CN107206587A - 用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备(1)，该设备包括支撑框架(2)，支撑框架限定支撑表面(3)，支撑表面旋转地支撑与马达装置(5)相关联的可动垫片(4)，以使得可动垫片围绕与支撑表面(3)基本垂直的旋转轴线(6)旋转。进一步提供有用于识别布置在可动垫片(4)上的待拾取零件的人工视觉装置，并且进一步提供有脉冲生成装置(15)，脉冲生成装置连接至支撑框架(2)并且沿着与可动垫片(4)基本垂直的作用直线以精确定位方式作用于可动垫片(4)，以通过允许机器人、自动化装置等拾取零件的方式改变待拾取零件的方向。该设备进一步包括周槽，周槽以径向位于可动垫片(4)的外部的方式限定在支撑表面(3)上，从而便于清除待拾取零件上存在的并且随后由于脉冲生成装置(15)引起的待拾取零件的运动而被转移至可动垫片(4)上的油性物质或污垢。

Description

用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向 的设备

本发明涉及一种用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备。

本发明涉及工业自动化行业，或在任何情况下，涉及顺从引入机械自动化系统的全部行业，其中，对能够满足最为广泛要求的柔性自动化系统的需求逐渐增加。

具体地，预期根据本发明的设备所应用的工业行业为橡胶、塑料、以及其他合成材料、玻璃、食品行业、化妆品、医药品、医疗、汽车零件、家用电器、计算机、消费电子产品、小型金属产品、木制品工业及家具附件等。

事实上，响应不同的生产需求，感觉对供给不同工业自动化系统的需求逐渐增加。

当今，事实上，工业产品的特征为：使用寿命越来越短、产品体积缩小、以及随之而来的要求是能够使系统快速适配于不断变化产品的需求，同时，试图最小化适配的成本。

便于系统适配于不同产品体积以及调整产品为不同的最终产品通常是作为保持自动化产品系统、而非采取手动系统的唯一经济性判断，手动系统通常更廉价、更缓慢，但是，更通用，并且迫使公司向劳动力更便利的国家重新部署产品设施。

给料机设备是公知的，它们通常被简称为“给料机(feeders)”，它们受笛卡尔坐标机器人、拟人机器人、圆柱机器人等控制。

这样的给料机设置有人工视觉系统，诸如，线性摄像机、矩阵摄像机、三维摄像机等，它们需要照明条件，以使得背景图像与所识别的零件图像具有高对比度，从而能够将这样的图像发送至图像分析软件，以对零件进行识别。

通过来自上面的外部照明或通常布置在零件所在的垫片下方的背光设备可以建立照明条件。

通过料斗从外面以一定时间间隔手动地、利用带式升降机、技术等同的装置完成给料机的填料。

人工视觉系统识别装载到给料机中的生产所需的零件并且机器人拾取零件。

常规设备通过机械振动和/或机动带获得的线性移动来推进构成机器人的供应给料的零件。

因下列事实构成该给料机的问题，即，当待供应的零件包括至少一个圆柱形零件时，零件趋于滚动，据统计，通常向机器人提供不容易被抓取的零件，因此，不能成功向机器人给料。

通过这种类型的给料机，即，线性推进类型和/或振动类型，在任何情况下，皆不能改变零件在表面上的位置和布置，由此生产链变缓，且最终产品成本很高。

进一步地，由于难以接近常规给料机的内部零件，所以清洁背光系统变得更为复杂，从而使得视觉系统的品质下降，并且由此生产效率下降。

为了克服上述缺陷，开发了一种能够以机器人易于抓取零件的方式改变零件定向的给料机设备。

这样的常规设备涉及圆形垫片的使用，圆形垫片围绕其自身中心旋转并且受到脉冲生成装置的冲击，以摇晃各个零件，直至零件处于所需位置。

这样的常规设备也不乏缺点，事实上，如果零件不能定向在用于抓取的正确位置，则用于向设备给料的系统由于持续装载零件而存在充满可动垫片的表面的风险，由此阻碍后者完成其功能。

