CN113635308A - 一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置，包括在工业机器人末端安装末端拆解器，所述末端拆解器包括工业深度相机；移动所述末端拆解器，通过所述工业深度相机获取退役汽车零部件视觉图片；通过图像处理算法判断退役汽车中多个零部件的装配约束关系以及多个零部件的位置姿态数据；规划多个零部件的拆解顺序，控制所述工业机器人根据多个零部件之间的装配约束类型调取专用拆解工具；根据多个零部件的装配关系及多个零部件的位置姿态数据，控制所述工业机器人移动到合适位置，执行直接或间接拆解动作，依次解除零部件的装配约束关系，控制多自由度机械臂对零部件进行拆卸，可实现退役汽车的自动化智能拆解。

Description

一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置

技术领域

本发明涉及汽车拆解技术领域，具体涉及一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置。

背景技术

随着我国汽车行业的发展，汽车保有量连续增长，退役和报废汽车的数量也迅速增加。汽车作为一种典型的机电产品，报废后具有巨大的循环利用价值。将退役汽车零部件拆解后进行表面修复和性能提升再继续装车使用，是打通“资源-产品-报废-再制造产品”循环型产业链条，构筑工业绿色发展模式的重要一环。

汽车零部件常有的连接类型有焊接、铆接、卡扣连接和螺纹连接等。在退役汽车零部件拆解的过程中，各螺栓的尺寸大小不统一，零部件螺纹连接接缝处可能存在锈蚀，卡扣连接件已经产生变形等状况。目前我国退役汽车零部件主要靠人工拆解来实现，人工拆解效率低下、拆解效果不稳定、人工费用成本高，并且在拆解过程产生的残渣、粉尘以及噪音可能还会对操作人员造成危害，既不环保也不安全。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置，通过手眼一体视觉引导的方式识别螺栓和卡扣等目标零件的位置，控制多自由度机械臂与末端拆解器对目标零部件进行直接或间接拆卸，可实现退役汽车的自动化智能拆解，显著的改善人工作业环境及拆解效率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，包括：

步骤1、在工业机器人末端安装末端拆解器，所述工业机器人包括多自由度机械臂，所述末端拆解器包括工业深度相机；

步骤2、通过多自由度机械臂携带所述末端拆解器，通过所述工业深度相机获取退役汽车零部件视觉图片；

步骤3、通过图像处理算法判断退役汽车中多个零部件的装配约束关系以及多个零部件的位置姿态数据；

步骤4、规划多个零部件的拆解顺序，控制所述工业机器人根据多个零部件之间的装配约束类型调取专用拆解工具；

步骤5、根据多个零部件的装配关系及多个零部件的位置姿态数据，控制所述工业机器人移动到合适位置，执行直接或间接拆解动作，依次解除零部件的装配约束关系。

进一步地，在所述步骤1中，所述末端拆解器包括基座、伸缩件、手爪和快换工具，所述基座设在所述多自由度机械臂末端，所述多自由度机械臂能带动所述基座上下运动、前后运动和左右运动，所述基座通过设在所述机械臂上的转动电机驱动转动，所述伸缩件设在所述基座底部，所述伸缩件底部设有工业深度相机，三个所述手爪设在所述伸缩件侧面且相对于所述工业深度相机呈中心对称，所述快换工具为正六棱柱结构，所述快换工具底部设有凹槽，每一所述快换工具匹配一种尺寸的螺栓，多个所述快换工具按规律放置在台架上；

所述步骤3包括：步骤31、工业深度相机进行拍照，在目标区域获取图像，通过网口通信传入计算机，根据获取的图像，旋转工业深度相机镜头，使其中之一的手爪正好处于图像正中位置；

