CN102527643B - 分拣机械手结构和产品分拣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分拣机械手结构和产品分拣系统；分拣机械手结构包括机械手本体、三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括X轴调节装置、Y轴调节装置、Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括摄像头、图像控制器、运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；本发明应用机器视觉技术，摄像头捕获产品图像，图像控制器处理产品图像，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，从而进行产品分拣，本发明自动化程度较高，可提高生产效率。

Description

分拣机械手结构和产品分拣系统

技术领域

本发明涉及分拣设备技术领域，尤其涉及一种分拣机械手结构和产品分拣系统。

背景技术

目前，机械手结构在工业中的应用越来越普遍，其在工业自动化生产中所起的作用越来越大，对提高生产效率有着非常重要的意义。现有的应用于工件的分拣系统的机械手结构，需要人工视觉判断工件是否合格，然后由操作工人控制机械手结构对工件进行分拣，现有技术自动化程度不高，生产效率低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种自动化程度较高、可以提高生产效率的分拣机械手结构。

本发明的另一个目的是提供一种自动化程度较高、可以提高生产效率的产品分拣系统。

一种分拣机械手结构，包括机械手本体，还包括用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。

其中，机械手本体还包括第一驱动装置、第一机械手、第一气缸连接杆、第一气缸安装块，第一驱动装置通过第一气缸连接杆驱动连接第一机械手，第一驱动装置通过第一气缸安装块固定在机械臂的一端。

其中，机械手本体还包括第二驱动装置、第二机械手、第二气缸连接杆、第二气缸安装块，第二驱动装置通过第二气缸连接杆驱动连接第二机械手，第二驱动装置通过第二气缸安装块固定在机械臂的另一端。

其中，第一机械手和第二机械手均设置为真空吸盘或机械爪，第一驱动装置和第二驱动装置均设置为液压缸或气缸。

其中，机械手本体还包括电机支架、传感器结构，驱动电机位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片、传感器、传感器垫架，感应片与传感器连接，感应片与机械臂触接，传感器通过传感器垫架与电机支架固定连接。

一种产品分拣系统，包括机架、设置在机架上的流水线，还包括机械手结构，机械手结构设置在流水线的旁侧；机械手结构包括机械手本体、用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。

其中，还包括用于驱动摄像头运动的三维驱动装置，三维驱动装置与运动控制器电连接，三维驱动装置位于流水线的上方，摄像头设置在三维驱动装置下面，三维驱动装置包括驱动摄像头沿X轴方向运动的X轴驱动装置、驱动摄像头沿Y轴方向运动的Y轴驱动装置、驱动摄像头沿Z轴方向运动的Z轴驱动装置。 

其中，还包括设置在流水线旁侧的导轨，导轨上设置有由运动控制器控制移动的光源底座，光源底座上面设置有由运动控制器控制亮度的照明光源，光源底座、照明光源与运动控制器电连接。

其中，机械手本体还包括第一驱动装置、第一机械手、第一气缸连接杆、第一气缸安装块，第一驱动装置通过第一气缸连接杆驱动连接第一机械手，第一驱动装置通过第一气缸安装块固定在机械臂的一端；机械手本体还包括第二驱动装置、第二机械手、第二气缸连接杆、第二气缸安装块，第二驱动装置通过第二气缸连接杆驱动连接第二机械手，第二驱动装置通过第二气缸安装块固定在机械臂的另一端；第一机械手和第二机械手均设置为真空吸盘或机械爪，第一驱动装置和第二驱动装置均设置为液压缸或气缸。

其中，机械手本体还包括电机支架、传感器结构，驱动电机位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片、传感器、传感器垫架，感应片与传感器连接，感应片与机械臂触接，传感器通过传感器垫架与电机支架固定连接。

本发明有益效果：一种分拣机械手结构，包括机械手本体，还包括用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接。本发明应用机器视觉技术，摄像头捕获产品图像，图像控制器处理产品图像，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，从而进行产品分拣，本发明自动化程度较高，可提高生产效率。

一种产品分拣系统，包括机架、设置在机架上的流水线，还包括机械手结构，机械手结构设置在流水线的旁侧；机械手结构包括机械手本体、用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接。本发明应用机器视觉技术，摄像头捕获产品图像，图像控制器处理产品图像，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，从而进行产品分拣，本发明自动化程度较高，可提高生产效率。

