CN108016878A - 一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置，具体包括机架、控制机构、抓取机构和与相匹配的瓷砖平板车、瓷砖货架，所述机架包括x轴部分、y轴部分、z轴部分所述z轴部分包括z轴机械臂，所述z轴机械臂上安装有光学相机，所述瓷砖平板车上设置有标识点，所述光学相机可根据所述瓷砖平板车上标识点测量平板车x轴、y轴、z轴坐标以及平板车的偏离角度。本装置使用了具有视觉系统的瓷砖桁架机械手，与传统的桁架机械手定位方式相比，能够准确测量平板车坐标及偏离角度，能够根据平板车的偏离角度对机械臂夹具的姿态进行调整，大大提升了瓷砖在夹起点、放置点定位的准确性，能够让码垛效果更加整齐。

Description

一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置

技术领域

本发明属于瓷砖生产设备技术领域，具体涉及一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置。

背景技术

在瓷砖生产行业中，要实现瓷砖的码垛，由于瓷砖自身较重且易碎的特性，选择人力搬运以及叉车效率低且成本高，因此大多使用六轴机器人、码垛机或者桁架机械手，应用了自动化设备，不仅生产效率有所提高，同时也可以节省了大量成本。但是，六轴机器人码垛瓷砖机械臂臂长有限，所以工作范围小，想要使用达到理想额定载荷的机械臂，成本又太高，所以不适用于大量瓷砖码垛。码垛机结构复杂，且受到实际码垛环境的限制，适用性并不强。使用桁架机械臂码垛，是目前对于瓷砖码垛最合适的解决方案，在实际应用中，瓷砖的码垛可以使用设定坐标轴的方法，再配合空间中三个轴向的伺服电机编码器，做到基本定位。

CN 206318497 U公开了一种多工位码垛装置，具体公开了该装置包括机架、行走机构、抓取机构以及控制装置，行走机构安装在机架上，抓取机构安装在行走机构上，行走机构和抓取机构均与控制装置相连，机架的下部设有栈板库以及多个瓷砖库，多个瓷砖库沿瓷砖输送方向排列，控制装置控制行走机构和抓取机构，机架上还设有瓷砖检测单元，瓷砖检测单元用于检测瓷砖的类别，并将信号传递给控制装置，控制装置根据瓷砖的类别信号，控制行走机构和抓取机构抓取瓷砖，并将不同类别的瓷砖分别在不同瓷砖库内码垛。然而，尽管该装置应用瓷砖检测单元提高了工作效率，但是这种方法在设备长时间工作中难免出现误差，且机架下部设有的栈板库以及多个瓷砖库的放置未必平行于三个轴向。

CN 205870516 U公开了一种面板安装桁架机械手，具体公开了桁架主体包括由立柱支撑的矩形框架，该矩形框架对应边设置有一对X导轨，一Y导轨滑动设置在所述一对X导轨上，Z导轨经滑块定位在该Y导轨上:其特征是:处于一条X导轨的一端设置有撕膜机构、另一端设置有检测机构。特别地，所述检测机构包括固定在所述矩形框架下侧的线阵相机和标定板，标定板处于下位布置，且与矩形框架边线平行，线阵相机拍摄图像信息通过图像采集卡转换传送给控制系统。然而，线阵相机的像素低，就需要用激发装置多次激发相机，进行多次拍照，再将所拍下的多幅“条”形图象，合并成一张巨大的图，因此，该装置难以在能够在短时间内实现精度控制，不适用于瓷砖的码垛。

综上所述，现有技术的桁架机械臂向平板车长时间码垛或者码垛时平板车放置不正，不可避免的会产生一些误差，进一步导致定位不准、码垛不齐等问题。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，加入光学定位相机，根据具体瓷砖的放置方向进行微调，使码垛过程更加精准、安全、高效。因此，本发明提供了一种桁架机械手的视觉系统解决方案，可以在桁架机械手对瓷砖的码垛过程中提供瓷砖平板车的偏转角度，桁架机械臂根据测量的偏转角度调整夹具姿态，从而实现瓷砖的精准夹取，从很大程度上增加了码垛整齐性。本发明技术方案如下：

一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置，其特征在于，包括机架、控制机构、抓取机构和瓷砖平板车、瓷砖货架，所述机架包括x轴部分、y轴部分、z轴部分，所述x轴部分包括平行设置的第一x轴部分和第二x轴部分，所述y轴部分垂直设置于第一x轴部分和第二x轴部分之间、并与第一x轴部分和第二x轴部分可滑动连接，所述z轴部分竖直设置于y轴部分上、并在y轴部分上可滑动连接，所述抓取机构与所述z轴部分连接；所述z轴部分包括z轴机械臂、z轴伺服电机、z轴伺服驱动器，所述z轴机械臂上安装有光学相机，所述瓷砖平板车上设置有标识点。

