CN109648559A - 用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统，属于机器人清洗机领域。该视觉定位系统包括机器人、用于拍照识别定位缸体的视觉相机以及用于处理视觉相机识别的信息并将处理结果反馈到机器人的处理模块；其中，所述的机器人安装在清洗室内，所述的视觉相机安装在上料输送辊道的上方。本发明通过在上料抓料位上方设置视觉相机，可以对缸体进行拍照识别、定位，并且将缸体的型号和位置坐标传输给PLC控制器进行分析、计算，可以得出最优化的抓取坐标；另外，PLC控制器通过将最优的抓取坐标传送给机器人，机器人便可控制机器人夹爪的抓料姿态，以便于对缸体进行抓取和夹紧操作，从而大大提高了对缸体的清洗效率和降低清洗成本。

Description

用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统

技术领域

本发明涉及机器人清洗机领域，具体是用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统。

背景技术

汽车发动机的缸体缸盖是发动机中结构最复杂的零件，随着发动机整体质量水平的提高，对发动机缸体缸盖清洁度值越来越高，从而研发了缸体缸盖机器人清洗机设备。机器人清洗机与传统清洗机相比具有更高的柔性度，可将缸体缸盖进行360度无死角清洗，清洗精度成倍提高，机器人拥有更快的清洗速度，直接提高生产效率，设计上可将清洗工艺更佳紧凑、模块化，更能适应汽车行业快速发展。

随着汽车的多样化，汽车制造商需要生产更多不同型号的发动机缸体缸盖，针对不同的型号的发动机缸体缸盖的清洗，汽车制造商需要购买对应型号的机器人清洗机，为了提高机器人清洗机对不同型号发动机缸体缸盖的清洗兼容性，机器人清洗机制造商就会设计更加复杂的上料输送抓料位定位工装和机器人夹爪，每次清洗不同型号的发动机缸体缸盖时，通过更换对应的抓料位定位工装和机器人夹爪来实现兼容性。

发动机型号的不同，对应发动机的缸体缸盖的结构也不同，而缸体的结构差异性越大，对应设计机器人清洗机的机械定位机构的兼容性就越难，汽车制造商为了满足不同型号发动机缸体缸盖清洗的需要，不得不购买更多对应清洗的清洗机，这样就大大的增加了汽车制造商的采购成本。为了设计出具有兼容更多发动机缸体缸盖的机器人清洗机，清洗机制造商会设计出更复杂的定位机构机器人夹爪，设计开发难度越大，设计时间和设计成本也会随之增加。

所以，在需要清洗不同缸体缸盖产品时，以及在清洗下一种型号的发动机缸体缸盖时，安装人员就会拆除上一种型号的上料位定位工装和机器人夹爪，然后安装下一种型号的上料位定位工装和机器人夹爪。如果产品型号变化越频繁，对安装人员定位装置的安装出错率和对定位装置的机械磨损度就会越高，而一旦安装出错和磨损严重就会对设备造成致命的损坏，从而导致设备使用寿命和生产效率会大大减小。此外，当发动机缸体缸盖外形差异性小，产品相似性高，但定位工装不同时，安装人员无法通过肉眼观察辨别出产品的不同，上料输送放入错误型号的缸体缸盖时，清洗设备无识别功能，机器人抓料时也会造成设备损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统，包括机器人、清洗室、上料输送辊道、下料输送辊道、用于拍照识别定位缸体的视觉相机以及用于处理视觉相机识别的信息并将处理结果反馈到机器人的处理模块；其中，所述的机器人安装在清洗室内，所述的上料输送辊道和下料输送辊道分别设在清洗室的两边，所述的视觉相机安装在上料输送辊道的上方。

