CN103831826A - 一种智能修正机械手系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能修正机械手系统，包括视像识别系统，还包括：支架、水平运动副、竖直运动副和机械手组件；水平运动副安装在支架上；竖直运动副安装在水平运动副上；机械手组件安装在竖直运动副上；视像识别系统安装在水平运动副工作行程的起点处。本发明在夹持工件的同时，利用视像识别系统对工进行智能识别，并智能修正摆放方位，自动化程度极高。

Description

一种智能修正机械手系统

技术领域

本发明涉及工业生产自动化领域，具体是一种智能修正机械手系统。

背景技术

工业自动生产中，时常需要对工件进行移动或装配。对于许多工件，在移动或装配时对摆放的方位有特定的要求。现有技术中，工件的移动或装配常用工业机械手完成。但目前应用的工业机械手，自动化程度较低，不具备对工件的智能识别和智能修正摆放方位的功能，因此难以满足需求。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能修正机械手系统，在夹持工件的同时，利用视像识别系统对工进行智能识别，并智能修正摆放方位，自动化程度极高。

为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种智能修正机械手系统，包括视像识别系统，还包括：支架、水平运动副、竖直运动副和机械手组件；水平运动副安装在支架上；竖直运动副安装在水平运动副上；机械手组件安装在竖直运动副上；视像识别系统安装在水平运动副工作行程的起点处。

进一步的，所述水平运动副包括：驱动电机、精密线性模组和安装架；精密线性模组安装在支架上；驱动电机与精密线性模组连接，驱动电机驱动精密线性模组运动；安装架安装在精密线性模组上。

进一步的，所述水平运动副包括：驱动电机、滚珠丝杆、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；滚珠丝杆安装在支架上；驱动电机与滚珠丝杆连接，驱动电机驱动滚珠丝杆运动；水平导向轴与滚珠丝杆平行布置，安装在滚珠丝杆两侧；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及滚珠丝杆连接。

进一步的，所述水平运动副包括：驱动气缸、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；驱动气缸安装在支架上；水平导向轴与驱动气缸的伸缩方向平行布置，水平导向轴安装在支架上；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及驱动气缸连接。

进一步的，所述水平运动副还包括感应开关；感应开关安装在水平运动副工作行程的起点与终点处。

进一步的，所述竖直运动副包括：上下气缸、竖直导向轴、竖直直线轴承和缓冲装置；上下气缸安装在安装架上；竖直导向轴与上下气缸伸缩方向平行布置，竖直导向轴安装在安装架上；竖直直线轴承套在竖直导向轴上；上下气缸工作行程的顶部和底部各安装有缓冲装置。

进一步的，所述缓冲装置为弹簧缓冲装置。

进一步的，所述缓冲装置为聚氨酯缓冲装置。

进一步的，所述机械手组件包括：外壳、轴承、顶盖、铰链架、控制气缸、顶板、连接螺栓、内套、中空锥套、机械手齿轮、弹性夹爪、修正电机和电机齿轮；外壳安装在竖直直线轴承上；内套通过轴承安装在外壳内部；铰链架与内套刚性连接；顶盖与铰链架铰接；控制气缸安装在铰链架上，顶盖与控制气缸连接；顶板位于顶盖下方，顶板与连接螺栓上端刚性连接；连接螺栓穿过内套，连接螺栓下端与中空锥套刚性连接；机械手齿轮与内套刚性连接；弹性夹爪设有内锥面，弹性夹爪与机械手齿轮刚性连接；修正电机安装在外壳的侧方；电机齿轮与修正电机连接，电机齿轮与机械手齿轮啮合。

进一步的，所述机械手组件还包括感应开关；感应开关安装在外壳的侧方。

进一步的，所述顶盖、顶板、内套及中空锥套均设有贯通孔。

进一步的，所述顶盖上设有压块。

本发明所提供的一种智能修正机械手系统，在夹持工件的同时，通过视像识别系统对工件进行智能识别，并对识别信息进行运算，从而智能修正工件的摆放角度。并且，本发明特有的机械手组件，能在夹持工件的同时，与视像识别系统配合工作，拥有极高的智能，自动化程度极高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种智能修正机械手系统的结构示意图；