步骤32、对步骤31中获取的图像进行处理，根据轮廓识别算法识别，判断零部件间装配约束关系，确定目标零件的类型，若只出现一个正六边形轮廓，则说明是外六角螺栓连接，跳转至步骤33，若出现外轮廓为圆形，内轮廓为正六边形，则说明是内六角螺栓连接，跳转至步骤13，若只出现一个圆形轮廓，则说明是卡扣连接，跳转步骤18，同时工业深度相机得到与目标零部件之间的高度H；

步骤33、根据轮廓识别算法识别外六角螺栓的六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两个端点的中点坐标B，根据螺栓中心位置坐标A和中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取一边的垂直距离S；

步骤34、根据步骤33的得到垂直距离S，判断垂直距离S是否在手爪张开或合拢的行程范围内，是则转至步骤35，否则转至步骤312；

步骤35、根据步骤33得到的螺栓中心位置坐标A，计算从工业深度相机中点位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离M，规划多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从初始位置水平移动到达螺栓中心；

步骤36、根据步骤3得到的两端点中点坐标B，计算其中一个手爪从当前位置旋转到提取边两端点中点位置B机械臂所需要旋转的角度，控制转动电机旋转，进而带动末端拆解器转动，使该手爪与螺栓中心位置坐标A和两端点中点坐标B的连线相重合；

步骤37、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的横向距离M和纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤38、控制三个手爪闭合，各个手爪分别与外六角螺栓各不相邻的三边相接触，根据通过转动电机控制基座逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，重复多次，如转动电机控制基座无法旋转时，则转至步骤9，如转动电机控制基座正常旋转时，则转至步骤310；

步骤39、操作人员查看整个装置的工作状态；

步骤310、伸缩件控制三个手爪完全打开，转动电机控制基座顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤38，如转动电机扭矩为0，则转至步骤311；

步骤311、多自由度机械臂控制末端拆解器先做垂直运动，然后做水平运动移动到初始位置，伸缩件控制的三个手爪完全打开，使外六角螺栓落入货箱中；

步骤312、根据步骤33的得到的螺栓中心位置坐标A置到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的快换工具，伸缩件控制三个手爪合拢抓取所需要的快换工具；

步骤313、***识别目标零件为内六角螺栓，根据识别算法识别内六角螺栓的内六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两端点中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取边的垂直距离S；

步骤314、根据步骤13的得到的螺栓中心位置A到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的内六角快换拆卸工具，控制机械臂移动到台架上方，拆解器抓取目标快换工具，然后计算从当前位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离N，规划多自由度机械臂在二维平面从当前位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从当前位置水平移动到达螺栓中心位置；

步骤315、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤316、通过转动电机控制基座逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，如转动电机控制基座无法旋转时，则转至步骤10，如转动电机控制基座正常旋转时，则转至步骤17；

步骤317、控制机械臂沿纵向向上运动一定距离，转动电机控制基座顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤16，如转动电机扭矩为0，则控制多自由度机械臂先做垂直运动，然后做水平运动移动到快换工具台架，伸缩件控制三爪完全打开，将快换拆卸工具放到台架上；

步骤318、***识别目标零件为圆形卡扣类零部件，根据识别算法识别卡扣的外圆，计算卡扣中心位置坐标A和卡扣中心位置A到卡扣外圆的垂直距离S；

步骤319、根据步骤18得到的坐标A，计算从工业深度相机中点位置到坐标A的相对距离M，规划机械臂在二维平面从初始位置水平移动到坐标A的运动路线，控制多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到达卡扣中心位置；

步骤320、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置沿纵向竖直移动到卡扣位置的距离L，控制多自由度机械臂携带拆解器沿纵向竖直运动到达卡扣位置；

步骤321、根据设定的夹紧力控制三个手爪闭合，各个手爪与卡扣的边缘相接触，控制机械臂沿纵向竖直方向做垂直运动拔出卡扣，如能顺利拔出则转至步骤322，不能则转至步骤310；

