CN105290785A - 基于视觉的工件分拣及组装系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉的工件分拣及组装系统，包括：选料存放输送线；分拣机器人，其机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具，用于对选料存放输送线上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线上提取目标物料并转移至配料输送线；配料输送线，与选料存放输送线平行间隔布置，用于将目标物料传送至组装机器人的工作范围内；主体零件输送线，用于输送主体零件至组装机器人的工作范围内；组装机器人，其机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具，用于提取并转移主体零件输送线传递的主体零件至组装输送线，并依序提取并转移配料输送线传递的分拣后的目标物料至组装输送线以在组装输送线进行工件组装，实现了基于工业机器人的单件、定制生产。

Description

基于视觉的工件分拣及组装系统
技术领域
本发明涉及工件加工领域，特别地，涉及一种基于视觉的工件分拣及组装系统。
背景技术
目前国内道岔焊接、装载机连杆焊接、发动机及变速箱装配等生产领域，仍然采用人工生产模式，没有大量运用自动化生产模式的主要原因是：1、使用自动化生产也需要频繁人工参与才能完成，由于机器人定位精度高，自适应能力差，反而要求更高的工人素质才能配合；2、由于机器人智能化程度不够，很难适应单件生产模式。
以铁路建设中所使用的道岔生产为例，由于道岔种类多达上千种，生产中，一种道岔连续生产最多3到5件，因此给自动化生产带来了很大的难题。经过多次对道岔生产企业进行调研发现，在道岔选料环节中，基本还处于人工作业的状态，道岔零件种类繁多，工人在选料、备料时，难度大，出错率高，由于道岔种类多，因此要投入大量的资源制作大量夹具来适应焊接生产。
现阶段机器人在装配、搬运方面的运用，仅仅在大规模批量生产中得到推广及运用。目前，机器人在生产中拥有生产质量高、工件一致性好、效率高等特点，但机器人在生产前必须进行人工选料、人工物料定位等复杂的人工参与。由机器人智能化程度低，工件只有进行精确定位后机器人才能顺利进行生产，使机器人在生产前的准备中变得非常繁琐。在单件、定制化生产领域中，机器人更是失去了其应有的价值。
发明内容
本发明提供了一种基于视觉的工件分拣及组装系统，以解决现有的自动化加工系统由于不具备选料及组装功能导致的工业机器人无法应用至单件、定制化生产领域的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于视觉的工件分拣及组装系统，包括：
选料存放输送线，用于将待分拣的物料经料框沿选料存放输送线存放至预定工位；
分拣机器人，经机器人行走机构沿平行于选料存放输送线的方向移动，分拣机器人的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具，用于对选料存放输送线上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线上提取目标物料并转移至配料输送线；
配料输送线，与选料存放输送线平行间隔布置，用于将目标物料传送至组装机器人的工作范围内；
主体零件输送线，用于输送加工对象的主体零件至组装机器人的工作范围内；
组装机器人，组装机器人的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具，用于提取并转移主体零件输送线传递的主体零件至组装输送线，并依序提取并转移配料输送线传递的分拣后的目标物料至组装输送线以在组装输送线进行工件组装。
进一步地，带视觉识别的抓取夹具包括夹具支架，夹具支架的中心端面经法兰连接分拣机器人或者组装机器人的机械手的端面，夹具支架上固定有用于吸取物料的吸具及用于识别物料的种类及位置的图像传感器。
进一步地，选料存放输送线为两条，配料输送线位于基于视觉的工件分拣及组装系统的中轴线上，且两条选料存放输送线分别平行布置于配料输送线的两侧，相应地，分拣机器人为两组，以与两条选料存放输送线一一对应，每组分拣机器人对应的机器人行走机构在长度方向上与选料存放输送线保持平齐。
进一步地，分拣机器人和组装机器人的机械手均为六轴机械手。