所述光学相机可根据所述瓷砖平板车上标识点测量平板车x轴、y轴、z轴坐标以及平板车的位置，然后将位置信息传输到控制机构，通过控制机构计算出x轴、y轴、z轴坐标以及平板车的偏离角度。因此，本装置可以在桁架机械手对瓷砖的码垛过程中提供瓷砖平板车的偏转角度，桁架机械臂根据测量的偏转角度调整夹具姿态，从而实现瓷砖的精准夹取，从很大程度上增加了码垛整齐性。

作为优选，所述瓷砖平板车上标识点设置有三个。三个标识点可以更加精确测量平板车偏移角度。

作为优选，所述瓷砖货架上设置有瓷砖货号识别二维码，所述光学相机设置有二维码识别系统。瓷砖货架设置二维码，可记录瓷砖的外形尺寸信息，光学相机识别二维码，读取数据后，将信息传输到控制机构，控制机构进而控制旋转夹具可按尺寸的大小或长短进行抓取，大大提高了工作效率。

作为优选，所述抓取机构包括旋转夹具，和与所述旋转夹具连接的抓取伺服电机。

作为优选，所述抓取机构还包括固定于所述旋转夹具两端的磁性开关，所述磁性开关，用以检测夹取到位及复位信号。

作为优选，所述抓取机构还包括限位开关，所述限位开关设置于所述旋转夹具上。所述限位开关可以实现对x轴部分、y轴部分、z轴部分以及夹具旋转部分的限位，防止装置出现过位、碰撞，从而起到保护作用。

作为优选，所述抓取机构还包括光电传感器，所述光电传感器设置于所述旋转夹具下方。所述光电传感器用以判断夹起瓷砖包数，从而通过计算在放置瓷砖时实现精准定位。

作为优选，所述控制机构包括PLC控制器、伺服系统、触摸屏。所述x轴、y轴和z轴部分均设置有伺服电机、伺服驱动器，所述PLC控制器负责接收光电传感器和限位开关的脉冲信号，然后对信号进行计算处理，根据处理结果发送脉冲信号控制伺服系统；所述伺服系统由伺服电机、伺服驱动器组成，为桁架机械手的运动部分，控制机械手沿x轴、y轴、z轴运动以及控制旋转夹具的转动，其速度及方向由电机上编码器反馈给PLC；所述触摸屏为人机互动界面，可以实现对桁架运动的控制以及实时状态的监控。

本发明的有益效果有：

(1)本装置使用了具有视觉系统的瓷砖桁架机械手，与传统的桁架机械手定位方式相比，能够准确测量平板车坐标及偏离角度，能够根据平板车的偏离角度对机械臂夹具的姿态进行调整，大大提升了瓷砖在夹起点、放置点定位的准确性，能够让码垛效果更加整齐；

(2)本装置瓷砖货架设置了可记录瓷砖的外形尺寸信息的二维码，光学相机识别二维码，读取数据后，控制系统可按尺寸的大小或长短进行抓取，大大提高了工作效率；

(3)本装置相比现有技术自动化程度高，成本低，空间布局合理，能够大规模推广应用。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图；

图2本发明装置的控制示意图。

附图标记：机架1、x轴部分2、y轴部分3、z轴部分4、旋转夹具5、光学相机6、瓷砖平板车7、标识点8、瓷砖货架9、瓷砖货号识别二维码10；x轴伺服电机11、y轴伺服电机12、z轴伺服电机13、抓取伺服电机14、瓷砖15。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置，如图1所示，包括机架1、控制机构、抓取机构和与相匹配的瓷砖平板车7、瓷砖货架9，所述机架包括x轴部分2、y轴部分3、z轴部分4，所述x轴部分2包括平行设置的第一x轴部分和第二x轴部分，所述y轴部分3垂直设置于第一x轴部分和第二x轴部分之间、并与第一x轴部分和第二x轴部分可滑动连接，所述z轴部分4竖直设置于y轴部分上、并在y轴部分上可滑动连接，所述抓取机构与所述z轴部分4连接；所述抓取机构包括旋转夹具5，和与所述旋转夹具连接的抓取伺服电机14；所述x轴部分2包括x轴机械臂、x轴伺服电机11、x轴伺服驱动器，所述y轴部分3包括y轴机械臂、y轴伺服电机12、y轴伺服驱动器，所述z轴部分4包括z轴机械臂、z轴伺服电机13、z轴伺服驱动器，所述z轴机械臂上安装有光学相机6，所述瓷砖平板车7上设置有标识点8，所述光学相机6可根据所述瓷砖平板车7上标识点8测量平板车x轴、y轴、z轴坐标以及平板车的偏离角度，进而可以在桁架机械手对瓷砖15的码垛过程中提供瓷砖平板车的偏转角度，桁架机械臂根据测量的偏转角度调整夹具姿态，从而实现瓷砖的精准夹取，从很大程度上增加了码垛整齐性。所述瓷砖货架9上设置有瓷砖货号识别二维码10，所述光学相机6设置有二维码识别系统。瓷砖货架9设置二维码，可记录瓷砖15的外形尺寸信息，光学相机6识别二维码，读取数据后，控制系统可按尺寸的大小或长短进行抓取，大大提高了工作效率。

