CN110605740A - 一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统 - Google Patents

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Abstract

一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，包括：机器人、抓手增高盘、机器人抓手、视觉三维扫描仪、扫描仪连接机构、工控机柜、机器人控制柜、阀岛、真空发生器、夹紧气缸和真空吸盘。本发明与传统技术相比，通过视觉扫描仪对大尺寸钣金件对角区域的扫描，提高了识别精度和定位精度，对大尺寸钣金件的搬运引导精度可提高至±0.5mm，节省了中间再次定位的工装设计成本，由于选用的视觉扫描仪是采集工件的六自由度坐标信息，而且有较大的检测范围，对工件的位置摆放偏差允许范围是±70mm，大大降低了工件的定位要求，不需精定位料框即可满足视觉系统的上料引导搬运。

Description

一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统
技术领域
本发明涉及汽车白车身零部件自动搬运技术领域，具体涉及一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统。
背景技术
在目前汽车制造行业，机器人已经大量使用完成各种搬运、装配、检测、喷涂等工作，随着工业4.0的推进，机器人的使用更加智能化、信息化。2D视觉、3D视觉的应用使机器人能够完成各种复杂工况的搬运和装配，基于视觉引导上料系统，不需要零部件的高精度定位，就可实现机器人的无需抓取和搬运，不仅效率高，也消除了搬运过程中的各种异常问题，比如抓取不到工件、损坏工件、抓取不紧等，是目前汽车零部件自动搬运领域的一项关键技术。
在目前汽车零部件搬运工位中，普遍使用的是高精度料盒和精定位工装来确保零部件在料盒内的定位精度保持一致，然后机器人按照抓取程序完成抓取搬运动作，对抓手的制作和料盒的制作都需要很高的精度才能确保每次抓取成功，成本高，稳定性差，故障较多，工作效率低。
为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。
一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，包括：机器人、抓手增高盘、机器人抓手、视觉三维扫描仪、扫描仪连接机构、工控机柜、机器人控制柜、阀岛、真空发生器、夹紧气缸和真空吸盘，所述机器人抓手通过抓手增高盘与机器人末端连接，所述视觉三维扫描仪通过扫描仪连接机构与机器人抓手的两个对角位置固定连接，所述阀岛通过连接板与机器人抓手上部连接，所述工控机柜与外接主电源线连接，所述机器人控制柜与工控机柜内部连接，所述视觉三维扫描仪与工控机柜通过通电线缆供电连接，所述视觉三维扫描仪与工控机柜通过通讯线缆进行通讯连接，所述工控机柜与机器人控制柜通过PLC进行通讯连接，所述真空发生器与机器人抓手连接，所述夹紧气缸和真空吸盘与机器人抓手连接；
其中，所述视觉三维扫描仪包括：外壳、投影仪、相机、偏光片、防护镜片、电路板和螺钉，所述外壳通过螺钉与扫描仪连接机构连接，所述投影仪和相机与外壳内腔连接，所述防护镜片与投影仪和相机外侧连接，所述偏光片设于相机和防护镜片中间，所述电路板与外壳内底部连接，所述防护镜片的材质为亚克力材料。
进一步，所述机器人抓手包括：基板，所述基板的型号为EGT017.1。
进一步，所述机器人的型号为KUKA、ABB、FANUC主流搬运重载六轴机器人，所述机器人的负载为210KG。
进一步，所述扫描仪连接机构包括：扫描仪连接块、圆管、圆管连接件和八角管连接件，所述圆管通过螺钉与扫描仪连接块紧固连接，所述圆管通过螺钉与圆管连接件连接，所述圆管通过螺钉与八角管连接件连接。