步骤322、控制多自由度机械臂做水平运动移动到初始位置，控制三个手爪完全打开，完成拆卸；

步骤323、如所有零部件已经完全拆卸，工作结束。

进一步地，在步骤310和步骤316中，转动电机上设有扭矩传感器，通过扭矩传感器判断是否完全拆解。

进一步地，所述伸缩件通过气压控制伸缩进而控制手爪张开和合拢，在实现手爪张开和合拢的运动时，根据工作压力值来判断目标零件的夹持状态，在夹持目标零件时，使目标零件不掉落的条件为：

在有一定安全系数的条件下：

其中：n-夹爪数；F-所需夹持力；μ-摩擦系数；m-目标零件的质量；g-重力加速度；a-安全系数。

一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，包括多自由度机械臂和末端拆解器，所述末端拆解器包括基座、伸缩件、手爪和快换工具，所述基座设在所述多自由度机械臂末端，所述多自由度机械臂能带动所述基座上下运动、前后运动和左右运动，所述基座通过设在所述机械臂上的转动电机驱动转动，所述伸缩件设在所述基座底部，所述伸缩件底部设有工业深度相机，三个所述手爪设在所述伸缩件侧面且相对于所述工业深度相机呈中心对称，所述伸缩件能够驱动三个所述手爪同时张开或合拢，所述快换工具为正六棱柱结构，所述快换工具底部设有凹槽，每一所述快换工具匹配一种尺寸的螺栓，多个所述快换工具组按排列规律放置在台架上，所述快换工具能够被三个所述手爪抓取。

进一步地，所述基座为法兰盘，所述伸缩件为三爪气缸，所述手爪通过连接块安装在所述三爪气缸上。

进一步地，所述手爪为倒L形结构，所述手爪底部内侧设有防滑纹。

进一步地，所述工业深度相机的为RGB-D相机，所述工业深度相机的相关线材从所述末端拆解器侧面的开口处穿出。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明所述的一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置，通过多自由度机械臂携带末端拆解器以及工业深度相机在二维平面水平移动到目标区域，通过工业深度相机拍照，得到相机与目标零部件垂直方向的相对距离，采用目标位置与轮廓识别方法识别目标零部件中心位置与各边端点位置，计算相机中心与目标零部件中心位置水平方向的相对距离，控制多自由度机械臂与手爪配合运动完成直接或间接拆卸工作。

2.本发明所述的一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置，装置为手眼一体，与其他视觉引导***不同，本***在进行手眼标定后不需要对相机坐标系、地面坐标系、工件坐标系进行复杂的坐标转换，运行效率与容错率高。

3.本发明所述的一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法及拆解装置，可自适应拆卸、定位识别准确、结构简单可靠、使用成本低、拆卸效率高，可拆卸多种目标零件。

附图说明

图1为本发明一种手眼一体化退役汽车零部件拆解方法的原理图。

图2为本发明一种手眼一体化退役汽车零部件拆解过程的流程图。

图3为本发明末端拆解器的结构示意图。

图4为本发明快换工具规律放置在台架上的示意图。

图5为本发明一种快换工具的结构示意图。

图6为本发明另一种快换工具的结构示意图。

图7为本发明末端拆解器直接拆解螺栓的结构示意图。

图8为本发明末端拆解器间接拆解螺栓的结构示意图。

图9为本发明末端拆解器直接拆解卡扣的结构示意图。

图中：1、基座；2、伸缩件；3、气管接口；4、连接块；5、电磁阀；6、工业深度相机；7、手爪；8、防滑纹；9、台架；10、快换工具；11、卡扣。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，参照图1-图9所示，包括：

