CN104526706A - 一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统，其主要技术方案为采用成熟商用机器人平台，机械手臂末端加装专用卡具，结合机器视觉识别技术识别工件位置并提高机器人执行精度，并由集中控制系统控制机器人执行动作完成铝熔炼上料动作。熔炼过程中的上料工序，工作环境恶劣且工作强度高。系统可用于代替人工操作，降低用工成本，提高工作效率，同时保护工人健康。

Description

一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统

技术领域：

 本发明涉及一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统，属工业机器人应用领域。

背景技术：

 机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。。

从应用环境出发，机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力，同时能提升工作效率和产品品质。富士康机器人可以承接生产线精密零件的组装任务，更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作，并可与数控超精密铁床等工作母机结合模具加工生产，提高生产效率，替代部分非技术工人。使用工业机器人可以降低废品率和产品成本，提高了设备的利用率，降低了工人误操作带来的风险等，其带来的一系列效益也十分明显，例如减少人工用量、减少设备损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力，平均故障间隔期达60000小时以上，比传统的自动化工艺更加先进。在发达国家中工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线以保证产品质量和生产高效率。目前典型的成套装备有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子电器等机器人

  熔炼是铸造生产工艺之一。将金属材料及其它辅助材料投入加热炉溶化并调质，炉料在高温(1300～1600K)炉内物料发生一定的物理、化学变化，产出粗金属或金属富集物和炉渣的火法冶金过程。目前大部分的铝熔炼过程，尤其是广大中小企业的铝熔炼，多采用人工上料和叉车上料，投资较大、用工成本高、工作效率低，并且恶劣的工作环境对工人的健康伤害极大。

发明内容：

 本发明为一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统，其技术方案为采用成熟商用机器人平台，如KUKA、那智或其他机器人平台。机械手臂末端安装专用卡具，卡具采取抓取式设计。结合机器视觉识别技术识别工件位置，并由集中控制系统控制机器人执行动作完成铝熔炼上料动作。

 系统采用视觉识别技术，利用CCD、CMOS或其他摄像头采集工件的图像，并对机器人执行过程中的执行精度进行修正。视觉识别系统摄像头为双摄像头或更多，采集多方位视频信号。

 系统采用集中控制系统，系统硬件为采购成熟商用机器人控制模块。模块采集摄像头输入信息并进行处理，获得工件的外形信息。然后控制机器人执行夹取、搬运和投料等工序，并实时采集摄像头传递过来的视频信息，对工序执行过程进行修正。

  系统所用卡具为专门设计，包括为熔炼铝锭所用的抓取卡具、熔炼废铝团块所用的抓取卡具等。

有益效果：

 目前大部分的铝熔炼过程，尤其是广大中小企业的铝熔炼，多采用人工上料和叉车上料，投资较大、用工成本高、工作效率低，并且恶劣的工作环境对工人的健康伤害极大。本发明专利公开的视觉识别机器人系统，采用工业机器人代替人工的抓取、运输和上料工作，同时结合机器视觉识别技术识别工件位置并提高机器人执行精度，由集中控制系统控制机器人执行动作完成铝熔炼上料动作。熔炼过程中的上料工序，工作环境恶劣且工作强度高。系统可用于代替人工操作，降低用工成本，提高工作效率，同时保护工人健康。。

附图说明：

 图1为机器人系统抓取废铝打包团块并投放的示意图。

 图2为适用于铝锭与铝团块抓取的卡具示意图。

 附图标记：1-熔炼炉；2-机械臂；3-废铝包；4-机械爪；5-铝锭；6-带倒刺机械爪；7-倒刺；8-废铝包。

具体实施方式：

 结合图1来说明基于本发明内容所提及的一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统的优选方案。

 系统采用KUKA公司KR210工业机器人平台，最大工作半径2900mm，机械手臂最大承重210Kg。

 系统采用KUKA公司KR C4控制系统，集安全控制、机器人控制、逻辑控制、运动控制和工艺流程控制集成于一体，专用控制模块之间能进行实时通信，冷却装置无需保养且不带滤毡。

 采用为废铝团块专门定制的抓手，能够高效可靠的抓取废铝压块，并准确放置到熔炼坩埚中。

系统经视觉识别修正后，执行精度可达到1mm，能准确抓取废铝团块，并将其投放在熔炼炉内。在3m工作半径内可以5s投送一个团块，速度相比叉车投放提高100~200%，并且无需人工操作。

 机器人本体防护等级IP65，机器手臂和抓手耐热涂层处理，可以应对熔炼的高温高粉尘恶劣环境。

Claims (4)

1.一种用于铝熔炼上料的视觉识别机器人系统，其特征在于：系统采用成熟商用机器人平台，如KUKA、那智或其他机器人平台，机械手臂末端安装专用卡具，卡具采取抓取式设计。

2.根据权利1所述的机器人系统，其特征在于：系统采用视觉识别技术，利用CCD、CMOS或其他摄像头采集工件的图像，并对机器人执行过程中的执行精度进行修正，视觉识别系统摄像头为双摄像头或更多，采集多方位视频信号。

3.根据权利1所述的机器人系统，其特征在于：系统采用集中控制系统，系统硬件为采购成熟商用机器人控制模块，模块采集摄像头输入信息并进行处理，获得工件的外形信息，然后控制机器人执行夹取、搬运和投料等工序，并实时采集摄像头传递过来的视频信息，对工序执行过程进行修正。

4.根据权利3所述的机器人系统，其特征在于：系统所用卡具为专门设计，包括为熔炼铝锭所用的抓取卡具、熔炼废铝团块所用的抓取卡具等。