进一步，所述外壳包括：壳体、前盖板、后盖板、加厚板、第一安装螺纹孔、第二安装螺纹孔、定位卡槽和端盖固定孔，所述前盖板通过定位卡槽与壳体前端固定连接，所述后盖板通过定位卡槽与壳体后端固定连接，所述加厚板与壳体上下端连接，所述第一安装螺纹孔设于壳体顶部的加厚板上，所述第二安装螺纹孔设于壳体底部的加厚板上，所述端盖固定孔设于壳体顶部四角上。
进一步，所述扫描仪连接块包括：第一通孔、第二通孔、第一紧固孔、第二紧固孔、第一螺纹孔、第一紧钉丝孔和安装面，所述第一通孔设于扫描仪连接块的前后面，所述第二通孔设于扫描仪连接块的两侧面，所述安装面设于扫描仪连接块底部，所述第一紧固孔设于安装面上，所述第二紧固孔设于扫描仪连接块的顶部四角上，所述第一螺纹孔设于第一通孔和第二通孔一侧，所述第一紧钉丝孔设于扫描仪连接块顶部中心。
进一步，所述圆管连接件包括：第三通孔、第四通孔、第三紧固孔、第二螺纹孔、第二紧钉丝孔和第三紧钉丝孔，所述第三通孔设于圆管连接件的上下面，所述第四通孔设于圆管连接件的两侧面，所述第三紧固孔设于圆管连接件的顶部前端，所述第二螺纹孔设于圆管连接件的两侧面后端，所述第二紧钉丝孔设于圆管连接件的两侧面上，所述第三紧钉丝孔设于圆管连接件的上下面上。
本发明的有益效果：
本发明与传统技术相比，通过将视觉扫描仪、视觉软件与机器人和PLC一起集成应用，通过视觉扫描仪的对大尺寸钣金件对角区域的扫描，提高了识别精度和定位精度，对大尺寸钣金件的搬运引导精度可提高至±0.5mm，节省了中间再次定位的工装设计成本，由于选用的视觉扫描仪是采集工件的六自由度坐标信息，而且有较大的检测范围，对工件的位置摆放偏差允许范围是±70mm，大大降低了工件的定位要求，不需精定位料框即可满足视觉系统的上料引导搬运。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的部分结构示意图。
图3为视觉三维扫描仪和扫描仪连接机构的连接关系图。
图4为扫描仪连接机构的结构示意图。
图5为视觉三维扫描仪的结构示意图。
图6为外壳的结构示意图。
图7为扫描仪连接块的结构示意图。
图8为圆管连接件的结构示意图。
附图标记：
机器人100、抓手增高盘200、机器人抓手300、基板310、视觉三维扫描仪400。
外壳410、壳体411、前盖板412、后盖板413、加厚板414、第一安装螺纹孔415、第二安装螺纹孔416、定位卡槽417、端盖固定孔418。
投影仪420、相机430、偏光片440、防护镜片450、电路板460、螺钉470。
扫描仪连接机构500、扫描仪连接块510、第一通孔511、第二通孔512、第一紧固孔513、第二紧固孔514、第一螺纹孔515、第一紧钉丝孔516、安装面517。
圆管520、圆管连接件530、第三通孔531、第四通孔532、第三紧固孔533、第二螺纹孔534、第二紧钉丝孔535、第三紧钉丝孔536、八角管连接件540。
工控机柜600、机器人控制柜700、阀岛800、真空发生器900、夹紧气缸1000、真空吸盘1100。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的部分结构示意图。图3为视觉三维扫描仪和扫描仪连接机构的连接关系图。图4为扫描仪连接机构的结构示意图。图5为视觉三维扫描仪的结构示意图。图6为外壳的结构示意图。图7为扫描仪连接块的结构示意图。图8为圆管连接件的结构示意图。
实施例1
如图1和图2所示，一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，包括：机器人100、抓手增高盘200、机器人抓手300、视觉三维扫描仪400、扫描仪连接机构500、工控机柜600、机器人控制柜700、阀岛800、真空发生器900、夹紧气缸1000和真空吸盘1100，机器人抓手300通过抓手增高盘200与机器人100末端连接，视觉三维扫描仪400通过扫描仪连接机构500与机器人抓手300的两个对角位置固定连接，阀岛800通过连接板与机器人抓手300上部连接，工控机柜600与外接主电源线连接，机器人控制柜700与工控机柜600内部连接，视觉三维扫描仪400与工控机柜600通过通电线缆供电连接，视觉三维扫描仪400与工控机柜600通过通讯线缆进行通讯连接，工控机柜600与机器人控制柜700通过PLC进行通讯连接，真空发生器900与机器人抓手300连接，夹紧气缸1000和真空吸盘1100与机器人抓手300连接；