进一步地，每条选料存放输送线还对应设有与其平行间隔设置的料框回流输送线，选料存放输送线对应的分拣机器人经带视觉识别的抓取夹具识别选料存放输送线上空置状态的料框并将空置状态的料框转移至料框回流输送线。
进一步地，料框的底部设有用于定位的定位销套，选料存放输送线上各预定工位处设有用于与定位销套配合以定位料框的定位销。
进一步地，料框的顶部设有与料框底部的定位销套匹配的定位销，以便于相邻的两个料框叠置，选料存放输送线上预定工位处叠置两个或者两个以上的料框以供分拣机器人选料。
进一步地，组装机器人的工作范围内还设置用于存放组装过程中使用的标准件的批量配件料框，组装机器人经其带视觉识别的抓取夹具提取并转移标准件至组装输送线进行在线组装。
进一步地，主体零件输送线呈L形，其具有与选料存放输送线平行布置的直线段及沿垂直于选料存放输送线长度方向布置的延伸段，组装输送线平行于延伸段布置。
本发明具有以下有益效果：
本发明基于视觉的工件分拣及组装系统，通过设置选料存放输送线，且经料框将待分拣的物料沿选料存放输送线输送至预定工位，分拣机器人对选料存放输送线上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线上提取目标物料并转移至配料输送线，组装机器人经带视觉识别的抓取夹具提取并转移主体零件输送线传递的主体零件至组装输送线，并依序提取并转移配料输送线传递的分拣后的目标物料至组装输送线以在组装输送线进行工件组装，实现了物料的智能识别、在线分拣及在线组装，通过不同零件的组合，以得到不同的工件，实现了基于工业机器人的单件、定制生产，可广泛应用于道岔焊接、装载机连杆焊接、发动机及变速箱装配等生产领域。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例基于视觉的工件分拣及组装系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、第一分拣机器人；2、带视觉识别的抓取夹具；
3、选料存放输送线；4、料框回流输送线；
5、机器人行走机构；6、配料输送线；
7、第二分拣机器人；8、主体零件输送线；
9、组装输送线；10、组装机器人；
11、批量配件料框。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
针对现有技术中无智能分拣、定位及组装机器人生产存在的以下不足：
1、机器人无法针对随意排列的零件进行选料工作；
2、机器人在装配时必须进行工装定位，对于品种繁多的工件需投入大量制造工装的成本；
3、机器人只能识别位置，无法识别零件对错，工件在生产流程中做不到实时监控，一旦零件放错位置，将生产出废品。
本发明实施例提供一种基于视觉的工件分拣及组装系统，实现工件的在线智能识别、在线分拣及组装，以提高工业化生产效率并满足基于工业机器人的单件、定制生产需求。
参照图1，本发明的优选实施例基于视觉的工件分拣及组装系统，包括：
选料存放输送线3，用于将待分拣的物料经料框沿选料存放输送线3存放至预定工位；
分拣机器人，经机器人行走机构5沿平行于选料存放输送线3的方向移动，分拣机器人的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具2，用于对选料存放输送线3上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线3上提取目标物料并转移至配料输送线6；
配料输送线6，与选料存放输送线3平行间隔布置，用于将目标物料传送至组装机器人10的工作范围内；
主体零件输送线8，用于输送加工对象的主体零件至组装机器人10的工作范围内；
组装机器人10，组装机器人10的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具2，用于提取并转移主体零件输送线8传递的主体零件至组装输送线9，并依序提取并转移配料输送线6传递的分拣后的目标物料至组装输送线9以在组装输送线9进行工件组装。
本实施例基于视觉的工件分拣及组装系统通过设置选料存放输送线3，且经料框将待分拣的物料沿选料存放输送线3输送至预定工位，分拣机器人对选料存放输送线上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线3上提取目标物料并转移至配料输送线6，组装机器人10经带视觉识别的抓取夹具2提取并转移主体零件输送线8传递的主体零件至组装输送线9，并依序提取并转移配料输送线6传递的分拣后的目标物料至组装输送线9并在组装输送线9进行工件组装，实现了物料的智能识别、在线分拣及在线组装，通过不同零件的组合，以得到不同的工件，实现了基于工业机器人的单件、定制生产，可广泛应用于道岔焊接、装载机连杆焊接、发动机及变速箱装配等生产领域。