步骤1、在工业机器人末端安装末端拆解器，工业机器人包括多自由度机械臂，末端拆解器包括工业深度相机6；

步骤2、通过多自由度机械臂携带末端拆解器，通过工业深度相机6获取退役汽车零部件视觉图片；

步骤3、通过图像处理算法判断退役汽车中多个零部件的装配约束关系以及多个零部件的位置姿态数据；

步骤4、规划多个零部件的拆解顺序，控制工业机器人根据多个零部件之间的装配约束类型调取专用拆解工具；

步骤5、根据多个零部件的装配关系及多个零部件的位置姿态数据，控制工业机器人移动到合适位置，执行直接或间接拆解动作，依次解除零部件的装配约束关系。

在步骤1中，末端拆解器包括基座1、伸缩件2、手爪7和快换工具10，基座1设在多自由度机械臂末端，多自由度机械臂能带动基座1上下运动、前后运动和左右运动，基座1通过设在机械臂上的转动电机驱动转动，伸缩件2设在基座1底部，伸缩件2底部设有工业深度相机6，三个手爪7设在伸缩件2侧面且相对于工业深度相机6呈中心对称，三个手爪7能够用于抓取和放开目标零件，快换工具10为正六棱柱结构，快换工具10底部设有凹槽，每一快换工具10匹配一种尺寸的螺栓，多个快换工具10按排列规律放置在台架9上，多个快换工具10均贴有英文字母，不同字母对应不同规格的快换工具10，伸缩件2能够驱动三个手爪7同时张开或合拢，三个手爪7能够用于抓取和放开快换工具10。

步骤3包括：步骤31、工业深度相机6进行拍照，在目标区域获取图像，通过网口通信传入计算机，根据获取的图像，旋转工业深度相机6镜头，使其中之一的手爪7正好处于图像正中位置；

步骤32、对步骤31中获取的图像进行处理，根据轮廓识别算法识别，判断零部件间装配约束关系，确定目标零件的类型，若只出现一个正六边形轮廓，则说明是外六角螺栓连接，跳转至步骤33，若出现外轮廓为圆形，内轮廓为正六边形，则说明是内六角螺栓连接，跳转至步骤13，若只出现一个圆形轮廓，则说明是卡扣11连接，跳转步骤18，同时工业深度相机6得到与目标零部件之间的高度H；

步骤33、根据轮廓识别算法识别外六角螺栓的六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两个端点的中点坐标B，根据螺栓中心位置坐标A和中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取一边的垂直距离S；

步骤34、根据步骤33的得到垂直距离S，判断垂直距离S是否在手爪7张开或合拢的行程范围内，是则转至步骤35，否则转至步骤312；

步骤35、根据步骤33得到的螺栓中心位置坐标A，计算从工业深度相机6中点位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离M，规划多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从初始位置水平移动到达螺栓中心；

步骤36、根据步骤3得到的两端点中点坐标B，计算其中一个手爪7从当前位置旋转到提取边两端点中点位置B机械臂所需要旋转的角度，控制转动电机旋转，进而带动末端拆解器转动，使该手爪7与螺栓中心位置坐标A和两端点中点坐标B的连线相重合；

步骤37、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的横向距离M和纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤38、控制三个手爪7闭合，各个手爪7分别与外六角螺栓各不相邻的三边相接触，根据通过转动电机控制基座1逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，重复多次，如转动电机控制基座1无法旋转时，则转至步骤9，如转动电机控制基座1正常旋转时，则转至步骤310；

步骤39、操作人员查看整个装置的工作状态；

步骤310、伸缩件2控制三个手爪7完全打开，转动电机控制基座1顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤38，如转动电机扭矩为0，则转至步骤311；

步骤311、多自由度机械臂控制末端拆解器先做垂直运动，然后做水平运动移动到初始位置，伸缩件2控制的三个手爪7完全打开，使外六角螺栓落入货箱中；

步骤312、根据步骤33的得到的螺栓中心位置坐标A置到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的快换工具10，伸缩件2控制三个手爪7合拢抓取所需要的快换工具10；

步骤313、***识别连接件为内六角螺栓，根据识别算法识别内六角螺栓的内六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两端点中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取边的垂直距离S；

