CN116099692A - 基于3d视觉导航的多用途智能机器人及其喷涂方法 - Google Patents

基于3d视觉导航的多用途智能机器人及其喷涂方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，包括3D视觉装置、输送装置、桁架和机械手喷涂装置，3D视觉装置和机械手喷涂装置分别设在桁架上，输送装置设在桁架的下方，3D视觉装置对工件进行扫描，收集3D扫描数据，传送到工控机中，工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***中，机械手控制***控制机械手喷涂装置进行喷涂。喷涂效率高，能够实现智能喷涂，更加的安全。本发明还提供了一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，适用于自动化喷涂，喷涂方便快捷。

Description

基于3D视觉导航的多用途智能机器人及其喷涂方法
技术领域
本发明涉及喷涂技术领域，特别涉及一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人及其喷涂方法。
背景技术
在喷涂行业领域发展了多年，原有的喷涂基于人工喷涂或者PLC编程自动化喷涂，目前的问题主要是智能化水平不高，导致喷涂材料的浪费，导致喷涂质量不高，喷涂效率低。对异形喷涂和曲面喷涂难以实现自动化喷涂。人工喷涂对健康损害较大，影响自然环境，环保处理难度较大。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，包括3D视觉装置、输送装置、桁架和机械手喷涂装置，3D视觉装置和机械手喷涂装置分别设在桁架上，输送装置设在桁架的下方，3D视觉装置对工件进行扫描，收集3D扫描数据，传送到工控机中，工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***中，机械手控制***控制机械手喷涂装置进行喷涂。
优选的是，3D视觉装置包括外壳、相机、镜头和补光模组，相机与镜头相对，补光模组设在相机周围。
在上述任一方案中优选的是，输送装置包括输送架、输送链和输送台，输送架上设有输送链，输送链上设有输送台。
在上述任一方案中优选的是，机械手喷涂装置包括五轴机械手和喷枪，五轴机械手上设有两个喷枪，五轴机械手包括第一传动***、第二传动***、第三传动***、第四传动***、第五传动***；第一传动***包括第一伺服电机和第一传动装置，第二传动***包括第二伺服电机和第二传动装置，第三传动***包括第三伺服电机和第三传动装置，第四传动***包括第四伺服电机和第四传动装置，第五传动***包括第五伺服电机和第五传动装置；第一伺服电机的输出端与第一传动装置连接，第二伺服电机的输出端与第二传动装置连接，第三伺服电机的输出端与第三传动装置连接，第四伺服电机的输出端与第四传动装置连接，第五伺服电机的输出端与第五传动装置连接；第二传动装置设在第一传动装置上。
在上述任一方案中优选的是，第一传动***实现喷枪沿X轴方向的移动，第二传动***实现喷枪沿Y轴方向的移动，第三传动***实现喷枪绕Z轴方向旋转，第四传动***实现喷枪绕R轴方向旋转，第五传动***实现喷枪沿着C轴方向移动。
本发明还提供了利用上述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，包括如下步骤：
步骤S1:通过3D视觉装置对工件进行视觉拍照；
步骤S2:计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径；
步骤S3:加工工件在物料输送***输送到指定区域；
步骤S4:机器人控制***接收路径代码，并执行代码，进行喷涂作业；
步骤S5:完成作业后，将工件送到指定位置。
优选的是，计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径具体包括：
步骤S21:对工件进行拍照；
步骤S22:将工件和拍照背景进行分离，提取工件图片；
步骤S23:对工件的边缘提取，得到工件轮廓；
步骤S24:根据对工件的边缘的提取，建立工件三维模型；
步骤S25:根据三维模型，生成工作路径。
与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：
1、本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人通过3D视觉装置可以自动识别各种工件的形状，再通过机械手喷涂装置进行对工件的各个方面的喷涂，实现了高度的自动化喷涂，喷涂效率高，避免人工的参与，喷涂更加的安全。
2、本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人通过3D视觉技术解决了各种曲面的喷涂难题和各种存在高低落差的工件的喷涂；可以密闭环境中工作，实现喷涂和废气一体化处理。
3、本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器的喷涂方法喷涂效率高，能够实现智能化喷涂，适合机器生产作业的全自动生成喷涂路径，方法简单有效，可以自动识别各种工件的形状，实现自动喷涂。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的结构示意图；
图2为根据本发明实施例一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的主视图；
图3a为根据本发明实施例一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人五轴机械手部分结构与喷枪配合的结构示意图。
图3b为根据本发明实施例一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人五轴机械手部分结构与喷枪配合的结构示意图。