如图3-8所示，视觉三维扫描仪400包括：外壳410、投影仪420、相机430、偏光片440、防护镜片450、电路板460和螺钉470，外壳410通过螺钉470与扫描仪连接机构500连接，投影仪420和相机430与外壳410内腔连接，防护镜片450与投影仪420和相机430外侧连接，偏光片440设于相机430和防护镜片450中间，电路板460与外壳410内底部连接，防护镜片450的材质为亚克力材料。
机器人抓手300包括：基板310，基板310的型号为EGT017.1。
机器人100的型号为KUKA、ABB、FANUC主流搬运重载六轴机器人，机器人100的负载为210KG。
扫描仪连接机构500包括：扫描仪连接块510、圆管520、圆管连接件530和八角管连接件540，圆管520通过螺钉与扫描仪连接块510紧固连接，圆管520通过螺钉与圆管连接件530连接，圆管520通过螺钉与八角管连接件540连接。
外壳410包括：壳体411、前盖板412、后盖板413、加厚板414、第一安装螺纹孔415、第二安装螺纹孔416、定位卡槽417和端盖固定孔418，前盖板412通过定位卡槽417与壳体411前端固定连接，后盖板413通过定位卡槽417与壳体411后端固定连接，加厚板414与壳体411上下端连接，第一安装螺纹孔415设于壳体411顶部的加厚板414上，第二安装螺纹孔416设于壳体411底部的加厚板414上，端盖固定孔418设于壳体411顶部四角上。
扫描仪连接块510包括：第一通孔511、第二通孔512、第一紧固孔513、第二紧固孔514、第一螺纹孔515、第一紧钉丝孔516和安装面517，第一通孔511设于扫描仪连接块510的前后面，第二通孔512设于扫描仪连接块510的两侧面，安装面517设于扫描仪连接块510底部，第一紧固孔513设于安装面517上，第二紧固孔514设于扫描仪连接块510的顶部四角上，第一螺纹孔515设于第一通孔511和第二通孔512一侧，第一紧钉丝孔516设于扫描仪连接块510顶部中心。
圆管连接件530包括：第三通孔531、第四通孔532、第三紧固孔533、第二螺纹孔534、第二紧钉丝孔535和第三紧钉丝孔536，第三通孔531设于圆管连接件530的上下面，第四通孔532设于圆管连接件530的两侧面，第三紧固孔533设于圆管连接件530的顶部前端，第二螺纹孔534设于圆管连接件530的两侧面后端，第二紧钉丝孔535设于圆管连接件530的两侧面上，第三紧钉丝孔536设于圆管连接件530的上下面上。
本发明与传统的引导系统相比，首先解决了智能化问题，简而言之就是增加更多的信息传感设备和分析处理设备提高整体的运动精度，更具体则是通过将视觉扫描仪、视觉软件与机器人和PLC一起集成应用，通过视觉扫描仪的对大尺寸钣金件对角区域的扫描，提高了识别精度和定位精度，对大尺寸钣金件的搬运引导精度可提高至±0.5mm，节省了中间再次定位的工装设计成本，由于选用的视觉扫描仪是采集工件的六自由度坐标信息，而且有较大的检测范围，对工件的位置摆放偏差允许范围是±70mm，大大降低了工件的定位要求，不需精定位料框即可满足视觉系统的上料引导搬运。
本发明的工作原理是，机器人100运动至指定的原点位置，然后将此时的坐标信息通过PLC630发送给视觉软件系统，视觉软件判断机器人100当前位置坐标信息并将扫描位置坐标信息通过PLC630发送给机器人100，机器人100接收坐标信息并运动至扫描位置，然后将当前位置坐标再发送给视觉软件系统，视觉软件系统根据机器人坐标信息触发2个视觉三维扫描仪400对汽车顶盖的特征扫描区域进行扫描，然后视觉系统软件接收处理特征扫描区域的坐标信息，通过软件计算得出工件在机器人100坐标系下的坐标位置和姿态，包含平面坐标x、y、z和角度坐标a、b、c，再通过视觉软件的坐标转换模块将工件坐标值转换成机器人100目标位置坐标值，然后发送给机器人100，机器人100接收到目标坐标值后，机器人100运动至目标位置后发送信号给PLC630，PLC630通过控制抓手上的真空发生器900使真空吸盘1100产生真空度并将工件吸紧，并将真空度是否合格反馈给PLC630，真空度合格后PLC630给机器人100发出信号使机器人100运动一定位移，然后在通过控制阀岛800使夹紧气缸1000夹紧工件并发出夹紧信号给到机器人100，然后机器人110将工件搬运至工作位置并返回原点位置。