图2为机械手组件的半剖结构示意图。

附图标记说明：

1、支架           2、水平运动副

3、竖直运动副     4、机械手组件

5、外壳           6、顶盖

7、铰链架         8、控制气缸

9、顶板           10、连接螺栓

11、内套          12、中空锥套

13、机械手齿轮    14、弹性夹爪

15、修正电机    16、电机齿轮

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明优选应用于LED的灯具的生产制造。

需要说明的是，本发明中的水平运动副2可以采用不同的驱动方案。在本发明中，水平运动副2优选“精密线性模组”、“滚珠丝杆”及“气缸”三种驱动方案，三种不同的设计方案将在下文中逐一详细阐述。

实施例一

请参阅图1，一种智能修正机械手系统，包括视像识别系统，还包括：支架1、水平运动副2、竖直运动副3和机械手组件4。

支架1用于支撑其余的构件。

水平运动副2，用于搭载机械手组件4水平移动；水平运动副2安装在支架1上。

作为优选，在本实施例中，水平运动副2采用“精密线性模组”驱动方案。此驱动方案中的水平运动副2包括：驱动电机、精密线性模组和安装架；精密线性模组安装在支架1上；驱动电机与精密线性模组连接，驱动电机驱动精密线性模组运动；安装架安装在精密线性模组上。

通过驱动电机旋转，驱动精密线性模组带动安装架做水平移动。精密线性模组传动平稳性较高，并且拥有较高的定位精度。通过控制驱动电机的旋转与停止，能轻易控制精密线性模组的运动与停止，并能对停止位置进行较高精度的定位。

水平运动副2还包括感应开关；感应开关安装在水平运动副2工作行程的起点与终点处。感应开关能在水平运动副2运动至工作行程的起点与终点时发出感应信号，检测水平运动副2的工作状态，协助对设备的控制。

竖直运动副3，用于搭载机械手组件4竖直移动；竖直运动副3安装在水平运动副2上。

竖直运动副3包括：上下气缸、竖直导向轴、竖直直线轴承和缓冲装置；上下气缸安装在安装架上；竖直导向轴与上下气缸伸缩方向平行布置，竖直导向轴安装在安装架上；竖直直线轴承套在竖直导向轴上；上下气缸工作行程的顶部和底部各安装有缓冲装置。缓冲装置为弹簧缓冲装置或聚氨酯缓冲装置。

通过上下气缸的伸缩运动，在竖直导向轴与竖直直线轴承的导向作用下，带动机械手组件4上下移动。由于竖直运动副3对于机械手组件4的作用主要在于工件的提起与放下，因此竖直运动副3动作较为单一，追求机构简单，行动迅速可靠，优选采用上下气缸驱动。缓冲装置主要用于上下气缸工作行程起点与终点的缓冲，避免损坏机械手组件4。弹簧缓冲装置与聚氨酯缓冲装置的缓冲效果相近。弹簧缓冲装置缓冲效果好，缓冲行程较长；聚氨酯缓冲装置对瞬间冲击的保护作用明显，缓冲行程较短。具体采用何种缓冲装置，应根据具体情况而定。

