CN105314394B - 基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具及搬运系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，包括夹具本体，夹具本体与搬运机器人本体相连，夹具本体上设有视觉系统、检测系统以及气控系统；视觉系统、检测系统以及气控系统均与搬运机器人的控制系统相连。本发明还公开了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运系统，包括搬运机器人、机器人控制系统、以及视觉系统、检测系统和气控系统，机器人控制系统控制搬运机器人、视觉系统、检测系统以及气控系统本发明的机器人搬运夹具及控制系统能够实现缸盖搬运的自动化和智能化，搬运效率高、生产成本低、搬运的安全性高、且能满足机器人机加工的节拍要求。
Description
技术领域
本发明涉及缸盖的机器人搬运夹具及搬运系统领域，特别地，涉及一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具。此外，本发明还涉及一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运系统。
背景技术
目前，发动机缸盖生产加工主要采用人工手动方式进行上料和下料，而对于大中型汽车或大吨位工程机械的发动机缸盖，由于其种类繁多、且重量较重，因此，采用人工进行缸盖上料和下料时，其搬运效率低，容易出现安全事故；且随着工业自动化的快速发展，生产节奏不断加快，人力成本持续增加，在此形势下，采用人工进行缸盖生产上料和下料，工作效率低，生产成本高，更甚的是采用人工上料和下料不能满足机器人机加工的节拍要求。
发明内容
本发明提供了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具及搬运系统，以解决现有的人工进行缸盖上下料时存在的搬运效率低、安全性低、生产成本高、且不能满足机器人机加工的节拍要求的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，包括用于夹持缸盖的夹具本体，夹具本体与搬运机器人本体相连，夹具本体上设有用于识别缸盖并获取缸盖的位置坐标的视觉系统、用于判断夹具本体搬运缸盖前是否到位的检测系统、以及控制夹具本体夹持缸盖的气控系统；视觉系统、检测系统以及气控系统均与搬运机器人的控制系统相连。
进一步地，夹具本体包括与搬运机器人本体相连的支架、用于夹持缸盖的夹头构件；夹头构件设置于支架上且与气控系统相连；视觉系统和检测系统均设置于支架上。
进一步地，夹头构件包括与支架固定的定夹头、与定夹头配合以夹持缸盖的动夹头、以及驱动动夹头移动的驱动件；驱动件设置于支架上且与气控系统相连；动夹头与驱动件的输出端相连且与定夹头相对设置。
进一步地，定夹头和动夹头均包括夹头安装板、弹性胶垫、以及定位销；定夹头的夹头安装板与支架相连，动夹头的夹头安装板与驱动件的输出端相连；定位销固定设置于夹头安装板上，以用于伸入缸盖上的定位孔内对缸盖进行定位；弹性胶垫嵌套于定位销上且与夹头安装板固定。
进一步地，支架包括主梁构件和与主梁构件相连的副梁构件；主梁构件与搬运机器人本体相连，视觉系统和检测系统均设置于主梁构件上；夹头构件设置于副梁构件上。
进一步地，主梁构件包括支承主梁、设置于支承主梁上的用于与搬运机器人本体相连的法兰安装板、用于安装视觉系统的第一安装板、用于安装检测系统的第二安装板、以及用于安装副梁构件的第三安装板；副梁构件包括与第三安装板相连的支承副梁、设置于支承副梁上且对称布置的第一支管和第二支管、设置于第一支管上用于安装定夹头的第四安装板、以及设置于第二支管上用于安装驱动件的第五安装板。
进一步地，检测系统和夹头构件的数量均为两组；支承主梁上设有两块用于分别安装两组检测系统的第二安装板、两块第二安装板关于支承主梁的长度方向对称布置；支承主梁上设有两块用于分别安装两组夹头构件的第三安装板、两块第三安装板关于支承主梁的长度方向对称布置，且两块第三安装板位于两块第二安装板之间。
进一步地，检测系统包括用于与缸盖的上端面抵顶的缓冲构件、以及用于与缓冲构件配合以检测夹具本体夹持缸盖前是否到位的检测构件；缓冲构件和检测构件均设置于第二安装板上。