其中：1-3D视觉装置；2-输送装置；3-桁架；4-机械手喷涂装置；5-输送架；6-输送链；7-输送台；8-喷枪；9-第一伺服电机；10-第一传动装置；11-第二伺服电机；12-第二传动装置；13-第三伺服电机；14-第三传动装置；15-第四伺服电机；16-第四传动装置；17-第五伺服电机；18-第五传动装置。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1、图2、图3a和图3b所示，本发明实施例的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，包括3D视觉装置1、输送装置2、桁架3和机械手喷涂装置4，3D视觉装置1和机械手喷涂装置4分别设在桁架3上，输送装置2设在桁架3的下方，3D视觉装置1对工件进行扫描，收集3D扫描数据，传送到工控机中，工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***中，机械手控制***控制机械手喷涂装置4进行喷涂。
本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人通过3D视觉装置1可以自动识别各种工件的形状，再通过机械手喷涂装置4进行对工件的各个方面的喷涂，实现了高度的自动化喷涂，喷涂效率高，避免人工的参与，喷涂更加的安全。
进一步的，3D视觉装置1包括外壳、相机、镜头和补光模组，相机与镜头相对，补光模组设在相机周围。相机用于拍照，镜头用于对相机进行放大，
相机为双目2000万相机。镜头为2000万镜头；补光模组；
3D视觉装置1的测量区域：1000x800x500mm；位置精度：±0.1mm；角度精度：±0.2；标记物体尺寸：20mmx20mm；测量帧率：2HZ。
具体的，输送装置2包括输送架5、输送链6和输送台7，输送架5上设有输送链6，输送链6上设有输送台7。电机带动输送链6转动，输送链6带动输送台7传动，将工件放到输送台7上，由输送台7对工件进行输送。
进一步的，机械手喷涂装置4包括五轴机械手和喷枪8，五轴机械手上设有两个喷枪8，五轴机械手包括第一伺服电机9、第二伺服电机11、第三伺服电机13、第四伺服电机15、第五伺服电机17、第一传动装置10、第二传动装置12、第三传动装置14、第四传动装置16和第五传动装置18；第一伺服电机9的输出端与第一传动装置10连接，第二伺服电机11的输出端与第二传动装置12连接，第三伺服电机13的输出端与第三传动装置14连接，第四伺服电机15的输出端与第四传动装置16连接，第五伺服电机17的输出端与第五传动装置18连接；第二传动装置12设在第一传动装置10上。
机械手喷涂装置4包括五轴机械手和喷枪8，五轴机械手上设有两个喷枪8，五轴机械手包括第一传动***、第二传动***、第三传动***、第四传动***、第五传动***；第一传动***包括第一伺服电机9和第一传动装置10，第二传动***包括第二伺服电机11和第二传动装置12，第三传动***包括第三伺服电机13和第三传动装置14，第四传动***包括第四伺服电机15和第四传动装置16，第五传动***包括第五伺服电机17和第五传动装置18；第一伺服电机9的输出端与第一传动装置10连接，第二伺服电机11的输出端与第二传动装置12连接，第三伺服电机13的输出端与第三传动装置14连接，第四伺服电机15的输出端与第四传动装置16连接，第五伺服电机17的输出端与第五传动装置18连接；第二传动装置12设在第一传动装置10上。
第一传动***实现喷枪8沿X轴方向的移动，第二传动***实现喷枪8沿Y轴方向的移动，第三传动***实现喷枪8绕Z轴旋转，第四传动***实现喷枪8绕R轴旋转，第五传动***实现喷枪8沿着C轴方形移动。
机械手喷涂装置4实现了喷枪8沿着不同方向的运动，加装双喷枪8，针对复杂形状的零件，实现精准喷涂，喷涂效率高。
可选的，第一传动装置10为导轨装置，第一伺服电机9输出端与导轨装置连接，第二传动装置12设在第一传动装置10上，第二传动装置12为导轨装置，第三传动装置14包括水平旋转装置，第三伺服电机13的输出端与水平旋转装置的一端连接，第三伺服电机13与水平旋转装置通过传送带连接，水平旋转装置上设有第四传动装置16，水平旋转装置带动第四传动装置16水平旋转，第四传动装置16为的一端与第四伺服电机15的输出端连接，第四传动装置16的另一端与喷枪8连接，第四传动装置16带动喷枪8围绕R轴旋转。第三传动装置14设置在第五传动装置18上，第五传动装置18为齿轮齿条传动，第五伺服电机17的输出端与第五传动装置18连接，第五传动装置18带动第三传动装置14沿竖直方向平移，第五传动装置18设置在第二传动装置12上。
第一传动装置10上设有第二传动装置12，第一传动装置10带动第二传动装置12沿着X轴方向移动，第二传动装置12上设有第五传动装置18，第二传动装置12带动第五传动装置18沿着Y轴方向移动，第五传动装置18上设有第三传动装置14，第五传动装置18带动第三传动装置14沿着C轴方向移动，第三传动装置14上设有第四传动装置16，第三传动装置14带动第四传动装置16绕着第三传动装置14水平转动，第四传动装置16上设有喷枪8，第四传动装置16带动喷枪8绕R轴旋转。
第一传动装置10为第一导轨装置时，X轴为与第一传动装置10，即第一导轨装置的长度方向重合的轴，第二传动装置12为第二导轨装置时，Y轴与第二传动装置12即第二导轨装置长度方向重合的轴，Z轴与第三传动装置14长度方向的轴重合，即Z轴与水平旋转装置沿长度方向轴重合，R轴与两个喷枪8之间连接的直线相重合，C轴与竖直方向平行，垂直于水平面，C轴垂直于X轴和Y轴。
本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人工作原理为：
输送装置将工件输送到桁架下方，通过3D视觉装置对工件进行视觉拍照，并收集3D扫描数据，传送到工控机中，工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***中，机械手控制***控制机械手喷涂装置进行喷涂，完成喷涂。