本实施例中，带视觉识别的抓取夹具2包括夹具支架，夹具支架的中心端面经法兰连接分拣机器人或者组装机器人10的机械手的端面，夹具支架上固定有用于吸取物料的吸具及用于识别物料的种类及位置的图像传感器。优选地，本实施例吸具经螺钉固定于夹具支架的中心位置。图像传感器为CCD摄像头，图像传感器经螺钉固定于夹具支架上且与吸具间隔。优选地，夹具支架的周缘设有用于将物料定位并夹紧的的抓手工装，抓手工装可拆卸式安装于夹具支架的周缘上。本实施例中，夹具支架的周缘设有多个伸出端，每个伸出端的末端端面法向安装抓手工装。更优选地，抓手工装为气动或者电动结构，抓手手指水平伸缩，对中夹紧；在垂直抓手手指伸缩平面且在抓手工装中心位置设有一压紧机构，压紧机构为气动或者电动。本实施例吸具为圆型或者方型结构，其中心设有安装法兰面，且与夹具支架中心固定安装；吸具为磁力吸盘或者气动吸盘。图像传感器为CCD摄像头。
参照图1，本实施例中，配料输送线6通过地脚螺栓与地面竖直固定连接，且配料输送线放置在本实施例基于视觉的工件分拣及组装系统的对称中线，即中轴线上；本实施例选料存放输送线3为两条，且两条选料存放输送线3通过地脚螺栓与地面竖直固定连接且分别平行布置于配料输送线6的两侧，输送方向与配料输送线6输送方向一致，相应地，分拣机器人为两组，以与两条选料存放输送线3一一对应，每组分拣机器人对应的机器人行走机构5在长度方向上与选料存放输送线3保持平齐。参照图1，第一分拣机器人1与图1中位于内侧的选料存放输送线3对应以进行在线分拣选料，第二分拣机器人7与图1中靠近外侧的选料存放输送线3对应以进行在线分拣选料。
本实施例中，待分拣的物料经料框放入选料存放输送线3上。本实施例的料框的底部设有用于定位的定位销套，选料存放输送线3上各预定工位处设有用于与定位销套配合以定位料框的定位销。这样，人工将盛放有同型号的物料放入一料框内，且该料框经输送线的传递且经定位销套及定位销的配合定位至预定工位，以供分拣机器人经带视觉识别的抓取夹具2识别并转移目标物料至配料输送线6。
优选地，为了便于将选料存放输送线3上物料被转移完后空置状态的料框及时自动转移走，本实施例中，每条选料存放输送线3还对应设有与其平行间隔设置的料框回流输送线4，选料存放输送线3对应的分拣机器人经带视觉识别的抓取夹具2识别选料存放输送线3上空置状态的料框并将空置状态的料框转移至料框回流输送线4，以及时转移走空置状态的料框，以免影响在线加工生产。优选地，本实施例料框的顶部设有与料框底部的定位销套匹配的定位销，以便于相邻的两个料框叠置，选料存放输送线3上预定工位处叠置两个或者两个以上的料框以供分拣机器人选料。在实际操作过程中，对于在线组装需求量大的物件，可以采用叠置料框的方式以确保足够数目的物料存放至预定工位，且当位于最上层的料框的物料耗尽时，分拣机器人通过带视觉识别的抓取夹具2识别并转移空置状态的料框至料框回流输送线4，以便于分拣机器人下次在下一层料框内提取并分拣物料。
本实施例中，优选地，分拣机器人和组装机器人10的机械手均为六轴机械手。通过采用六轴机械手，方便在加工过程中的角度切换以分拣、组装物料。
优选地，参照图1，本实施例组装机器人10的工作范围内还设置用于存放组装过程中使用的标准件的批量配件料框11，组装机器人10经其带视觉识别的抓取夹具2提取并转移标准件至组装输送线9进行在线组装。本实施例批量配件料框11通过地脚螺栓与地面竖直固定连接，且布置于组装机器人10的工作范围内，通过设置批量配件料框11，可以避免从配料输送线6上提取组装过程中所需的标准件，大大提高在线加工效率。
优选地，参照图1，本实施例主体零件输送线8呈L形，其具有与选料存放输送线3平行布置的直线段及沿垂直于选料存放输送线3长度方向布置的延伸段，组装输送线9平行于延伸段布置。通过采用该布置结构，可以极大利用本实施例系统的纵向布置空间，从而使得整体结构紧凑，占用空间小。