进一步地，缓冲构件的数量为两组，两组缓冲构件关于第二安装板的长度方向对称布置，每组缓冲构件包括：与第二安装板固定的安装法兰、上下滑动设置于安装法兰上用以与缸盖抵顶的顶杆、套设于顶杆的顶端用以使顶杆悬挂设置于安装法兰上的锁紧螺母、以及套设于顶杆上且两端分别与第二安装板和顶杆的底端抵顶的弹簧。
进一步地，视觉系统包括相机、光源、图像处理单元及视觉数据传输线；相机和光源均设置于第一安装板上，相机对缸盖进行拍照，图像处理单元对相机摄取的图片进行处理以获取缸盖的定位坐标数据，并借由视觉数据传输线将定位坐标数据传输至搬运机器人的控制系统。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运系统，包括搬运机器人、机器人控制系统、以及如上述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，机器人控制系统控制搬运机器人、视觉系统、检测系统以及气控系统；视觉系统用以对发动机缸盖进行拍照和坐标定位，且将发动机缸盖的定位坐标数据发送至机器人控制系统；检测系统用以检测搬运机器人上的搬运夹具搬运缸盖前是否到位，且将检测结果传送至机器人控制系统；机器人控制系统根据定位坐标数据调整搬运机器人的姿态，且根据检测结果控制气控系统以使搬运夹具夹紧缸盖，并控制搬运机器人移动至缸盖所需搬运的位置。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的机器人搬运夹具采用视觉系统定位，定位精度高、且适用性强；本发明的机器人搬运夹具能够实现缸盖搬运的自动化和智能化，搬运效率高、成产成本低、搬运的安全性高、且能满足机器人机加工的节拍要求。
2、本发明的机器人搬运系统能够实现缸盖搬运的自动化和智能化，且搬运效率高、成产成本低、搬运的安全性高、且能满足机器人机加工的节拍要求。
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的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具夹持发动机缸盖时的空间结构示意图；
图2是图1中的搬运夹具的空间结构示意图；
图3是图1中的搬运夹具的垂直缓冲构件的局部剖视结构示意图；
图4是本发明优选实施例的基于视觉的发动机缸盖的搬运系统搬运缸盖时的控制流程。
图例说明
1、视觉系统；2、检测系统；21、缓冲构件；211、安装法兰；212、顶杆；213、锁紧螺母；214、弹簧；215、耐磨垫圈；22、检测构件；3、支架；31、主梁构件；311、支承主梁；312、法兰安装板；313、第一安装板；314、第二安装板；315、第三安装板；32、副梁构件；321、支承副梁；322、第一支管；323、第二支管；324、第四安装板；325、第五安装板；4、夹头构件；41、定夹头；42、动夹头；43、驱动件；401、夹头安装板；402、弹性胶垫；403、定位销；6、缸盖；601、定位孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，包括用于夹持缸盖的夹具本体，夹具本体与搬运机器人本体相连，夹具本体上设有用于识别所述缸盖6并获取缸盖的位置坐标的视觉系统1、用于判断夹具本体搬运缸盖前是否到位的检测系统2、以及控制夹具本体夹持缸盖的气控系统；视觉系统1、检测系统2以及气控系统均与搬运机器人的控制系统相连。本发明的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具搬运缸盖时时，视觉系统1首先识别缸盖并获取缸盖的位置坐标，且将获取的位置坐标传送给搬运机器人的控制系统；检测系统2判断搬运夹具是否到位，并将检测结果传送至搬运机器人的控制系统，搬运机器人的控制系统根据检测结果控制气控系统以驱动夹具本体移动以夹持缸盖并将缸盖搬运至设定位置。本发明的机器人搬运夹具采用视觉系统1定位，定位精度高、且适用性强；本发明的机器人搬运夹具能够实现缸盖搬运的自动化和智能化，搬运效率高、生产成本低、搬运的安全性高、且能满足机器人机加工的节拍要求。
可选地，如图1所示，夹具本体包括与搬运机器人本体相连的支架3、用于夹持所述缸盖6的夹头构件4；夹头构件4设置于支架3上且与气控系统相连；视觉系统1和检测系统2均设置于支架3上。