扫描位置指的是根据视觉扫描仪的检测范围而确定的扫描仪离工件特征区域的距离，在视觉三维扫描仪400扫描的时候，需要保持这种距离不变，否则会出现扫描仪无法识别工件特征区域的坐标信息，检测范围越大对应的扫描位置就越高，工件特征区域的识别成功率就越大。目标坐标值是根据工件的当前扫描仪坐标系下的位置坐标，通过坐标转换模块得出的机器人坐标系下的机器人要移动到的位置坐标。
另一方面，目前市面上的三维扫描仪无法实现我们预想的效果和功能，因此为了满足上述的实现，我们对视觉三维扫描仪400和扫描仪连接机构500进行重新设计，以满足本发明的特殊需要。
视觉三维扫描仪400连接在扫描仪连接块510上，圆管520的一端插入扫描仪连接块510的一个通孔内，端面露出10mm左右的距离，圆管520的另一端插入圆管连接件530的一个通孔内，第二根圆管520的一端插入圆管连接件530的另外一个通孔内，第二根圆管520的另一端插入八角管连接件540的凹槽内，通过抱箍并使用螺钉紧固，相机430和投影仪420以一定的角度固定在外壳410的内腔，防护镜片450置于相机430和投影仪420的外端，外壳410的前盖板412和后盖板413可通过定位卡槽417固定，八角管连接件540连接在八角管抓手上，通过调整扫描仪连接块510在圆管520上的轴线方向的位置或者旋转扫描仪连接块510，或者调整圆管连接件530在第二根圆管520上的方向即沿着轴线移动或者旋转，均可调整扫描仪的视角方向；视觉三维扫描仪400的外壳410的第一螺纹孔515和第一紧钉丝孔516，四个螺纹孔处于相互对称的空间位置，且螺纹孔所在的平面为加厚板414，方便视觉三维扫描仪400和扫描仪连接块510可在两个平面内任意安装，视觉三维扫描仪400重量为1.5kg，通过4个M5的螺钉紧固，可以达到锁紧视觉三维扫描仪400的效果，使视觉三维扫描仪400在机器人抓手高速运行中也能保持稳定性。本发明通过在扫描仪的外壳内上下端加装加厚板，并且在加厚板上安装第一螺纹孔515和第一紧钉丝孔516，第一螺纹孔515和第一紧钉丝孔516位置相互对称，方便扫描仪和安装块在两个平面内任意安装，方便调节位置及视角，并采用螺钉达到锁紧扫描仪的效果，使扫描仪在机器人抓手高速运行中也能保持稳定性。
以上对本发明的具体实施方式进行了说明，但本发明并不以此为限，只要不脱离本发明的宗旨，本发明还可以有各种变化。

Claims (7)

1.一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于，包括：机器人(100)、抓手增高盘(200)、机器人抓手(300)、视觉三维扫描仪(400)、扫描仪连接机构(500)、工控机柜(600)、机器人控制柜(700)、阀岛(800)、真空发生器(900)、夹紧气缸(1000)和真空吸盘(1100)，所述机器人抓手(300)通过抓手增高盘(200)与机器人(100)末端连接，所述视觉三维扫描仪(400)通过扫描仪连接机构(500)与机器人抓手(300)的两个对角位置固定连接，所述阀岛(800)通过连接板与机器人抓手(300)上部连接，所述工控机柜(600)与外接主电源线连接，所述机器人控制柜(700)与工控机柜(600)内部连接，所述视觉三维扫描仪(400)与工控机柜(600)通过通电线缆供电连接，所述视觉三维扫描仪(400)与工控机柜(600)通过通讯线缆进行通讯连接，所述工控机柜(600)与机器人控制柜(700)通过PLC进行通讯连接，所述真空发生器(900)与机器人抓手(300)连接，所述夹紧气缸(1000)和真空吸盘(1100)与机器人抓手(300)连接；