步骤314、根据步骤13的得到的螺栓中心位置A到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的内六角快换拆卸工具，控制机械臂移动到台架9上方，拆解器抓取目标快换工具10，然后计算从当前位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离N，规划多自由度机械臂在二维平面从当前位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从当前位置水平移动到达螺栓中心位置；

步骤315、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤316、通过转动电机控制基座1逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，如转动电机控制基座1无法旋转时，则转至步骤10，如转动电机控制基座1正常旋转时，则转至步骤17；

步骤317、控制机械臂沿纵向向上运动一定距离，转动电机控制基座1顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤16，如转动电机扭矩为0，则控制多自由度机械臂先做垂直运动，然后做水平运动移动到快换工具10台架9，伸缩件2控制三爪完全打开，将快换拆卸工具放到台架9上；

步骤318、***识别连接件为圆形卡扣11类零部件，根据识别算法识别卡扣11的外圆，计算卡扣11中心位置坐标A和卡扣11中心位置A到卡扣11外圆的垂直距离S；

步骤319、根据步骤18得到的坐标A，计算从工业深度相机6中点位置到坐标A的相对距离M，规划机械臂在二维平面从初始位置水平移动到坐标A的运动路线，控制多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到达卡扣11中心位置；

步骤320、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置沿纵向竖直移动到卡扣11位置的距离L，控制多自由度机械臂携带拆解器沿纵向竖直运动到达卡扣11位置；

步骤321、根据设定的夹紧力控制三个手爪7闭合，各个手爪7与卡扣11的边缘相接触，控制机械臂沿纵向竖直方向做垂直运动拔出卡扣11，如能顺利拔出则转至步骤322，不能则转至步骤310；

步骤322、控制多自由度机械臂做水平运动移动到初始位置，控制三个手爪7完全打开，完成拆卸；

步骤323、如所有零部件已经完全拆卸，工作结束。

本发明提供的一种手眼一体化螺栓自动拆解方法，通过多自由度机械臂携带末端拆解器以及工业深度相机6在二维平面水平移动到目标区域，通过工业深度相机6拍照，得到相机与目标零部件垂直方向的相对距离，采用目标位置与轮廓识别方法识别目标零部件中心位置与各边端点位置，计算相机中心与目标零部件中心位置水平方向的相对距离，控制机械臂与气动手爪7配合运动完成拆卸工作；装置为手眼一体，与其他视觉引导***不同，本***在进行手眼标定后不需要对相机坐标系、地面坐标系、工件坐标系进行复杂的坐标转换，运行效率与容错率高；可自适应拆卸、定位识别准确、结构简单可靠、使用成本低、拆卸效率高，可拆解多种退役汽车零部件。

本发明利用仿生学原理，模仿人手使用工具拆卸连接件的过程，本发明可以根据连接件的约束情况选用拆解工具，通过抓取快换工具10作为拆解工具自适应拆解不同尺寸大小的螺栓及其他连接件。本发明能够提供两种拆解方法，通过抓取螺栓或其他连接件进行直接拆卸，或是通过抓取快换工具10进行间接拆卸。

本发明，在拆解外六角螺栓和内六角螺栓的过程中，转动电机控制基座1多次重复顺时针旋转180°～240°，模拟人手动作，防止旋转度数过低，需要重复多次才能完成拆卸，效率低下，也防止旋转度数过高，多次旋转后伸缩件2寿命会下降。

在步骤310和步骤316中，转动电机上设有扭矩传感器，通过扭矩传感器判断目标零件是否完全拆解。转动电机为伺服电机，采用伺服电机扭矩控制方式驱动基座1进而带动三个手爪7做旋转运动，在实现旋转运动的同时根据扭矩值判断螺栓与卡扣11的拆卸状态。

伸缩件2通过气压控制伸缩进而控制手爪7张开和合拢，在实现手爪7张开和合拢的运动时，根据工作压力值来判断目标零件的夹持状态，在夹持目标零件时，使标零件不掉落的条件为：