本发明采用的一种优选方案，所述机器人的末端设有机器人夹爪。

本发明采用的另一种优选方案，所述的机器人夹爪与收缩气缸相连接，所述的收缩气缸安装在机器人的末端。

本发明采用的另一种优选方案，所述上料输送辊道和下料输送辊道的驱动轴与输送电机相连。

本发明采用的另一种优选方案，所述的上料输送辊道上还设有上料抓料位，所述的视觉相机安装在上料抓料位的正上方。

本发明采用的另一种优选方案，所述的上料抓料位上方还安装有视觉照明。

本发明采用的另一种优选方案，所述的处理模块包括视觉相机的控制器以及机器人的控制器，所述的视觉相机的控制器与机器人的控制器进行通信传输。

本发明采用的另一种优选方案，所述的处理模块还包括PLC控制器，所述的视觉相机通过PLC控制器与机器人进行通信传输。

本发明还提供上述视觉定位系统的使用方法，具体包括以下步骤：

S001、将缸体放置在上料输送辊道上，以任意姿态水平输送到上料抓料位上等待被抓取；

S002、对上料抓料位上的缸体进行拍照识别定位，并建立X轴、Y轴坐标系；接着，将视觉相机拍摄的缸体图片映射到坐标系中，得到缸体在坐标系的位置坐标；

S003、处理模块将视觉相机的识别信息和得到的位置坐标进行处理，并将处理结果反馈给机器人；

S004、机器人控制机器人夹爪伸出清洗室到上料抓料位的缸体的正上方，并根据处理模块的处理结果控制机器人夹爪变换为适应抓取下方缸体的姿态后，进行抓取并夹紧缸体；

S005、机器人控制夹有缸体的机器人夹爪返回到清洗室内进行清洗后，再控制机器人夹爪移动到下料输送辊道处将缸体放下，即可完成对缸体的自动清洗工作。

本发明采用的另一种优选方案，所述步骤S002中的位置坐标包括缸体在X轴、Y轴坐标系中的X坐标、Y坐标和Angle坐标；所述步骤S003中的识别信息包括缸体的型号。

本发明的提供的上述技术方案，相比于现有技术，具有以下技术效果：

本发明通过在上料输送辊道的上料抓料位上方设置视觉相机，可以对缸体进行拍照识别、定位，并且将缸体的型号和位置坐标传输给PLC控制器进行分析、计算，从而可以得出最优化的抓取坐标；另外，PLC控制器通过将最优的抓取坐标传送给机器人，通过机器人的高自由度的轴关节变化，可以控制机器人夹爪的抓料姿态，以便于对缸体进行抓取和夹紧操作，不仅可以取消了抓料位的定位工装，还可以避免频繁更换机器人夹爪的问题，从而大大提高了对缸体的清洗效率和降低清洗成本。

附图说明

图1为用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统的结构示意图。

图2为机器人抓取缸体的示意图。

图3为缸体输送到抓料位时的示意图。

图4为机器人变化抓料姿态时的示意图。

图5为机器人开始抓料时的示意图。

图6为PLC控制结构的示意图。

图中：1-输送电机、2-上料输送辊道、3-缸体、4-视觉照明、5-视觉相机、6-机器人夹爪、7-收缩气缸、8-机器人、9-清洗室、10-下料输送辊道、11-上料抓料位、12-PLC控制器、13-人机界面、14-输入设备。

具体实施方式

下面的具体实施例是结合本说明书中提供的附图对本申请的技术方案作出的具体、清楚的描述。其中，说明书的附图只是为了用于将本申请的技术方案呈现得更加清楚明了，并不代表实际生产或使用中的形状或大小，以及也不能将附图的标记作为所涉及的权利要求的限制。

另外，在本申请的描述中，所采用到的术语应当作广义的理解，对于本领域的技术人员而言，可以根据实际的具体情况来理解术语的具体含义。譬如，本申请中所采用的术语“安装”可以定义为可拆卸的固定安装或者是不可拆卸的固定安装等；所采用的术语“设置”和“设有”，可以定义为接触式设置或者未接触式设置等；所采用的术语“连接”和“相连”可以定义为固定连接或者可活动连接等；所采用的术语“相匹配”可以定义为形状或大小上的相同或相近等；所采用的方位词术语均是以附图为参考或者根据以实际情况以及公知常识所定义的方向为准。

实施例1

参照附图1-2，该实施例公开了一种用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统，包括机器人8、清洗室9、上料输送辊道2、下料输送辊道10、视觉相机5和处理模块；其中，上述的机器人8安装在清洗室9内，采用现有技术中的史陶比尔TX-200清洗机器人；上述机器人8的末端还设有机器人夹爪6，上述的机器人夹爪6与收缩气缸7的伸缩杆进行固定连接，上述的收缩气缸7安装在机器人8的末端。通过机器人8可以控制机器人夹爪6进行伸缩，以及进行抓取和夹紧缸体3的操作。