进一步地，夹头构件4包括与支架3固定的定夹头41、与定夹头41配合以夹持所述缸盖6的动夹头42、以及驱动动夹头42移动的驱动件43；驱动件43设置于支架3上且与气控系统相连，以在气控系统的作用下动作以驱动动夹头42移动；动夹头42与驱动件43的输出端相连且与定夹头41相对设置，动夹头42在驱动件43的作用下朝向定夹头41移动以夹紧所述缸盖6或朝向远离定夹头41的方向移动以松开缸盖。本发明具体的实施例中，驱动件43为气缸。本发明的夹具本体结构简单，易于制造，夹紧或松开缸盖时操作简单。
本发明优选的实施例中，如图1所示，定夹头41包括夹头安装板401、弹性胶垫402、以及定位销403；夹头安装板401与支架3固定，定位销403固定设置于夹头安装板401上，以用于伸入缸盖上的定位孔601内对缸盖进行定位；弹性胶垫402嵌套于定位销403上且与夹头安装板401固定，弹性胶垫402用于保护缸盖被夹持时不受损失。同样的，动夹头42的结构与定夹头41的结构相同，其中，动夹头42的夹头安装板401与驱动件43的输出轴的端部固定。本发明具体的实施例中，每块夹头安装板401上设有两根相对设置的定位销403，每根定位销403上嵌套有一块弹性胶垫402，每块夹头安装板401上的两根定位销403在夹持时同时伸入缸盖上的定位孔601内，从而可更好的对缸盖进行定位，且夹持更牢固。
本发明中，如图2所示，支架3包括主梁构件31和与主梁构件31相连的副梁构件32；主梁构件31与搬运机器人本体相连，视觉系统1和检测系统2均设置于主梁构件31上；夹头构件4设置于副梁构件32上。
可选地，如图2所示，主梁构件31包括支承主梁311、设置于支承主梁311上的用于与搬运机器人本体相连的法兰安装板312、用于安装视觉系统1的第一安装板313、用于安装检测系统2的第二安装板314、以及用于安装副梁构件32的第三安装板315。本发明具体的实施例中，如图2所示，法兰安装板312和第一安装板313均位于支承主梁311的中部，且法兰安装板312叠设于第一安装板313的上表面上，第二安装板314和第三安装板315均垂直支承主梁311设置，且第三安装板315更靠近第一安装板313。
副梁构件32包括与第三安装板315相连的支承副梁321、设置于支承副梁321上且对称布置的第一支管322和第二支管323、设置于第一支管322上用于安装定夹头41的第四安装板324、以及设置于第二支管323上用于安装驱动件43的第五安装板325。本发明具体的实施例中，如图2所示，支承副梁321与第三安装板315平行设置，第一支管322和第二支管323均垂直支承副梁321。
本发明中，如图2所示，为增强检测精度和缸盖夹持的稳定性，本发明中的检测系统2和夹头构件4的数量均为两组；支承主梁311上设有两块用于分别安装两组检测系统2的第二安装板314、两块第二安装板314关于支承主梁311的长度方向对称布置；支承主梁311上设有两块用于分别安装两组夹头构件4的第三安装板315、两块第三安装板315关于支承主梁311的长度方向对称布置，且两块第三安装板315位于两块第二安装板314之间。
本发明中，如图1所示，检测系统2包括用于与所述缸盖6的上端面抵顶的缓冲构件21、以及用于与缓冲构件21配合以检测夹具本体夹持缸盖前是否到位的检测构件22，缓冲构件21和检测构件22均设置于第二安装板314上。
本发明具体的实施例中，如图3所示，缓冲构件21的数量为两组，两组缓冲构件21关于第二安装板314的长度方向对称布置，每组缓冲构件21包括：与第二安装板314固定的安装法兰211、上下滑动设置于安装法兰211上用以与缸盖抵顶的顶杆212、套设于顶杆212的顶端用以使顶杆212悬挂设置于安装法兰211上的锁紧螺母213、以及套设于顶杆212上且两端分别与第二安装板314和顶杆212的底端抵顶的弹簧214。优选地，顶杆212的底端与缸盖的接触处设有耐磨垫圈215。检测时，缓冲构件21跟随夹具本体下移，顶杆212在下移过程中将与缸盖的上表面抵顶，由于顶杆212滑动设置于安装法兰211上，当顶杆212的底端与缸盖抵顶时，顶杆212将向上移动，检测构件22检测顶杆212的上移量，并根据顶杆212的上移量判断夹具本体是否到位，并将检测结果传动给搬运机器人。缓冲构件21不仅用于对搬运夹具进行缓冲，减缓搬运夹具与缸盖之间的碰撞，还对搬运夹具高度方向进行补偿，弥补视觉系统不能检测垂直高度的缺点，还与检测构件22配合，实现搬运夹具到位检测，提高搬运夹具的使用性能。