在有一定安全系数的条件下：

其中：n-夹爪数；F-所需夹持力；μ-摩擦系数；m-目标零件的质量；g-重力加速度；a-安全系数。

一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，参照图2-图9所示，包括多自由度机械臂、末端拆解器和多个快换工具10，末端拆解器包括基座1、伸缩件2和手爪7，基座1设在多自由度机械臂末端，多自由度机械臂能带动基座1上下运动、前后运动和左右运动，基座1通过设在机械臂上的转动电机驱动转动，伸缩件2设在基座1底部，伸缩件2底部设有工业深度相机6，三个手爪7设在伸缩件2侧面且相对于工业深度相机6呈中心对称，伸缩件2能够驱动三个手爪7同时张开或合拢，快换工具10为正六棱柱结构，快换工具10底部设有六边形凹槽，每一快换工具10匹配一种尺寸的内六角螺栓。

在使用时，通过多自由度机械臂携带安装于末端拆解器中伸缩件2的工业深度相机6移动至目标附近，通过工业深度相机6获取图像，采用图像处理和边缘轮廓提取算法识别目标的位置信息，输出位置信息，规划多自由度机械臂的运动路线，通过多自由度机械臂可以移动基座1，多自由度机械臂至少包括三个自由度，可以带动基座1上下运动、前后运动和左右运动，进而带动末端拆解器上下运动、前后运动和左右运动，伸缩件2能够驱动三个手爪7同时张开或合拢，用于抓取和放开外六角螺栓、卡扣11或快换工具10，快换工具10能够用于抓取内六角螺栓，通过转动电机驱动基座1转动，进而转动外六角螺栓或快换工具10，对外六角螺栓或内六角螺栓进行拆解，另外，可以通过控制三个手爪7闭合，各个手爪7与卡扣11的边缘相接触，控制多自由度机械臂沿纵向竖直方向做垂直运动拔出卡扣11，从而对汽车零部件进行拆解。

本发明与工业机器人配合使用实现退役汽车零部件的自动拆解。本发明可自适应拆解、定位识别准确、结构简单可靠、使用成本低、拆卸效率高。

基座1为法兰盘，伸缩件2为三爪气缸，手爪7通过连接块4安装在三爪气缸上。连接块4的截面为十字形，连接块4卡嵌在三爪气缸上，手爪7通过螺纹连接固定在连接块4上，三爪气缸上设有气管接口3和电磁阀5，气管接口3用于为三爪气缸供气，电磁阀5用于空气三爪气缸开启和关闭，三爪气缸通过法兰盘安装在多自由度机械臂末端。

为了防止手爪7在拆解时发生打滑，手爪7为倒L形结构，手爪7底部内侧设有防滑纹8。

工业深度相机6的为RGB-D相机，工业深度相机6的相关线材从所述末端拆解器侧面的开口处穿出可以直接得到工业深度相机6与目标螺栓垂直方向的相对距离，即高度H。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，其特征在于，包括：