进一步地，这种及其他常规设备的缺点在于，如果待处理的零件带有油痕迹或污垢痕迹，这些痕迹则被转移至可动垫片，从而阻碍照明装置建立背景与零件之间的正确视觉对比度，即，人工视觉装置识别可动垫片上的零件所需的对比度。

本发明的目的是通过提供一种定向设备而消除如上所述的常规类型的给料机设备的上述缺点，该定向设备可以有效地改变零件的布置及其在表面上的位置，同时防止油或污垢的痕迹，以及还防止向可动垫片过度给料，防止人工视觉装置无法识别待拾取零件。

基于此目的，本发明的目标在于提供一种允许易于接近内部零件的定向设备，由此简化视觉系统的清洁操作。

本发明的另一目标在于提供一种利用在市场上容易购买的装置并且使用常规应用材料而易于组装的定向设备，因此，该设备在经济性方面具有竞争力。

通过用于对具体由机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备实现了下文变得更为显而易见的目的、以及这些目标和其他目标，该设备包括：支撑框架，支撑框架限定支撑表面，支撑表面旋转地支撑与马达装置相关联的可动垫片，以使得可动垫片围绕与所述支撑表面基本垂直的旋转轴线旋转；进一步设置有人工视觉装置，人工视觉装置用于识别布置在所述可动垫片上的待拾取零件；以及进一步设置有脉冲生成装置，脉冲生成装置连接至所述支撑框架并且沿着与所述可动垫片基本垂直的作用直线以精确定位的方式作用于所述可动垫片，以通过允许机器人、自动化装置等拾取零件的方式改变所述待拾取零件的方向，其特征在于，该设备包括周槽(perimetric groove)，周槽以径向位于所述可动垫片的外部的方式限定在所述支撑表面上，以便于清除所述待拾取零件上存在的并且随后由于所述脉冲生成装置引起的所述待拾取零件的运动而被转移至所述可动垫片上的油性物质或污垢。

出于非限制性实例的目的，在附图中示出的根据本发明的用于对具体由机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备的优选、但并非排他实施方式的细节描述中，本发明的进一步特性和优点将变得显而易见，其中：

图1是根据本发明的定向设备的实施方式的立体图；

图2是图1中所示的设备的俯视平面图；

图3是沿着图2中所示的线III-III截取的设备的截面图；

图4是沿着图2中所示的线IV-IV截取的设备的截面图；

图5是图4中所示的设备的放大比例细节。

参考图，用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备，通常以参考标号1表示，包括支撑框架2，支撑框架限定支撑表面3，支撑表面能旋转地支撑与马达装置5相关联的可动垫片4，以使得可动垫片围绕与支撑表面3基本垂直的旋转轴线6旋转。

更详细地，马达装置5可以包括电动类型的马达7，诸如异步马达，其由支撑框架2支撑并且通过马达支撑件9固定在设备1的基部8。

在提议的实施方式中，可动垫片4具有基本圆形形状并且与马达7的驱动轴直接相关联并且被锁定其上，以通过夹带法兰11和紧固法兰12与驱动轴整体围绕旋转轴线6旋转，夹带法兰和紧固法兰以可动垫片4夹在其间的方式彼此相互接合。

同样，可动垫片4的中心位于旋转轴线6上。

便利地，马达装置5可以包括通过适配支架14固定在基部8的主驱动马达13。

同样，马达7能够以根据装载到设备1中的零件的特性得到控制并且改变的速度和/或加速度进行操作。

进一步地，提供用于识别布置在可动垫片4上的待拾取零件的人工视觉装置，并且提供脉冲生成装置15，脉冲生成装置连接至支撑框架2并且沿着与可动垫片4基本垂直的作用直线以精确定位方式作用于可动垫片4，以通过允许机器人、自动化装置等拾取零件的方式改变待拾取的零件的方向。