附图说明

图1为本发明的机械手本体的结构示意图。

图2为图1的分解示意图。

图1图2中包括：

10-机械臂，11-驱动电机，12-第一气缸安装块，13-第一驱动装置，14-第一气缸连接杆，15-第一机械手，16-第二气缸安装块，17-第二驱动装置，18-第二气缸连接杆，19-第二机械手，20-支架前板，21-支架后板，22-支架上板，23-支架下板，24-支架左板，25-支架右板，26-感应片，27-传感器，28-传感器垫架。

具体实施方式

实施例一。

参见图1图2。本实施例中，分拣机械手结构包括机械手本体，还包括用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机11、机械臂10，驱动电机11驱动连接机械臂10，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机11运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机11与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机11运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。

机械臂10抓获待分拣产品，驱动电机11可以驱动机械臂10旋转，比如正负180°旋转或正负360°旋转，从而将待分拣产品取出。图像控制器从产品图像找出待分拣产品是现有技术；比如，根据预存的合格产品的图像分别匹配捕获的流水线上的产品图像，如果相似度大于99%，说明产品合格，否则为不合格，标记为待分拣产品。运动控制器控制三维调节装置运动，将机械手本体带动到适应流水线上的待分拣产品的位置。机械臂10抓获待分拣产品，运动控制器控制驱动电机11运动，机械手本体从流水线上取出待分拣产品。本发明自动化程度较高，可以提高生产效率。

本实施例中，Z轴方向为垂直水平面方向，X轴方向为流水线长度方向，Y轴方向为流水线宽度方向。图像控制器和运动控制器可以是一种具有图像处理功能及运动控制功能的计算机，也可以是其它处理器和单片机的结合。

机械手本体还包括第一驱动装置13、第一机械手15、第一气缸连接杆14、第一气缸安装块12，第一驱动装置13通过第一气缸连接杆14驱动连接第一机械手15，第一驱动装置13通过第一气缸安装块12固定在机械臂10的一端。第一驱动装置13可以驱动第一机械手15上下运动。

机械手本体还包括第二驱动装置17、第二机械手19、第二气缸连接杆18、第二气缸安装块16，第二驱动装置17通过第二气缸连接杆18驱动连接第二机械手19，第二驱动装置17通过第二气缸安装块16固定在机械臂10的另一端。第二驱动装置17可以驱动第二机械手19上下运动。

本实施例在机械臂10的两端分别设置有第一机械手15和第二机械手19，它们呈对称结构，能够使二个工位同时工作，第一机械手15抓取工件时，第二机械手19放置工件，这样可以提高工作效率。

第一机械手15和第二机械手19可以均设置为真空吸盘或机械爪，第一驱动装置13和第二驱动装置17可以均设置为液压缸或气缸。真空吸盘不会直接产生挤压力，只有吸附力，不会对分拣工件造成任何的损坏，适用于不宜受太大作用力的分拣工件；真空吸盘应用相当的广泛，对提高产品的生产效率，实现自动化生产有着重要的意义。机械爪为夹持式的工具，适用于不规则表面的产品。

机械手本体还包括电机支架、传感器结构，驱动电机11位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片26、传感器27、传感器垫架28，感应片26与传感器27连接，感应片26与机械臂10触接，传感器27通过传感器垫架28与电机支架固定连接。传感器结构用于感应机械臂10的运动，从而有效控制机械臂10的旋转角度。

电机支架用于固定和保护动驱动电机11。本实施例中，电机支架包括支架前板20、支架后板21、支架上板22、支架下板23、支架左板24、支架右板25，支架上板22、支架下板23、支架左板24、支架右板25构成矩形腔体，驱动电机11位于矩形腔体，支架前板20、支架后板21分别连接于矩形空腔的两个开口。

分拣机械手结构可安装在产品分拣系统。产品（工件）在流水线上经过，摄像机对流水线进行拍照，捕获产品图像，图像控制器对产品图像进行处理，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机11运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。本发明应用了机器视觉技术，通过图像控制器检验产品，避免了人为因素的影响，精度较高。本发明具有三维调节装置，可以灵活调整机械手本体的位置；机械臂10的长度是一定的，通过调整机械手本体X轴和Y轴方向的位移，机械臂10可沿流水线长度方向和宽度方向运动，从而可以移动到适应流水线上的待分拣产品的位置；第一机械手15和第二机械手19所能伸出的长度是一定的，通过机械手本体Z轴方向的位移，机械臂10相对水平面垂直移动，使得机械手本体适应不同高度的产品；通过三维调节装置可将机械手本体移动到最佳的抓取待分拣产品的位置，本发明自动化程度较高，可以提高生产效率。