步骤1、在工业机器人末端安装末端拆解器，所述工业机器人包括多自由度机械臂，所述末端拆解器包括工业深度相机；

步骤2、通过多自由度机械臂携带所述末端拆解器，通过所述工业深度相机获取退役汽车零部件视觉图片；

步骤3、通过图像处理算法判断退役汽车中多个零部件的装配约束关系以及多个零部件的位置姿态数据；

步骤4、规划多个零部件的拆解顺序，控制所述工业机器人根据多个零部件之间的装配约束类型调取专用拆解工具；

步骤5、根据多个零部件的装配关系及多个零部件的位置姿态数据，控制所述工业机器人移动到合适位置，执行直接或间接拆解动作，依次解除零部件的装配约束关系。

2.根据权利要求1所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，其特征在于：在所述步骤1中，所述末端拆解器包括基座、伸缩件、手爪和快换工具，所述基座设在所述多自由度机械臂末端，所述多自由度机械臂能带动所述基座上下运动、前后运动和左右运动，所述基座通过设在所述机械臂上的转动电机驱动转动，所述伸缩件设在所述基座底部，所述伸缩件底部设有工业深度相机，三个所述手爪设在所述伸缩件侧面且相对于所述工业深度相机呈中心对称，所述快换工具为正六棱柱结构，所述快换工具底部设有凹槽，每一所述快换工具匹配一种尺寸的螺栓，多个所述快换工具按规律放置在台架上；

所述步骤3包括：步骤31、工业深度相机进行拍照，在目标区域获取图像，通过网口通信传入计算机，根据获取的图像，旋转工业深度相机镜头，使其中之一的手爪正好处于图像正中位置；

步骤32、对步骤31中获取的图像进行处理，根据轮廓识别算法识别，判断零部件间装配约束关系，确定目标零件的类型，若只出现一个正六边形轮廓，则说明是外六角螺栓连接，跳转至步骤33，若出现外轮廓为圆形，内轮廓为正六边形，则说明是内六角螺栓连接，跳转至步骤13，若只出现一个圆形轮廓，则说明是卡扣连接，跳转步骤18，同时工业深度相机得到与目标零部件之间的高度H；

步骤33、根据轮廓识别算法识别外六角螺栓的六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两个端点的中点坐标B，根据螺栓中心位置坐标A和中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取一边的垂直距离S；

步骤34、根据步骤33的得到垂直距离S，判断垂直距离S是否在手爪张开或合拢的行程范围内，是则转至步骤35，否则转至步骤312；

步骤35、根据步骤33得到的螺栓中心位置坐标A，计算从工业深度相机中点位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离M，规划多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从初始位置水平移动到达螺栓中心；

步骤36、根据步骤3得到的两端点中点坐标B，计算其中一个手爪从当前位置旋转到提取边两端点中点位置B机械臂所需要旋转的角度，控制转动电机旋转，进而带动末端拆解器转动，使该手爪与螺栓中心位置坐标A和两端点中点坐标B的连线相重合；

步骤37、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的横向距离M和纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤38、控制三个手爪闭合，各个手爪分别与外六角螺栓各不相邻的三边相接触，根据通过转动电机控制基座逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，重复多次，如转动电机控制基座无法旋转时，则转至步骤9，如转动电机控制基座正常旋转时，则转至步骤310；

步骤39、操作人员查看整个装置的工作状态；

步骤310、伸缩件控制三个手爪完全打开，转动电机控制基座顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤38，如转动电机扭矩为0，则转至步骤311；

步骤311、多自由度机械臂控制末端拆解器先做垂直运动，然后做水平运动移动到初始位置，伸缩件控制的三个手爪完全打开，使外六角螺栓落入货箱中；

步骤312、根据步骤33的得到的螺栓中心位置坐标A置到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的快换工具，伸缩件控制三个手爪合拢抓取所需要的快换工具；

步骤313、***识别目标零件为内六角螺栓，根据识别算法识别内六角螺栓的内六边，提取其中一边，计算螺栓中心位置坐标A，提取该边的两个端点，获取两端点中点坐标B，得到螺栓中心位置坐标A到提取边的垂直距离S；

步骤314、根据步骤13的得到的螺栓中心位置A到提取边的垂直距离S，判断所需要抓取的内六角快换拆卸工具，控制机械臂移动到台架上方，拆解器抓取目标快换工具，然后计算从当前位置到螺栓中心位置坐标A的相对距离N，规划多自由度机械臂在二维平面从当前位置水平移动到螺栓中心位置坐标A的运动路线，多自由度机械臂控制末端拆解器在二维平面从当前位置水平移动到达螺栓中心位置；