关于所涉及的人工视觉装置，它们可以定向与设备1的外部并且位于上方，并且由于它们是常用的，所以不对其进行描述或细节展示。

一般地，人工视觉装置可以包括光学摄影机和背光装置16，背光装置与支撑框架2相关联并且在人工视觉装置处相对于支撑表面3布置在与可动垫片4相对的侧上，以使得布置在可动垫片4上的待拾取零件以允许人工视觉装置识别的方式发生背光。

便利地，可动垫片4由透光并且弹性柔性的材料制成，并且支撑表面3设置有窗口17，窗口为基本类似环扇形的形状并且设置有以允许可动垫片4发生背光的方式限定在背光装置处的适配保护玻璃。

关于脉冲生成装置15，它们包括反弹磁体18，反弹磁体连接至支撑框架2并且通过在远离窗口17的支撑表面3上所限定的至少一个开口20而作用于可动垫片4的下表面19。

便利地，可以存在两个相互相对的开口20，以允许根据用于拾取零件的设施的布局要求将脉冲生成装置15安装在设备1的两个不同点中。

有利地，脉冲生成装置15通过可动滑块21而与支撑框架2相关联，该可动滑块适于允许反弹磁体18沿着相对于旋转轴线6的径向方向移动。

便利地，开口20具有狭槽状形状，该狭槽状形状是沿着相对于旋转轴线6的径向方向伸长的，与反弹磁体18通过可动滑块21的运动是一致的。

这样，在各种情况下，反弹磁体18可以相对于可动垫片4的中心定位在周边位置中，以能够作用于可动垫片4的整个径向延伸。

根据本发明，具有周槽22，周槽以在径向上位于可动垫片4的外部的方式限定在支撑表面3上，以便于清除待拾取零件上存在的并且随后由于脉冲生成装置15引起的待拾取零件的运动而被转移至可动垫片4上的油性物质或污垢。

此外，可以存在有轴肩挡圈23，轴肩挡圈径向地布置在可动垫片4的外部并且被适配成径向地保持待拾取的零件，并且覆盖元件24与支撑框架2形成整体并且在脉冲生成装置15处布置在可动垫片4的上方，以由于脉冲生成装置15的作用力而竖直保持待拾取的零件。

这样，根据本发明的设备1可以被划分成：限定在人工视觉装置处的至少一个零件拾取扇区(sector，区段)、限定在脉冲生成装置15处的至少一个零件定向扇区、以及通过料斗等装载零件的至少一个扇区。

下面描述用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备1的操作。

通过料斗、利用带式升降机、手动或其他常规装置，可以按照预设时间间隔从外面向设备1中填充待定向的零件，以便然后通过机器人等拾取零件。

在可动垫片4的装载扇区上将零件卸载到随机位置处，并且由于可动垫片4的旋转，零件被布置在拾取扇区中，其中，一旦人工视觉装置识别到零件，机器人则会一次又一次地拾取零件。

为了确保将零件以不同侧呈现给机器人，以统计性地提高机器人抓取的概率，将可动垫片4的振荡运动增加于围绕旋转轴线6旋转、再次围绕旋转轴线6。

这样，如上，在旋转过程中，为利于机器人抓取，能够改变零件在可动垫片4上的位置。

由于轴肩挡圈23，所以不存在零件由于旋转施加的离心力而脱离可动垫片4的风险。

对于特殊零件，例如，具有非常圆的形状特性，或者对于仅可以由机器人抓取其一部分的非常易碎的零件，可动垫片4的旋转-振荡运动不足以防止该方法变缓。

在这种情况下，可以激活脉冲生成装置15，在此处描述的解决方案中，脉冲生成装置包括反弹磁体18，以推动一个或多个零件，从而在冲击之后，它们改变其布置的方向。

由于覆盖元件24，不存在零件将突出到设备1的外面的风险。

操作人员通过视觉装置可以控制反弹磁体18，并且通过致动可动滑块21可以改变反弹磁体相对于支撑框架2的相对位置。

有利地，为了防止用于每次装载零件和/或转动可动垫片3的设备1出现故障，设置了构成下列项的重复循环步骤：

首先，通过人工视觉装置拍摄布置在零件拾取扇区中的可动垫片4的部分的照片，随后，对该步骤中拍摄的图像进行分析，以便识别布置在零件拾取扇区中的可动垫片4的该部分中存在的待拾取零件，而无论这些零件是否为了进行拾取而正确定向。