机械手组件4，用于工件的夹持；机械手组件4安装在竖直运动副3上。

请参阅图2，为机械手组件的半剖结构示意图。图中以机械手组件的中心线为分界线，对中心线右侧进行剖视，以清楚观察机械手组件的内部结构。机械手组件4包括：外壳5、轴承、顶盖6、铰链架7、控制气缸8、顶板9、连接螺栓10、内套11、中空锥套12、机械手齿轮13、弹性夹爪14、修正电机15和电机齿轮16；外壳5安装在竖直直线轴承上，外壳5与上下气缸连接；内套11通过轴承安装在外壳5内部；铰链架7与内套11刚性连接；顶盖6与铰链架7铰接；控制气缸8安装在铰链架7上，顶盖6与控制气缸8连接；顶板9位于顶盖6下方，顶板9与连接螺栓10上端刚性连接；连接螺栓10穿过内套11，连接螺栓10下端与中空锥套12刚性连接；机械手齿轮13与内套11刚性连接；弹性夹爪14设有内锥面，弹性夹爪14与机械手齿轮13刚性连接；修正电机15安装在外壳5的侧方；电机齿轮16与修正电机15连接，电机齿轮16与机械手齿轮13啮合。

对于机械手组件4，外壳5主要用于与外界连接，并对外壳5内部的部件提供保护，外壳5并不是活动部件。铰链架7、内套11、机械手齿轮13及弹性夹爪14，是刚性连接在一起的整体，可通过轴承在外壳5内部进行旋转。安装在铰链架7上的控制气缸8及顶盖6可随铰链架7一同旋转。顶板9、连接螺栓10及中空锥套12，是刚性连接在一起的整体，由于连接螺栓10穿过内套11，因此内套11能带动顶板9、连接螺栓10及中空锥套12同步旋转。并且顶板9、连接螺栓10及中空锥套12能在内套11的导向作用下，在竖直方向上下滑动。

当控制气缸8伸出时，将顶盖6向下压，使顶板9在受到顶盖6的压力下向下移动，通过连接螺栓10带动中空锥套12向下移动。中空锥套12与弹性夹爪14的内锥面贴合，并顶开弹性夹爪14，使弹性夹爪14向外张开。反之，当控制气缸8收缩时，顶盖6向上轻微翻转，不再对顶板9提供压力。弹性夹爪14因自身弹力往内收缩复位，同时使中空锥套12往上顶起，通过连接螺栓10带动顶板9向上移动。藉此可控制机械手组件4的夹持与松开动作，完成对工件的夹持与松开。

值得注意的是，对于一般的工件，可采用先张开弹性夹爪14，待机械手组件4移动到工件处时，收缩弹性夹爪14，使弹性夹爪14夹持在工件的外表面，完成对工件的夹持动作；对于中空结构的工件，可采用先收缩弹性夹爪14，待机械手组件4移动到工件处时，张开弹性夹爪14，使弹性夹爪14张紧在工件中空结构的内壁，完成对工件的夹持动作。

为了使顶盖6与顶板9的接触点在顶板9的中部，使受力更为平衡稳定，作为优选，顶盖6上设有压块。

修正电机15旋转时，通过电机齿轮16带动机械手齿轮13旋转。由于铰链架7、内套11、机械手齿轮13及弹性夹爪14，是刚性连接在一起的整体，且内套11能带动顶板9、连接螺栓10及中空锥套12同步旋转，所以随着机械手齿轮13旋转时，机械手组件4除外壳5以外，其他部件都可在外壳5内部进行旋转。通过控制修正电机15的旋转角度，即可控制机械手组件4的旋转角度，从而对夹持的工件进行修正。作为优选，机械手组件4还包括感应开关；感应开关安装在外壳5的侧方。感应开关能在机械手组件4旋转到起始角度时发出感应信号，以此标记机械手组件4旋转的起始点。通过检测感应信号，能检测机械手组件4的旋转是否准确复位。

顶盖6、顶板9、内套11及中空锥套12均设有贯通孔。此结构是本机械手组件4最为独特的创新之处。所述部件的贯通孔能形成一个完全贯通整个机械手组件4的孔，由此可用于视像识别系统的摄像。

视像识别系统，用于对工件进行摄像识别；视像识别系统安装在水平运动副2工作行程的起点处。

进行摄像识别工作时，水平运动副2位于工作行程的起点，此时视像识别系统位于机械手组件4的正上方。通过顶盖6、顶板9、内套11及中空锥套12的贯通孔，视像识别系统能在机械手组件4对工件夹持的同时，进行摄像识别，反馈识别信息到系统。系统则可通过识别信息进行计算，控制修正电机15旋转相应的修正角度，对工件的摆放方位进行智能修正。