作为优选的实施例，所述瓷砖平板车7上标识点8设置有三个。三个标识点8可以更加精确测量平板车偏移角度。

作为优选的实施例，所述抓取机构还包括固定于所述旋转夹具5两端的磁性开关，所述磁性开关，用以检测夹取到位及复位信号。

作为优选的实施例，所述抓取机构还包括限位开关，所述限位开关设置于所述旋转夹具5上。所述限位开关可以实现对x轴部分2、y轴部分3、z轴部分4以及旋转夹具5部分的限位，防止装置出现过位、碰撞，从而起到保护作用。

作为优选的实施例，所述抓取机构还包括光电传感器，所述光电传感器设置于所述旋转夹具5下方。所述光电传感器用以判断夹起瓷砖包数，从而通过计算在放置瓷砖时实现精准定位。

所述控制机构如图2所示，包括PLC控制器、伺服系统、触摸屏。所述x轴部分2、y轴部分3和z轴部分4均设置有伺服电机、伺服驱动器，所述PLC控制器负责接收光电传感器和限位开关的脉冲信号，然后对信号进行计算处理，根据处理结果发送脉冲信号控制伺服系统；所述伺服系统由伺服电机、伺服驱动器组成，为桁架机械手的运动部分，控制机械手沿x轴、y轴、z轴运动以及控制旋转夹具的转动，其速度及方向由电机上编码器反馈给PLC；所述触摸屏为人机互动界面，可以实现对桁架运动的控制以及实时状态的监控。

应用本装置码垛瓷砖时，可按下列步骤进行：

(1)在确认设备运行环境正常的情况下，连接电源，在触摸屏中输入瓷砖取砖坐标起点与瓷砖放置坐标终点，确认无误后启动，开始定位；

(2)PLC向伺服系统发送启动信号，伺服系统开始运动，首先使光学相机6运行到瓷砖货号识别二维码10区域，读取二维码信息，然后运行到瓷砖平板车7的标识点8位置，同时对此时的空间坐标以及平板车偏移角度进行记录；记录完毕后向取砖坐标起点斜上方运动，根据测量的偏移角度改变旋转夹具5的姿态，然后下降到取砖点进行取砖动作，取砖时利用光电传感器把取砖的包数发送给PLC进行记录；

(3)取砖完毕后，旋转夹具5垂直上移，运动到放置坐标点8上方，根据瓷砖平板车7的角度偏移量调整旋转夹具5姿态，然后下降到放置坐标点进行放置动作、放置动作结束后夹具垂直上移，一个循环结束。

(4)进行下一次循环，此次循环对上个循环的角度以及瓷砖包数数据进行处理，计算出下一个循环的起始坐标以及放置坐标，偏移角度仅需测量一次，所以此次循环角度不变；

(5)光电传感器检测不到起始点瓷砖后码垛工作结束，抓取机构自动运行至原点位置并停止运动，关闭电源，结束设备运行。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.一种具有视觉系统的瓷砖桁架机械装置，其特征在于，包括机架、控制机构、抓取机构和瓷砖平板车、瓷砖货架，所述机架包括x轴部分、y轴部分、z轴部分，所述x轴部分包括平行设置的第一x轴部分和第二x轴部分，所述y轴部分垂直设置于第一x轴部分和第二x轴部分之间、并与第一x轴部分和第二x轴部分可滑动连接，所述z轴部分竖直设置于y轴部分上、并在y轴部分上可滑动连接，所述抓取机构与所述z轴部分连接；所述z轴部分包括z轴机械臂，所述z轴机械臂上安装有光学相机，所述瓷砖平板车上设置有标识点。

2.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述瓷砖平板车上标识点设置有三个。

3.一种如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述瓷砖货架上设置有瓷砖货号识别二维码，所述光学相机设置有二维码识别系统。

4.一种如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述抓取机构包括旋转夹具和与旋转夹具连接的抓取伺服电机。

5.一种如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述抓取机构还包括磁性开关，所述磁性开关固定于所述旋转夹具两端。

6.一种如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述抓取机构还包括限位开关，所述限位开关设置于所述旋转夹具上。

7.一种如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述抓取机构还包括光电传感器，所述光电传感器设置于所述旋转夹具下方。

8.一种如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述控制机构包括PLC控制器、伺服系统、触摸屏。