本发明具体的实施例中，如图2所示，检测构件22包括设置于第二安装板314上的检测件安装板、以及可调节地设置于检测件安装板上的用于检测顶杆212移动距离的检测件，检测件与机器人控制系统相连。优选地，检测件安装板呈“L”型，其水平板与第二安装板314固定，其与水平板垂直的竖直板上开设有腰形孔，腰形孔沿竖直板的高度方向延伸，检测件通过螺钉装设于竖直板上，且通过调节螺钉，可调节检测件在竖直板上的安装位置。检测件为本领域常用的用于检测距离的检测件。
本发明中，视觉系统包括相机、光源、图像处理单元及视觉数据传输线，相机和光源设置于第一安装板313上，相机对缸盖进行拍照，图像处理单元对相机摄取的图片进行处理以获取缸盖的定位坐标数据，并借由视觉数据传输线将定位坐标数据传输至机器人控制系统。
本发明中，气控系统包括空压机、气动二联件、两位电磁控制阀、消声器、气压锁以及调速阀，机器人控制系统根据检测系统的检测结果控制两位电磁控制阀得电，从而使驱动件43动作以夹紧缸盖。
本发明还公开了一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运系统，包括搬运机器人、机器人控制系统、以及如上述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，机器人控制系统控制搬运机器人、视觉系统1、检测系统2以及气控系统；视觉系统1用以对发动机缸盖进行拍照和坐标定位，且将发动机缸盖的定位坐标数据发送至机器人控制系统；检测系统2用以检测搬运机器人上的搬运夹具搬运缸盖前是否到位，且将检测结果传送至机器人控制系统；机器人控制系统根据定位坐标数据调整搬运机器人的姿态，且根据检测结果控制气控系统以使搬运夹具夹紧缸盖，并控制搬运机器人移动至缸盖所需搬运的位置。本发明的机器人搬运系统搬运缸盖时的工作流程如图4所示，机器人控制系统初始化，并控制搬运机器人移动至上料工位，视觉系统1首先对发动机缸盖进行拍照和坐标定位，并将发动机缸盖的定位坐标数据发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据接收的定位坐标数据调整搬运机器人的姿态以便夹持缸盖，夹持缸盖前，检测系统2检测搬运机器人上的搬运夹具搬运缸盖前是否到位，并将检测结果传送给机器人控制系统，机器人控制系统根据接收的检测结果控制气控系统以使搬运夹具夹紧缸盖，并控制搬运机器人移动至缸盖所需搬运的位置。本发明的机器人搬运系统能够实现缸盖搬运的自动化和智能化，且搬运效率高、成产成本低、搬运的安全性高、且能满足机器人机加工的节拍要求。
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 (7)
1.一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
包括用于夹持缸盖(6)的夹具本体，所述夹具本体与搬运机器人本体相连，所述夹具本体上设有用于识别缸盖并获取缸盖的位置坐标的视觉系统(1)、用于判断所述夹具本体搬运缸盖前是否到位的检测系统(2)、以及控制所述夹具本体夹持缸盖的气控系统；
所述视觉系统(1)、所述检测系统(2)以及所述气控系统均与搬运机器人的控制系统相连；
所述夹具本体包括与所述搬运机器人本体相连的支架(3)、用于夹持所述缸盖(6)的夹头构件(4)；
所述夹头构件(4)设置于所述支架(3)上且与所述气控系统相连；
所述视觉系统(1)和所述检测系统(2)均设置于所述支架(3)上；
所述支架(3)包括主梁构件(31)和与所述主梁构件(31)相连的副梁构件(32)；
所述主梁构件(31)与所述搬运机器人本体相连，所述视觉系统(1)和所述检测系统(2)均设置于所述主梁构件(31)上；
所述夹头构件(4)设置于所述副梁构件(32)上；
所述主梁构件(31)包括支承主梁(311)、设置于所述支承主梁(311)上的用于与所述搬运机器人本体相连的法兰安装板(312)、用于安装所述视觉系统(1)的第一安装板(313)、用于安装检测系统(2)的第二安装板(314)、以及用于安装所述副梁构件(32)的第三安装板(315)；
所述副梁构件(32)包括与所述第三安装板(315)相连的支承副梁(321)、设置于所述支承副梁(321)上且对称布置的第一支管(322)和第二支管(323)、设置于所述第一支管(322)上用于安装定夹头(41)的第四安装板(324)、以及设置于所述第二支管(323)上用于安装驱动件(43)的第五安装板(325)；所述支承副梁(321)与所述第三安装板(315)平行设置，所述第一支管(322)和所述第二支管(323)均垂直所述支承副梁(321)；