本发明的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人
通过工件投放流水线:电机带动输送链，向前送料，工件放置于输送链上侧的工作台上。
当工件走到左侧的3D视觉装置正下方，3D视觉装置扫描工件，收集3D扫描数据，传送到工控机。
工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***，由机械手控制***执行喷涂命令。
喷涂完成，自动出料进入烘干室，完成后续工序。
采用FPGA时序控制，使图显输出与相机采集硬件同步，最终实现光机8bit光栅输出360FPS，搭载对应的全局曝光相机，达到***采集速度360FPS。
3D视觉装置采集速度：每秒20次全局点云采集。
测量精度：200mmx150mm幅面下，绝对精度高于0.05mm能够实现：
1.在较短时间内完成数据的采集及处理，给出工件坐标值。
2.能获得较搞的定位精度(0.1mm)。
3.能够给出工件平面度偏差等信息。
本发明还提供了一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，包括如下步骤：
步骤S1:通过3D视觉装置对工件进行视觉拍照。
步骤S2:计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径。
步骤S3:加工工件在物料输送***输送到指定区域。
步骤S4:机器人控制***接收路径代码，并执行代码，进行喷涂作业。
步骤S5:完成作业后，将工件送到指定位置。
计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径具体包括：
步骤S21:对工件进行拍照。
步骤S22:将工件和拍照背景进行分离，提取工件图片。
步骤S23:对工件的边缘提取，得到工件轮廓。
步骤S24:根据对工件的边缘的提取，建立工件三维模型。
步骤S25:根据三维模型，生成工作路径。
本发明实施例的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，适用于智能自动化喷涂，喷涂效率高，喷涂方便快捷，提高了生产率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式部分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，其特征在于，包括3D视觉装置、输送装置、桁架和机械手喷涂装置，所述3D视觉装置和所述机械手喷涂装置分别设在所述桁架上，所述输送装置设在所述桁架的下方，所述3D视觉装置对工件进行扫描，收集3D扫描数据，传送到工控机中，所述工控机自动生成喷涂路径，传送到机械手控制***中，所述机械手控制***控制所述机械手喷涂装置进行喷涂。
2.如权利要求1所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，其特征在于，所述3D视觉装置包括外壳、相机、镜头和补光模组，所述相机与所述镜头相对，所述补光模组设在所述相机周围。
3.如权利要求1所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，其特征在于，所述输送装置包括输送架、输送链和输送台，所述输送架上设有所述输送链，所述输送链上设有所述输送台。
4.如权利要求1所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，其特征在于，所述机械手喷涂装置包括五轴机械手和喷枪，所述五轴机械手上设有两个喷枪，所述五轴机械手包括第一传动***、第二传动***、第三传动***、第四传动***、第五传动***；所述第一传动***包括第一伺服电机和第一传动装置，所述第二传动***包括第二伺服电机和第二传动装置，所述第三传动***包括第三伺服电机和第三传动装置，所述第四传动***包括第四伺服电机和第四传动装置，所述第五传动***包括第五伺服电机和第五传动装置；所述第一伺服电机的输出端与所述第一传动装置连接，所述第二伺服电机的输出端与所述第二传动装置连接，所述第三伺服电机的输出端与所述第三传动装置连接，所述第四伺服电机的输出端与所述第四传动装置连接，所述第五伺服电机的输出端与所述第五传动装置连接；所述第二传动装置设在所述第一传动装置上。
5.如权利要求4所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人，其特征在于，所述第一传动***实现喷枪沿X轴方向的移动，所述第二传动***实现喷枪沿Y轴方向的移动，所述第三传动***实现喷枪绕Z轴方向旋转，所述第四传动***实现喷枪绕R轴方向旋转，所述第五传动***实现喷枪沿着C轴方向移动。
6.如权利要求1所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1:通过3D视觉装置对工件进行视觉拍照；
步骤S2:计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径；
步骤S3:加工工件在物料输送***输送到指定区域；
步骤S4:机器人控制***接收路径代码，并执行代码，进行喷涂作业；
步骤S5:完成作业后，将工件送到指定位置。
7.如权利要求6所述的一种基于3D视觉导航的多用途智能机器人的喷涂方法，其特征在于，计算机根据所拍照片测绘工件，生成工作路径具体包括：
步骤S21:对工件进行拍照；
步骤S22:将工件和拍照背景进行分离，提取工件图片；
步骤S23:对工件的边缘提取，得到工件轮廓；
步骤S24:根据对工件的边缘的提取，建立工件三维模型；
步骤S25:根据三维模型，生成工作路径。
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