从以上的描述可以得知，本实施例通过设置选料存放输送线，且经料框将待分拣的物料沿选料存放输送线输送至预定工位，分拣机器人对选料存放输送线上待分拣的物料进行图像识别并从选料存放输送线上提取目标物料并转移至配料输送线，组装机器人经带视觉识别的抓取夹具提取并转移主体零件输送线传递的主体零件至组装输送线，并依序提取并转移配料输送线传递的分拣后的目标物料至组装输送线以在组装输送线进行工件组装，实现了物料的智能识别、在线分拣及在线组装，通过不同零件的组合，以得到不同的工件，实现了基于工业机器人的单件、定制生产，可广泛应用于道岔焊接、装载机连杆焊接、发动机及变速箱装配等生产领域。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，包括：
选料存放输送线(3)，用于将待分拣的物料经料框沿所述选料存放输送线(3)存放至预定工位；
分拣机器人，经机器人行走机构(5)沿平行于所述选料存放输送线(3)的方向移动，所述分拣机器人的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具(2)，用于对所述选料存放输送线(3)上待分拣的物料进行图像识别并从所述选料存放输送线(3)上提取目标物料并转移至配料输送线(6)；
配料输送线(6)，与所述选料存放输送线(3)平行间隔布置，用于将所述目标物料传送至组装机器人(10)的工作范围内；
主体零件输送线(8)，用于输送加工对象的主体零件至组装机器人(10)的工作范围内；
组装机器人(10)，所述组装机器人(10)的机械手上安装有带视觉识别的抓取夹具(2)，用于提取并转移所述主体零件输送线(8)传递的主体零件至组装输送线(9)，并依序提取并转移所述配料输送线(6)传递的分拣后的目标物料至组装输送线(9)以在所述组装输送线(9)进行工件组装。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述带视觉识别的抓取夹具(2)包括夹具支架，所述夹具支架的中心端面经法兰连接所述分拣机器人或者所述组装机器人(10)的机械手的端面，所述夹具支架上固定有用于吸取物料的吸具及用于识别物料的种类及位置的图像传感器。
3.根据权利要求1所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述选料存放输送线(3)为两条，所述配料输送线(6)位于所述基于视觉的工件分拣及组装系统的中轴线上，且两条所述选料存放输送线(3)分别平行布置于所述配料输送线(6)的两侧，相应地，所述分拣机器人为两组，以与两条所述选料存放输送线(3)一一对应，每组所述分拣机器人对应的机器人行走机构(5)在长度方向上与所述选料存放输送线(3)保持平齐。
4.根据权利要求3所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述分拣机器人和所述组装机器人(10)的机械手均为六轴机械手。
5.根据权利要求4所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
每条所述选料存放输送线(3)还对应设有与其平行间隔设置的料框回流输送线(4)，所述选料存放输送线(3)对应的所述分拣机器人经带视觉识别的抓取夹具(2)识别所述选料存放输送线(3)上空置状态的料框并将空置状态的料框转移至所述料框回流输送线(4)。
6.根据权利要求1所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述料框的底部设有用于定位的定位销套，所述选料存放输送线(3)上各预定工位处设有用于与所述定位销套配合以定位所述料框的定位销。
7.根据权利要求6所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述料框的顶部设有与所述料框底部的定位销套匹配的定位销，以便于相邻的两个料框叠置，所述选料存放输送线(3)上预定工位处叠置两个或者两个以上的料框以供所述分拣机器人选料。
8.根据权利要求1至7所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述组装机器人(10)的工作范围内还设置用于存放组装过程中使用的标准件的批量配件料框(11)，所述组装机器人(10)经其带视觉识别的抓取夹具(2)提取并转移所述标准件至组装输送线(9)进行在线组装。
9.根据权利要求8所述的基于视觉的工件分拣及组装系统，其特征在于，
所述主体零件输送线(8)呈L形，其具有与所述选料存放输送线(3)平行布置的直线段及沿垂直于所述选料存放输送线(3)长度方向布置的延伸段，所述组装输送线(9)平行于所述延伸段布置。
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