本实施例一种智能修正机械手系统的工作步骤如下：

此处，以带有中空结构的工件为本发明的作用对象。

首先，水平运动副2处于工作行程的起点位置，此时视像识别系统位于机械手组件4的正上方。竖直运动副3工作，上下气缸向下伸出，使机械手组件4下降至工件处。然后机械手组件4工作，控制气缸8伸出，使弹性夹爪14张开，张紧在工件中空结构的内壁，夹持工件。竖直运动副3工作，上下气缸向上收缩，使机械手组件4上升，提起工件。

随后，通过顶盖6、顶板9、内套11及中空锥套12的贯通孔，视像识别系统对夹持的工件进行摄像识别工作，并将识别信息反馈到系统中进行运算。

然后,水平运动副2工作，带动机械手组件4移动到外部设备的正上方。在此过程中，机械手组件4根据系统的运算结果进行修正工作，修正电机15根据系统的运算结果旋转相应的角度，带动弹性夹爪14进行旋转修正。到水平运动副2移动完毕以前，机械手组件4已完成修正工作。当安装在水平运动副2工作行程终点的感应开关发出感应信号时，水平运动副2移动完成。

当水平运动副2带动机械手组件4移动到外部设备的正上方时，竖直运动副3工作，上下气缸向下伸出，带动机械手组件4下降，使工件下降至外部设备处。机械手组件4的控制气缸8收缩，使顶盖6不再对顶板9提供压力，弹性夹爪14收缩，松开工件，完成工件向外部设备的移动。

最后，竖直运动副3带动机械手组件4向上移动，水平运动副2移动至工作行程的起点位置进行复位。在此过程中，机械手组件4旋转复位，修正电机15旋转，带动弹性夹爪14复位旋转，直至安装在外壳5侧方的感应开关发出感应信号时，机械手组件4旋转复位完成。到水平运动副2移动至工作行程的起点位置以前，机械手组件4已完成复位动作。当安装在水平运动副2工作行程起点的感应开关发出感应信号时，水平运动副2复位完成。

实施例二

与实施例一的唯一区别在于：作为优选，在本实施例中，所述水平运动副2采用“滚珠丝杆”驱动方案。此驱动方案中的水平运动副2包括：驱动电机、滚珠丝杆、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；滚珠丝杆安装在支架1上；驱动电机与滚珠丝杆连接，驱动电机驱动滚珠丝杆运动；水平导向轴与滚珠丝杆平行布置，安装在滚珠丝杆两侧；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及滚珠丝杆连接。

通过驱动电机旋转，驱动滚珠丝杆带动安装架做水平移动，从而带动机械手组件4水平移动。由于滚珠丝杆本身不具备导向的构件，需要另设水平导向轴与水平直线导轨进行导向。安装架在水平导向轴及水平直线导轨的导向下做水平移动，通过控制驱动电机的旋转与停止，能轻易控制滚珠丝杆的运动与停止，但停止位置的定位精度低于精密线性模组的定位精度。

设备整体的工作过程及原理与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

与实施例一的唯一区别在于：作为优选，在本实施例中，所述水平运动副2采用“气缸”驱动方案。此驱动方案中的水平运动副2包括：驱动气缸、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；驱动气缸安装在支架1上；水平导向轴与驱动气缸的伸缩方向平行布置，水平导向轴安装在支架1上；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及驱动气缸连接。

通过驱动气缸的伸缩运动，在水平导向轴及水平直线轴承的导向作用下，带动安装架做水平移动，从而带动机械手组件4水平移动。此方案结构最为简单，驱动气缸的动作单一，反应迅速，控制简便。但气缸传动平稳性不如精密线性模组及滚珠丝杆，且较难实现行程中部位置的悬停，一般只能实现工作行程起点与终点的定位。