步骤315、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置垂直移动到螺栓中心位置坐标A的纵向距离N，多自由度机械臂控制末端拆解器垂直运动到达螺栓中心位置坐标A；

步骤316、通过转动电机控制基座逆时针旋转180°～240°，转动电机停止转动，如转动电机控制基座无法旋转时，则转至步骤10，如转动电机控制基座正常旋转时，则转至步骤17；

步骤317、控制机械臂沿纵向向上运动一定距离，转动电机控制基座顺时针旋转180°～240°，如检测到转动电机扭矩不为0，则转至步骤16，如转动电机扭矩为0，则控制多自由度机械臂先做垂直运动，然后做水平运动移动到快换工具台架，伸缩件控制三爪完全打开，将快换拆卸工具放到台架上；

步骤318、***识别目标零件为圆形卡扣类零部件，根据识别算法识别卡扣的外圆，计算卡扣中心位置坐标A和卡扣中心位置A到卡扣外圆的垂直距离S；

步骤319、根据步骤18得到的坐标A，计算从工业深度相机中点位置到坐标A的相对距离M，规划机械臂在二维平面从初始位置水平移动到坐标A的运动路线，控制多自由度机械臂在二维平面从初始位置水平移动到达卡扣中心位置；

步骤320、根据步骤3得到的高度H，计算多自由度机械臂从当前位置沿纵向竖直移动到卡扣位置的距离L，控制多自由度机械臂携带拆解器沿纵向竖直运动到达卡扣位置；

步骤321、根据设定的夹紧力控制三个手爪闭合，各个手爪与卡扣的边缘相接触，控制机械臂沿纵向竖直方向做垂直运动拔出卡扣，如能顺利拔出则转至步骤322，不能则转至步骤310；

步骤322、控制多自由度机械臂做水平运动移动到初始位置，控制三个手爪完全打开，完成拆卸；

步骤323、如所有零部件已经完全拆卸，工作结束。

3.根据权利要求2所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，其特征在于：在步骤310和步骤316中，转动电机上设有扭矩传感器，通过扭矩传感器判断是否完全拆解。

4.根据权利要求3所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解方法，其特征在于：所述伸缩件通过气压控制伸缩进而控制手爪张开和合拢，在实现手爪张开和合拢的运动时，根据工作压力值来判断目标零件的夹持状态，在夹持目标零件时，使目标零件不掉落的条件为：

在有一定安全系数的条件下：

其中：n-夹爪数；F-所需夹持力；μ-摩擦系数；m-目标零件的质量；g-重力加速度；a-安全系数。

5.一种手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，其特征在于：包括多自由度机械臂和末端拆解器，所述末端拆解器包括基座、伸缩件、手爪和快换工具，所述基座设在所述多自由度机械臂末端，所述多自由度机械臂能带动所述基座上下运动、前后运动和左右运动，所述基座通过设在所述机械臂上的转动电机驱动转动，所述伸缩件设在所述基座底部，所述伸缩件底部设有工业深度相机，三个所述手爪设在所述伸缩件侧面且相对于所述工业深度相机呈中心对称，所述伸缩件能够驱动三个所述手爪同时张开或合拢，所述快换工具为正六棱柱结构，所述快换工具底部设有凹槽，每一所述快换工具匹配一种尺寸的螺栓，多个所述快换工具组按排列规律放置在台架上，所述快换工具能够被三个所述手爪抓取。

6.根据权利要求5所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，其特征在于：所述基座为法兰盘，所述伸缩件为三爪气缸，所述手爪通过连接块安装在所述三爪气缸上。

7.根据权利要求5所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，其特征在于：所述手爪为倒L形结构，所述手爪底部内侧设有防滑纹。

8.根据权利要求5所述的手眼一体化退役汽车零部件自动拆解装置，其特征在于：所述工业深度相机的为RGB-D相机，所述工业深度相机的相关线材从所述末端拆解器侧面的开口处穿出。

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