如果所识别的待拾取零件是正确定向的，则机器人、自动化装置等拾取零件。

如果识别的未正确定向的待拾取零件的数量低于预设值，则旋转可动垫片4，直至之前拍摄的部分被布置在零件装载扇区中，以通过料斗等将新的待拾取零件装载到可动垫片4中。

最后，如果识别的未正确定向的待拾取零件的数量大于预设值，则旋转可动垫片4，直至之前拍摄的部分被布置在零件定向扇区中，以沿着与可动垫片4基本垂直的作用直线以精确定位的方式而通过脉冲生成装置15的作用改变待拾取零件的方向。

有利地，在图像分析步骤中，获得的图像属于黑白类型，通过比较图像的白像素数与黑像素数的比例与用户预设的阈值，来比较未正确定向的待拾取零件的数量与预设值。

随后，以可动垫片4旋转的反复方式重复这些步骤，直至之前拍摄的部分再次布置在零件拾取扇区中，以重复之前的步骤。

实际上，已经发现，根据本发明的用于对具体由机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备完全实现了规定的目的和目标，因此其可以改变待拾取零件的位置，以统计性地利于机器人有效地抓取，并且还清除了使得难以对零件进行识别的任何油或污垢的残留物。

具体地，竖直地推动待拾取零件位于上面的可动垫片的脉冲生成装置的设置确保了还能够根据需要改变零件的布置。

此外，提供了上述脉冲生成装置在相对于可动垫片的中心的径向方向上的运动，这样使得可以使用根据本发明的设备以应用于材料和几何结构都可以改变的更宽范围类型的零件。

本发明的另一优点由具有这样一种系统的事实构成，即，需要最小程度地搅动(agitation，扰动)零件，则可以改变每个单个零件的位置和布置，因此，使得根据本发明的用于机器人、自动化装置等的设备给料机特别适合用于处理具有棘手部分或由特殊易碎材料制成的零件。

进一步地，搅动的最小化降低了噪音阈值，由此改善了使用该设备的工厂工作品质。

根据本发明的用于机器人的给料机的另一优点在于，至少在所描述的实施方式中，为设备内的视觉装置提供更多的空间，由此便于接近设备的内部并且因此简化这样的视觉装置的清洁操作。

最后，但并非不重要，从经济方面而言，使用来源易得的材料和简单的机械构造使得根据本发明的每个机器人、自动化装置等的设备给料机也具有竞争力。

由此构想的用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备易于受多种改造和变形的影响，所有改造和变形皆落入所附权利要求的范围内。

而且，全部细节可被其他技术等同元件所取代。

实际上，采用的材料和因情况而定的尺度及形状可以是根据要求和本技术领域状态的任何形式。

通过引用的方式将本申请所要求优先权的意大利专利申请No.AR2014A000058(102014902314778)中的公开内容结合在此。

权利要求中提及的技术特征伴随有参考标号，出于增强权利要求的理解性之唯一目的而引入了这些参考标号，并且相应地，这些参考标号并不通过实施例对由参考标号表示的各个元件的解释产生任何限制性影响。

Claims (9)

1.一种用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备(1)，所述设备包括：支撑框架(2)，所述支撑框架限定支撑表面(3)，所述支撑表面能旋转地支撑与马达装置(5)相关联的可动垫片(4)，以使得所述可动垫片围绕与所述支撑表面(3)基本垂直的旋转轴线(6)旋转；进一步设置有人工视觉装置，所述人工视觉装置用于识别布置在所述可动垫片(4)上的待拾取零件；以及进一步设置有脉冲生成装置(15)，所述脉冲生成装置连接至所述支撑框架(2)并且沿着与所述可动垫片(4)基本垂直的作用直线以精确定位的方式作用于所述可动垫片(4)，以通过允许机器人、自动化装置等拾取所述待拾取零件的方式改变所述待拾取零件的方向，其特征在于，所述设备包括周槽(22)，所述周槽以在径向上位于所述可动垫片(4)的外部的方式限定在所述支撑表面(3)上，从而便于清除所述待拾取零件上存在的并且随后由于所述脉冲生成装置(15)引起的所述待拾取零件的运动而被转移至所述可动垫片(4)上的油性物质或污垢。