另外，上述的上料输送辊道2和下料输送辊道10分别设在清洗室9的两边，二者的各个驱动轴与若干组输送电机1相连接，通过驱动输送电机1可以带动上料输送辊道2和下料输送辊道10对缸体3进行输送工作；其中，上料输送辊道2用于上料输送，将待清洗的缸体3输送至清洗室9内；下料输送辊道10用于下料输送，将清洗后的缸体3从清洗室9内输送出去。上述的上料输送辊道2上还设有上料抓料位11，用于缸体3等待被机器人夹爪6抓取和被视觉相机5拍照操作。

进一步，为了便于机器人8控制机器人夹爪6对不同姿态和不同型号的缸体3进行抓取和夹紧，该实施例提供的视觉相机5采用现有技术中的康耐视COGNEX视觉相机，其中，上述的视觉相机5安装在上料输送辊道2上的上料抓料位11的正上方，可以对上料抓料位11上的缸体3进行拍照识别；另外，视觉相机5内还自带Calibrate工具和CalibrateImage工具，可以建立X轴、Y轴坐标系，从而可以对缸体3进行定位并输出经过Calibrate工具校正过的图像；上述的上料抓料位11上方还安装有视觉照明4，可以提供照明，便于视觉相机5对缸体3进行清晰地拍摄。

另外，该实施例提供的处理模块包括视觉相机5内自带的控制器以及机器人8内自带的控制器，上述视觉相机5内自带的控制器可以通过专用网络协议与机器人8内自带的控制器进行通信传输。将视觉相机5对缸体3的识别信息和定位信息通过处理模块进行处理分析后，反馈到机器人8内，便可通过机器人8控制机器人夹爪6变换姿势，以适应抓取和夹紧缸体3。

实施例2

参照附图6，为了提高处理模块的处理效率和准确度，该实施是在实施例1的基础上进行改进，具体的，上述的处理模块还包括PLC控制器12，上述的PLC控制器12为现有技术中的西门子S7-1500的PLC控制器，上述的视觉相机5可以通过西门子Profinet通信协议将拍照识别信息和定位信息传输给PLC控制器12，PLC控制器12便可以这些信息进行处理分析，得到最优化的抓取方式，并通过Industrial Profine传输给机器人8，从而可以大大机器人8控制机器人夹爪6抓取夹紧缸体3时的准确度和稳定性。另外，视觉相机5还可通过专用网络协议与人机界面13和输入设备14进行通信传输，便于监控该系统的运作状态。

此外，该实施例还提供了该视觉定位系统的使用方法，具体的包括以下步骤：

S001、参照附图1-3，将缸体3放置在上料输送辊道2上，并驱动输送电机1，缸体3以任意姿态水平输送到上料抓料位11上等待被抓取；

S002、启动视觉相机5，可以对上料抓料位11上的缸体3进行拍照识别，并通过Calibrate工具以Row坐标映射为机器人8的Y坐标，Column坐标映射为机器人8的X坐标，建立X轴、Y轴坐标系；接着，将视觉相机5拍摄的缸体3图片映射到坐标系中，得到缸体3在坐标系的X坐标、Y坐标和Angle坐标角度坐标的位置坐标；

S003、参照附图6，视觉相机5通过CalibrateImage工具输出经过Calibrate工具校正过的图像，并通过西门子的Profinet通信协议，将缸体3的型号和坐标X坐标，Y坐标，Angle坐标等数据发送给PLC控制器12，PLC控制器12处理这些数据后，将最优化的抓取坐标传送给机器人8；

S004、参照附图4-5，机器人8根据反馈的最优化的抓取坐标控制机器人夹爪6伸出清洗室9到上料抓料位11的缸体3的正上方，并控制机器人夹爪6变换为适应抓取下方缸体3的姿态后，张开机器人夹爪6，抓取并夹紧缸体3；