机器视觉技术为使用摄像头和图像控制器通过拍摄图片而进行控制的技术，其有如下特点。可以提高生产的柔性和自动化程度；特别是在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，可以使用机器视觉来替代人工视觉。在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，而用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。机器视觉系统可以快速获取大量信息，易于自动处理，也易于设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，将机器视觉技术广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。本发明结合了机器视觉的技术优点，本技术方案具有广泛的通用性，精度可达到0.1mm，对指导实际生产具有很高的实用价值。

实施例二。

本实施例应用了实施例一的分拣机械手结构。产品分拣系统包括机架、设置在机架上的流水线，还包括机械手结构，机械手结构设置在流水线的旁侧；机械手结构包括机械手本体、用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机11、机械臂10，驱动电机11驱动连接机械臂10，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机11运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机11与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机11运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。

产品（工件）在流水线上经过，摄像机对流水线进行拍照，捕获产品图像，图像控制器对产品图像进行处理，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机11运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品。本发明应用了机器视觉技术，通过图像控制器检验产品，避免了人为因素的影响，精度较高。本发明具有三维调节装置，可以灵活调整机械手本体的位置；机械臂10的长度是一定的，通过调整机械手本体X轴和Y轴方向的位移，机械臂10可沿流水线长度方向和宽度方向运动，从而可以移动到适应流水线上的待分拣产品的位置；第一机械手15和第二机械手19所能伸出的长度是一定的，通过机械手本体Z轴方向的位移，机械臂10相对水平面垂直移动，使得机械手本体适应不同高度的产品；通过三维调节装置可将机械手本体移动到最佳的抓取待分拣产品的位置，本发明自动化程度较高，可以提高生产效率。

本实施例中，产品分拣系统还包括用于驱动摄像头运动的三维驱动装置，三维驱动装置与运动控制器电连接，三维驱动装置位于流水线的上方，摄像头设置在三维驱动装置下面，三维驱动装置包括驱动摄像头沿X轴方向运动的X轴驱动装置、驱动摄像头沿Y轴方向运动的Y轴驱动装置、驱动摄像头沿Z轴方向运动的Z轴驱动装置。本发明具有三维驱动装置，可以灵活调整摄像头的位置；通过调整摄像头X轴和Y轴方向的位移，可以使摄像头沿流水线长度方向和宽度方向移动，通过调整摄像头Z轴方向的位移，可以使摄像头相对水平面垂直运动，从而对摄像头进行调焦；通过三维驱动装置可将摄像头移到采集产品图像的最佳位置，本发明自动化程度较高，可以提高生产效率。

产品分拣系统还包括设置在流水线旁侧的导轨，导轨上设置有由运动控制器控制移动的光源底座，光源底座可沿导轨移动，光源底座上面设置有由运动控制器控制亮度的照明光源，光源底座、照明光源与运动控制器电连接。当然，本发明可以设置多个光源底座，以提供多个照明光源。光源相对流水线产品位置和照明亮度决定了摄像的质量，运动控制器控制光源底座的在导轨的位置和照明光源的亮度，可以为摄像头提供合适的光线，使得摄像头可以捕获高质量的产品图像；通过可移动的光源底座和照明光源，可以给摄像头提供最佳的光源，本发明自动化程度较高，可以提高生产效率。

机械手本体还包括第一驱动装置13、第一机械手15、第一气缸连接杆14、第一气缸安装块12，第一驱动装置13通过第一气缸连接杆14驱动连接第一机械手15，第一驱动装置13通过第一气缸安装块12固定在机械臂10的一端；机械手本体还包括第二驱动装置17、第二机械手19、第二气缸连接杆18、第二气缸安装块16，第二驱动装置17通过第二气缸连接杆18驱动连接第二机械手19，第二驱动装置17通过第二气缸安装块16固定在机械臂10的另一端；第一机械手15和第二机械手19均设置为真空吸盘或机械爪，第一驱动装置13和第二驱动装置17均设置为液压缸或气缸。

机械手本体还包括电机支架、传感器结构，驱动电机11位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片26、传感器27、传感器垫架28，感应片26与传感器27连接，感应片26与机械臂10触接，传感器27通过传感器垫架28与电机支架固定连接。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种分拣机械手结构，包括机械手本体，其特征在于：还包括用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品；