设备整体的工作过程及原理如上所述，在此不再赘述。

本发明所提供的一种智能修正机械手系统，运用水平运动副2与竖直运动副3的配合工作，完成机械手组件4在水平与竖直方向上的两轴移动。在夹持工件的同时，通过视像识别系统对工件进行智能识别，并对识别信息进行运算，从而智能修正工件的摆放角度。同时，本发明特有的机械手组件4，能在夹持工件的同时，与视像识别系统配合工作，拥有极高的智能，自动化程度极高。值得注意的是，在本发明的三个不同的实施例当中，水平运动副2采用了三个不同的实施方案。三个实施方案各自有其不同的特点，应根据不同的实际环境情况及不同的需求来选用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种智能修正机械手系统，包括视像识别系统，其特征在于，还包括：支架、水平运动副、竖直运动副和机械手组件；水平运动副安装在支架上；竖直运动副安装在水平运动副上；机械手组件安装在竖直运动副上；视像识别系统安装在水平运动副工作行程的起点处。

2.根据权利要求1所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述水平运动副包括：驱动电机、精密线性模组和安装架；精密线性模组安装在支架上；驱动电机与精密线性模组连接，驱动电机驱动精密线性模组运动；安装架安装在精密线性模组上。

3.根据权利要求1所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述水平运动副包括：驱动电机、滚珠丝杆、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；滚珠丝杆安装在支架上；驱动电机与滚珠丝杆连接，驱动电机驱动滚珠丝杆运动；水平导向轴与滚珠丝杆平行布置，安装在滚珠丝杆两侧；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及滚珠丝杆连接。

4.根据权利要求1所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述水平运动副包括：驱动气缸、水平直线轴承、水平导向轴和安装架；驱动气缸安装在支架上；水平导向轴与驱动气缸的伸缩方向平行布置，水平导向轴安装在支架上；水平直线轴承套在水平导向轴上；安装架与直线轴承及驱动气缸连接。

5.根据权利要求2、3或4所述的智能修正机械手系统，其特征在于：所述水平运动副还包括感应开关，感应开关安装在水平运动副工作行程的起点与终点处。

6.根据权利要求2、3或4所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述竖直运动副包括：上下气缸、竖直导向轴、竖直直线轴承和缓冲装置；上下气缸安装在安装架上；竖直导向轴与上下气缸伸缩方向平行布置，竖直导向轴安装在安装架上；竖直直线轴承套在竖直导向轴上；上下气缸工作行程的顶部和底部各安装有缓冲装置。

7.根据权利要求6所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述缓冲装置为弹簧缓冲装置。

8.根据权利要求6所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述缓冲装置为聚氨酯缓冲装置。

9.根据权利要求6所述的智能修正机械手系统，其特征在于，所述机械手组件包括：外壳、轴承、顶盖、铰链架、控制气缸、顶板、连接螺栓、内套、中空锥套、机械手齿轮、弹性夹爪、修正电机和电机齿轮；外壳安装在竖直直线轴承上，外壳与上下气缸连接；内套通过轴承安装在外壳内部；铰链架与内套刚性连接；顶盖与铰链架铰接；控制气缸安装在铰链架上，顶盖与控制气缸连接；顶板位于顶盖下方，顶板与连接螺栓上端刚性连接；连接螺栓穿过内套，连接螺栓下端与中空锥套刚性连接；机械手齿轮与内套刚性连接；弹性夹爪设有内锥面，弹性夹爪与机械手齿轮刚性连接；修正电机安装在外壳的侧方；电机齿轮与修正电机连接，电机齿轮与机械手齿轮啮合。

10.根据权利要求9所述的智能修正机械手系统，其特征在于：所述机械手组件还包括感应开关；感应开关安装在外壳的侧方。

11.根据权利要求9所述的智能修正机械手系统，其特征在于：所述顶盖、顶板、内套及中空锥套均设有贯通孔。

12.根据权利要求9所述的智能修正机械手系统，其特征在于：所述顶盖上设有压块。

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