其中，所述视觉三维扫描仪(400)包括：外壳(410)、投影仪(420)、相机(430)、偏光片(440)、防护镜片(450)、电路板(460)和螺钉(470)，所述外壳(410)通过螺钉(470)与扫描仪连接机构(500)连接，所述投影仪(420)和相机(430)与外壳(410)内腔连接，所述防护镜片(450)与投影仪(420)和相机(430)外侧连接，所述偏光片(440)设于相机(430)和防护镜片(450)中间，所述电路板(460)与外壳(410)内底部连接，所述防护镜片(450)的材质为亚克力材料。
2.根据权利要求1所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述机器人抓手(300)包括：基板(310)，所述基板(310)的型号为EGT017.1。
3.根据权利要求1所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述机器人(100)的型号为KUKA、ABB、FANUC主流搬运重载六轴机器人，所述机器人(100)的负载为210KG。
4.根据权利要求1所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述扫描仪连接机构(500)包括：扫描仪连接块(510)、圆管(520)、圆管连接件(530)和八角管连接件(540)，所述圆管(520)通过螺钉与扫描仪连接块(510)紧固连接，所述圆管(520)通过螺钉与圆管连接件(530)连接，所述圆管(520)通过螺钉与八角管连接件(540)连接。
5.根据权利要求1所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述外壳(410)包括：壳体(411)、前盖板(412)、后盖板(413)、加厚板(414)、第一安装螺纹孔(415)、第二安装螺纹孔(416)、定位卡槽(417)和端盖固定孔(418)，所述前盖板(412)通过定位卡槽(417)与壳体(411)前端固定连接，所述后盖板(413)通过定位卡槽(417)与壳体(411)后端固定连接，所述加厚板(414)与壳体(411)上下端连接，所述第一安装螺纹孔(415)设于壳体(411)顶部的加厚板(414)上，所述第二安装螺纹孔(416)设于壳体(411)底部的加厚板(414)上，所述端盖固定孔(418)设于壳体(411)顶部四角上。
6.根据权利要求4所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述扫描仪连接块(510)包括：第一通孔(511)、第二通孔(512)、第一紧固孔(513)、第二紧固孔(514)、第一螺纹孔(515)、第一紧钉丝孔(516)和安装面(517)，所述第一通孔(511)设于扫描仪连接块(510)的前后面，所述第二通孔(512)设于扫描仪连接块(510)的两侧面，所述安装面(517)设于扫描仪连接块(510)底部，所述第一紧固孔(513)设于安装面(517)上，所述第二紧固孔(514)设于扫描仪连接块(510)的顶部四角上，所述第一螺纹孔(515)设于第一通孔(511)和第二通孔(512)一侧，所述第一紧钉丝孔(516)设于扫描仪连接块(510)顶部中心。
7.根据权利要求4所述的一种适用于汽车顶盖自动搬运过程的视觉引导上料系统，其特征在于：所述圆管连接件(530)包括：第三通孔(531)、第四通孔(532)、第三紧固孔(533)、第二螺纹孔(534)、第二紧钉丝孔(535)和第三紧钉丝孔(536)，所述第三通孔(531)设于圆管连接件(530)的上下面，所述第四通孔(532)设于圆管连接件(530)的两侧面，所述第三紧固孔(533)设于圆管连接件(530)的顶部前端，所述第二螺纹孔(534)设于圆管连接件(530)的两侧面后端，所述第二紧钉丝孔(535)设于圆管连接件(530)的两侧面上，所述第三紧钉丝孔(536)设于圆管连接件(530)的上下面上。
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