S005、然后，机器人8控制夹有缸体3的机器人夹爪6返回到清洗室9内进行清洗后，再控制机器人夹爪6移动到下料输送辊道10处将缸体3放下，并控制机器人夹爪6回到初始的位置，即可完成对缸体3的自动清洗工作。

综上所述，本发明通过在上料输送辊道2的上料抓料位11上方设置视觉相机5，可以对缸体3进行拍照识别、定位，并且将缸体3的型号和位置坐标传输给PLC控制器12进行分析、计算，从而可以得出最优化的抓取坐标；另外，PLC控制器12通过将最优的抓取坐标传送给机器人8，通过机器人8的高自由度的轴关节变化，可以控制机器人夹爪6的抓料姿态，以便于对缸体3进行抓取和夹紧操作，从而可以取消了抓料位的定位工装以及避免频繁更换机器人夹爪的问题。

需要说明的是，上述实施例只是针对本申请的技术方案和技术特征进行具体、清楚的描述。而对于本领域技术人员而言，属于现有技术或者公知常识的方案或特征，在上面实施例中就不作详细地描述了。

另外，本申请的技术方案不只局限于上述的实施例，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，从而可以形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.用于机器人清洗机抓取多型号缸体缸盖的视觉定位系统，包括机器人（8）、清洗室（9）、上料输送辊道（2）和下料输送辊道（10），所述的机器人（8）安装在清洗室（9）内，所述的上料输送辊道（2）和下料输送辊道（10）分别设在清洗室（9）的两边，其特征在于，还包括用于拍照识别定位缸体（3）的视觉相机（5）以及用于处理视觉相机（5）识别的信息并将处理结果反馈到机器人（8）的处理模块，所述的视觉相机（5）安装在上料输送辊道（2）的上方。

2.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于，所述机器人（8）的末端设有机器人夹爪（6）。

3.根据权利要求2所述的视觉定位系统，其特征在于，所述的机器人夹爪（6）与收缩气缸（7）相连接，所述的收缩气缸（7）安装在机器人（8）的末端。

4.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于，所述上料输送辊道（2）和下料输送辊道（10）的驱动轴与输送电机（1）相连。

5.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于，所述的上料输送辊道（2）上还设有上料抓料位（11），所述的视觉相机（5）安装在上料抓料位（11）的正上方。

6.根据权利要求5所述的视觉定位系统，其特征在于，所述的上料抓料位（11）上方还安装有视觉照明（4）。

7.根据权利要求1所述的视觉定位系统，其特征在于，所述的处理模块包括视觉相机（5）的控制器以及机器人（8）的控制器，所述的视觉相机（5）的控制器与机器人（8）的控制器进行通信传输。

8.根据权利要求7所述的视觉定位系统，其特征在于，所述的处理模块还包括PLC控制器（12），所述的视觉相机（5）通过PLC控制器（12）与机器人（8）进行通信传输。

9.根据权利要求1-8任一项所述的视觉定位系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S001、将缸体（3）放置在上料输送辊道（2）上，以任意姿态水平输送到上料抓料位（11）上等待被抓取；

S002、对上料抓料位（11）上的缸体（3）进行拍照识别定位，并建立X轴、Y轴坐标系；接着，将视觉相机（5）拍摄的缸体（3）图片映射到坐标系中，得到缸体（3）在坐标系的位置坐标；

S003、处理模块将视觉相机（5）的识别信息和得到的位置坐标进行处理，并将处理结果反馈给机器人（8）；

S004、机器人（8）控制机器人夹爪（6）伸出清洗室（9）到上料抓料位（11）的缸体（3）的正上方，并根据处理模块的处理结果控制机器人夹爪（6）变换为适应抓取下方缸体（3）的姿态后，进行抓取并夹紧缸体（3）；

S005、机器人（8）控制夹有缸体（3）的机器人夹爪（6）返回到清洗室（9）内进行清洗后，再控制机器人夹爪（6）移动到下料输送辊道（10）处将缸体（3）放下，即可完成对缸体（3）的自动清洗工作。

10.根据权利要求9所述的视觉定位系统的使用方法，其特征在于，所述S002中的位置坐标包括缸体（3）在X轴、Y轴坐标系中的X坐标、Y坐标和Angle坐标；所述步骤S003中的识别信息包括缸体（3）的型号。