还包括用于驱动所述摄像头运动的三维驱动装置，三维驱动装置与所述运动控制器电连接，三维驱动装置位于所述流水线的上方，摄像头设置在三维驱动装置下面，三维驱动装置包括驱动摄像头沿X轴方向运动的X轴驱动装置、驱动摄像头沿Y轴方向运动的Y轴驱动装置、驱动摄像头沿Z轴方向运动的Z轴驱动装置；

所述机械手本体还包括电机支架、传感器结构，所述驱动电机位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片、传感器、传感器垫架，感应片与传感器连接，感应片与所述机械臂触接，传感器通过传感器垫架与电机支架固定连接；

所述电机支架包括支架前板、支架后板、支架上板、支架下板、支架左板、支架右板，支架上板、支架下板、支架左板、支架右板构成矩形腔体，驱动电机位于矩形腔体，支架前板、支架后板分别连接于矩形空腔的两个开口。

2.根据权利要求1所述的一种分拣机械手结构，其特征在于：所述机械手本体还包括第一驱动装置、第一机械手、第一气缸连接杆、第一气缸安装块，第一驱动装置通过第一气缸连接杆驱动连接第一机械手，第一驱动装置通过第一气缸安装块固定在机械臂的一端。

3.根据权利要求2所述的一种分拣机械手结构，其特征在于：所述机械手本体还包括第二驱动装置、第二机械手、第二气缸连接杆、第二气缸安装块，第二驱动装置通过第二气缸连接杆驱动连接第二机械手，第二驱动装置通过第二气缸安装块固定在机械臂的另一端。

4.根据权利要求3所述的一种分拣机械手结构，其特征在于：所述第一机械手和第二机械手均设置为真空吸盘或机械爪，所述第一驱动装置和第二驱动装置均设置为液压缸或气缸。

5.一种产品分拣系统，包括机架、设置在机架上的流水线，其特征在于：还包括机械手结构，机械手结构设置在流水线的旁侧；

机械手结构包括机械手本体、用于驱动机械手本体运动的三维调节装置、机器视觉导航及控制系统，三维调节装置设置在机械手本体的下面，三维调节装置包括驱动机械手本体沿X轴方向运动的X轴调节装置、驱动机械手本体沿Y轴方向运动的Y轴调节装置、驱动机械手本体沿Z轴方向运动的Z轴调节装置，机械手本体包括驱动电机、机械臂，驱动电机驱动连接机械臂，机器视觉导航及控制系统包括用于捕获产品图像的摄像头、用于处理产品图像的图像控制器、用于控制三维调节装置运动和驱动电机运动的运动控制器，三维调节装置、驱动电机与运动控制器电连接，摄像头与图像控制器电连接，图像控制器与运动控制器电连接；摄像头捕获流水线上的产品图像，图像控制器处理该产品图像，找出待分拣产品，运动控制器控制三维调节装置运动和驱动电机运动，机械手本体从流水线上取出将该待分拣产品；

还包括用于驱动所述摄像头运动的三维驱动装置，三维驱动装置与所述运动控制器电连接，三维驱动装置位于所述流水线的上方，摄像头设置在三维驱动装置下面，三维驱动装置包括驱动摄像头沿X轴方向运动的X轴驱动装置、驱动摄像头沿Y轴方向运动的Y轴驱动装置、驱动摄像头沿Z轴方向运动的Z轴驱动装置；

还包括设置在流水线旁侧的导轨，导轨上设置有由所述运动控制器控制移动的光源底座，光源底座上面设置有由所述运动控制器控制亮度的照明光源，光源底座、照明光源与所述运动控制器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种产品分拣系统，其特征在于：所述机械手本体还包括第一驱动装置、第一机械手、第一气缸连接杆、第一气缸安装块，第一驱动装置通过第一气缸连接杆驱动连接第一机械手，第一驱动装置通过第一气缸安装块固定在机械臂的一端；

所述机械手本体还包括第二驱动装置、第二机械手、第二气缸连接杆、第二气缸安装块，第二驱动装置通过第二气缸连接杆驱动连接第二机械手，第二驱动装置通过第二气缸安装块固定在机械臂的另一端；

第一机械手和第二机械手均设置为真空吸盘或机械爪，第一驱动装置和第二驱动装置均设置为液压缸或气缸。

7.根据权利要求6所述的一种产品分拣系统，其特征在于：所述机械手本体还包括电机支架、传感器结构，所述驱动电机位于电机支架的内部，传感器结构包括感应片、传感器、传感器垫架，感应片与传感器连接，感应片与所述机械臂触接，传感器通过传感器垫架与电机支架固定连接。

Images