所述检测系统(2)包括用于与所述缸盖(6)的上端面抵顶的缓冲构件(21)、以及用于与所述缓冲构件(21)配合以检测所述夹具本体夹持所述缸盖(6)前是否到位的检测构件(22)；
所述缓冲构件(21)和所述检测构件(22)均设置于所述第二安装板(314)上。
2.根据权利要求1所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
所述夹头构件(4)包括与所述支架(3)固定的定夹头(41)、与所述定夹头(41)配合以夹持所述缸盖(6)的动夹头(42)、以及驱动所述动夹头(42)移动的驱动件(43)；
所述驱动件(43)设置于所述支架(3)上且与所述气控系统相连；
所述动夹头(42)与所述驱动件(43)的输出端相连且与所述定夹头(41)相对设置。
3.根据权利要求2所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
所述定夹头(41)和所述动夹头(42)均包括夹头安装板(401)、弹性胶垫(402)、以及定位销(403)；
所述定夹头(41)的所述夹头安装板(401)与所述支架(3)相连，所述动夹头(42)的所述夹头安装板(401)与所述驱动件(43)的输出端相连；
所述定位销(403)固定设置于所述夹头安装板(401)上，以用于伸入所述缸盖(6)上的定位孔(601)内对所述缸盖(6)进行定位；
所述弹性胶垫(402)嵌套于所述定位销(403)上且与所述夹头安装板(401)固定。
4.根据权利要求1所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
所述检测系统(2)和所述夹头构件(4)的数量均为两组；
所述支承主梁(311)上设有两块用于分别安装两组所述检测系统(2)的所述第二安装板(314)、两块所述第二安装板(314)关于所述支承主梁(311)的长度方向对称布置；
所述支承主梁(311)上设有两块用于分别安装两组所述夹头构件(4)的所述第三安装板(315)、两块所述第三安装板(315)关于所述支承主梁(311)的长度方向对称布置，且两块所述第三安装板(315)位于两块所述第二安装板(314)之间。
5.根据权利要求1所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
所述缓冲构件(21)的数量为两组，两组所述缓冲构件(21)关于所述第二安装板(314)的长度方向对称布置，每组所述缓冲构件(21)包括：
与所述第二安装板(314)固定的安装法兰(211)、上下滑动设置于所述安装法兰(211)上用以与所述缸盖(6)抵顶的顶杆(212)、套设于所述顶杆(212)的顶端用以使所述顶杆(212)悬挂设置于所述安装法兰(211)上的锁紧螺母(213)、以及套设于所述顶杆(212)上且两端分别与所述第二安装板(314)和所述顶杆(212)的底端抵顶的弹簧(214)。
6.根据权利要求1所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，其特征在于，
所述视觉系统包括相机、光源、图像处理单元及视觉数据传输线；
所述相机和所述光源均设置于所述第一安装板(313)上，所述相机对缸盖进行拍照，所述图像处理单元对所述相机摄取的图片进行处理以获取缸盖的定位坐标数据，并借由所述视觉数据传输线将所述定位坐标数据传输至所述搬运机器人的控制系统。
7.一种基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运系统，其特征在于，
包括搬运机器人、机器人控制系统、以及如权利要求1至6中任一项所述的基于视觉的发动机缸盖的机器人搬运夹具，所述机器人控制系统控制所述搬运机器人、所述视觉系统(1)、所述检测系统(2)以及所述气控系统；
所述视觉系统(1)用以对发动机缸盖进行拍照和坐标定位，且将所述发动机缸盖的定位坐标数据发送至所述机器人控制系统；
所述检测系统(2)用以检测所述搬运机器人上的所述搬运夹具搬运缸盖前是否到位，且将检测结果传送至所述机器人控制系统；
所述机器人控制系统根据所述定位坐标数据调整所述搬运机器人的姿态，且根据所述检测结果控制所述气控系统以使所述搬运夹具夹紧缸盖，并控制所述搬运机器人移动至缸盖所需搬运的位置。
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