滚轮轴承10沿滑轨上升，物料第一次取货完成；同时高分辨率摄像头开始进行下一次识别与目标物料相同的物料，将信息反馈到控制芯片板21中，发出指令向下一个目标物料移动，当移动到目标物料上方时，控制旋转电机3正转，电机滚筒14放线，提拉贴板13带动滑动滚轮轴承10沿滑轨9向下滑动，将物料放置堆放目标物料上方，控制真空泵1放气，控制微型伸缩推杆4缩回，使吸盘板8后退，在控制旋转电机3继续放线，使起升装置继续向下滑动，到达底层后控制微型伸缩推杆4电机拉伸使双层橡胶真空吸盘2贴靠在目标物料表面，此时第一层和第二层均有物体，控制真空泵1开始抽气2-4s后，控制旋转电机3反转收线带动滑动滚轮轴承10沿滑轨9上移起升，同时高分辨率摄像头开始识别与抓取目标相同的物料，将信息反馈到控制芯片21中，控制麦克纳姆轮12向下一目标点运动；当到达第三次物体上方时，电机控制旋转电机3正转，电机滚筒14放线，提拉贴板带动滑动滚轮轴承沿滑轨向下滑动，将物体放置堆放目标物体上方，控制真空泵放气，控制微型伸缩推杆4缩回，使吸盘板8后退，在控制旋转电机3继续放线，使起升装置继续向下滑动，到达底层后控制微型伸缩推杆4电机拉伸使双层橡胶真空吸盘2贴靠在目标物料表面，此时第一层、第二层和第三层均有物体，控制真空泵1开始抽气2-4s后，控制旋转电机3反转收线带动滑动滚轮轴承10沿滑轨9上移起升，离地2-5cm左右后，控制麦克纳姆轮12向目标堆放区域行驶，同时高分辨率摄像头开始识别在运输过程中出现的随机障碍以及固定障碍反馈到控制芯片板21中进行最优化路径规划以及避障。在到达目标堆放点后，电机控制旋转电机3正转，电机滚筒14放线，提拉贴板13带动滑动滚轮轴承10沿滑轨9向下滑动，将起升装置落到地面上，控制真空泵1放气，控制微型伸缩推杆4缩回，使吸盘板8后退，双层真空吸盘2脱离物料，堆码搬运机退出回到搬料区进入下一次作业。
本发明可多个搬运机并行运动，如应用于物流集散中心，向各个省份区域仓库运输物流快件；在化工厂车间内运输化学原料，减少人员伤亡及减少出错概率；应用于多粉尘车间运输物料，保证人员健康等危险性危害性劳动强度高的场合应用。
最后应当说明的是：以上所述仅仅是本技术方案的优选实施案例，所述模型是简述抽象模型并不能限制本发明，对于本领域的技术人员来说，尽管对前述具体实施案例对本技术方案进行了详细说明，但仍然可以对前述的技术方案进行部分同等功能或特征的替换，以及对技术方案的修改，凡在本技术方案所述的原则和精神上，所作的任何修改、同等功能替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：包括真空泵、双层橡胶真空吸盘、旋转电机、微型伸缩推杆、顶板、加强肋、程序控制板、吸盘板、滑轨、滑动滚轮轴承、支腿、麦克纳姆轮、提拉贴板、电机滚筒、套筒、轴承、螺母、非标导轨、连接板、驱动电机、控制芯片板，主要分为四个组成部分，分别为：机械结构、控制***、识别方式、抓取方式。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：机械结构包括机架、起升机构、运行机构，所述机架有支腿，所述起升机构，将所述滑轨竖直固接在机架上，所述滑动滚轮轴承套在所述滑轨上，所述滑动滚轮轴承通过螺栓与所述连接板相连，在所述滑动滚轮轴承通过螺栓固接所述提拉贴件，所述提拉贴件通过线与电机滚筒相连，所述电机滚筒固定在旋转电机的槽上，所述运行机构，包括四驱麦克纳姆轮。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：所述起升机构固定在所述机架滑轨上做垂直起升。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：抓取方式包括吸盘抓手，所述吸盘板与所述微型伸缩推杆固接到所述连接板上，所述双层橡胶真空吸盘固接在所述吸盘板上，所述真空泵安装在所述顶板上。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于： 控制***包括起升控制、运行控制、抓取控制、堆放控制。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：所述控制芯片板固定在所述顶板上，所述控制芯片为独立控制。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：识别方式通过高分辨率摄像头可识别物料上的特征信息和障碍物识别。
8.根据权利要求6所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：在所述机架上安装高分辨率摄像头。
9.根据权利要求2所述的基于机器视觉的全自动吸盘式堆码起重机，其特征在于：所述机架由空心管组成矩形结构，所述机架上含有加强肋板。
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