2.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括背光装置(16)，所述背光装置与所述支撑框架(2)相关联并且在所述人工视觉装置处相对于所述支撑表面(3)布置在与所述可动垫片(4)相对的侧上，以使得布置在所述可动垫片(4)上的所述待拾取零件发生背光，从而允许所述人工视觉装置识别所述待拾取零件，所述可动垫片(4)由透光并且弹性地柔性的材料制成，并且所述支撑表面(3)设置有窗口(17)，所述窗口以允许所述可动垫片(4)发生背光的方式限定在所述背光装置(16)处。

3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲生成装置(15)包括反弹磁体(18)，所述反弹磁体连接至所述支撑框架(2)并且通过所述支撑表面(3)中限定的至少一个开口(20)而作用于所述可动垫片(4)的下表面(19)，所述至少一个开口(20)被限定成远离所述窗口(17)。

4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述脉冲生成装置(15)通过可动滑块(21)与所述支撑框架(2)相关联，所述可动滑块适于允许所述反弹磁体(18)沿着相对于所述旋转轴线(6)的径向方向运动，所述至少一个开口(20)具有狭槽状形状，该狭槽状形状是沿着相对于所述旋转轴线(6)的径向方向伸长，与所述反弹磁体(18)通过所述可动滑块(21)的运动是一致的。

5.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述可动垫片(4)具有中心位于所述旋转轴线(6)上的基本圆形形状，并且在于所述窗口(17)为与环扇形基本类似的形状。

6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括覆盖元件(24)，所述覆盖元件与所述支撑框架(2)形成整体并且在所述脉冲生成装置(15)处布置于所述可动垫片(4)的上方，以使得所述待拾取零件由于所述脉冲生成装置(15)的作用而保持竖直。

7.根据前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述设备包括：限定在所述人工视觉装置处的至少一个零件拾取扇区、限定在所述脉冲生成装置(15)处的至少一个零件定向扇区、以及通过料斗等来装载零件的至少一个零件装载扇区。

8.一种根据前述权利要求中的一项或多项所述的用于对具体通过机器人、自动化装置等抓取的零件进行定向的设备(1)的拾取和装载方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

-通过所述人工视觉装置拍摄布置在所述至少一个零件拾取扇区中的所述可动垫片(4)的部分；

-对之前步骤中拍摄的图像进行分析，以便识别布置在所述至少一个零件拾取扇区中的所述可动垫片(4)的所述部分中存在的所述待拾取零件，而无论所述待拾取零件是否为了进行拾取而正确定向；

-如果识别的所述待拾取零件定向正确，则通过所述机器人、自动化装置等拾取所述待拾取零件；

-如果识别的未正确定向的所述待拾取零件的数量低于预设值，则旋转所述可动垫片(4)，直至之前拍摄的所述部分布置在所述至少一个零件装载扇区中，以通过所述料斗等将新的待拾取零件装载到所述可动垫片(4)上；

-如果识别的未正确定向的所述待拾取零件的数量大于预设值，则旋转所述可动垫片(4)，直至之前拍摄的所述部分布置在所述至少一个零件定向扇区中，以通过所述脉冲生成装置(15)的作用沿着与所述可动垫片(4)基本垂直的作用直线以精确定位的方式改变所述待拾取零件的方向；

-旋转所述可动垫片(4)，直至之前拍摄的所述部分再一次布置在所述至少一个零件拾取扇区中，以重复之前的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在对图像进行分析的所述步骤中，通过所述图像的白像素数与黑像素数的比例与用户预设的阈值相比较，比较未正确定向的所述待拾取零件的数量与所述预设值，所述图像为黑白类型。