CN110653788B - 箱体内测量靶标定位的机器人装置 - Google Patents

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Abstract

一种箱体内测量靶标定位的机器人装置，包括：二自由度的机械手、靶标、导向机构和探照机构，其中：导向机构、机械手和靶标依次相连，探照机构设置于机械手上以测量被测几何特征的位置信息，实现遥控和自动两种操作模式。导向机构包括：车轮、驱动单元、导向摆臂和导向轮，其中：车轮与驱动单元之间通过联轴器和车轮的轮轴连接，车轮与导向摆臂之间通过支撑杆连接，导向轮设置于导向摆臂上且能够被动转动以调整摆臂半径。本发明结构简单，各部件紧凑，利用可调整的导向结构提高了机器人的稳定性和适应能力；靶标采用与机器人分离的方式进行检测，提高了检测精度；采用摄像头检测被测特征的方式，提高了机器人的自动化和智能水平。

Description

箱体内测量靶标定位的机器人装置
技术领域
本发明涉及的是一种机器人领域的技术，具体是一种箱体内测量靶标定位的机器人装置。
背景技术
在智能化程度极高的现代，对于狭窄箱体内部件的平面度、对称度和直线度检测等工作，还是由人工爬进箱体内并在特定位置上操作靶标以供外部测量仪瞄准、检测。由于施展空间小、劳动强度大，造成作业质量难以保证的问题。因此，急需以一种智能化装置改善现状。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种箱体内测量靶标定位的机器人装置，实现箱体内测量和作业过程自动化，提高生产效率和质量，将工人从恶劣的作业环境中解放。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：二自由度的机械手、靶标、导向机构和探照机构，其中：导向机构、机械手和靶标依次相连，探照机构设置于机械手上以测量被测几何特征的位置信息，实现遥控和自动两种操作模式。
所述的导向机构包括：车轮、驱动单元、导向摆臂和导向轮，其中：车轮与驱动单元之间通过联轴器和车轮的轮轴连接，车轮与导向摆臂之间通过支撑杆连接，导向轮设置于导向摆臂上且能够被动转动以调整摆臂半径。
所述的支撑杆与导向摆臂的连接处的圆周方向设有多个调整孔以根据箱体的内径调整导向摆臂与支撑杆的相对位置。
所述的机械手包括：竖直平动单元和水平平动单元，其中：竖直平动单元与导向机构相连，水平平动单元与竖直平动单元相连。
所述的竖直平动单元和水平平动单元均包括：伺服电机、减速器和梯形丝杆，其中：伺服电机与减速器相连，减速器通过联轴器与梯形丝杆相连。
所述的竖直平动单元的两侧设有直线导轨以实现机械手竖直方向的移动。
所述的水平平动单元在丝杆的上方设有两根导向杆以实现机械手水平方向的移动。
所述的靶标通过靶标托架固定设置于水平平动单元的底部，该靶标托架与竖直平动单元活动连接以带动靶标上下运动。
所述的探照机构包括：分别与机械手相连的摄像头和光源。
技术效果
与现有技术相比，本发明结构简单，各部件紧凑，利用可调整的导向结构提高了机器人的稳定性和适应能力；靶标采用与机器人分离的方式进行检测，提高了检测精度；采用摄像头检测被测特征的方式，提高了机器人的自动化和智能水平。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为导向机构的示意图；
图3为主动车轮的示意图；
图4为竖直平动单元的示意图；
图5为水平平动单元的示意图；
图中：a为侧视图；b为俯视图；机械手1、靶标2、导向机构3、传动机构4、探照机构5、车体底板6、支撑柱7、销钉8、导向摆臂9、导向轮10、螺栓11、轴承座12、端盖13、驱动单元14、车轮轴15、轴承16、车轮17、车体连接板18、靶标托架19、调整孔20、竖直平动单元21、水平平动单元22、竖直底板23、第一联轴器24、第一支撑板25、第一螺母座26、螺杆27、下支撑座28、螺母29、直线导轨30、上支撑座31、竖直减速器单元32、伺服电机33、34、水平减速器单元35、电机支架36、第二支撑板37、第二联轴器38、导向杆39、第二螺母座40、固定板41、丝杆42。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：二自由度的机械手1、靶标2和探照机构5，以及设置于车体底板6上的四组导向机构3和四组传动机构4，其中：导向机构3、机械手1和靶标2依次相连，探照机构5设置于机械手1上以测量被测几何特征的位置信息，实现遥控和自动两种操作模式。
如图2所示，所述的导向机构3包括：支撑柱7、销钉8、导向摆臂9、导向轮10和螺栓11，其中：支撑柱7与车体底板6固定连接，导向轮10通过螺栓11设置于导向摆臂9上并能够被动转动以调整导向摆臂9半径适应不同宽度的箱体。
所述的支撑柱7与导向摆臂9的连接处的圆周方向设有多个调整孔20以根据箱体的内径调整导向摆臂9与支撑柱7的相对位置。
所述的导向轮10采用橡胶材质。
如图3所示，所述的传动机构4包括：轴承座12、端盖13、驱动单元14、车轮轴15、轴承16、车轮17和两块车体连接板18，其中：轴承座12与车体连接板18固定连接，驱动单元14的输出轴通过车轮轴15与车轮17相连，车轮17与导向摆臂9之间通过支撑杆19连接，轴承16设置于轴承座12内，端盖13设置于车轮轴15的端部以定位。
所述的机械手1包括：竖直平动单元21和水平平动单元22，其中：竖直平动单元21与导向机构3相连，水平平动单元22与竖直平动单元21相连。
如图4所示，所述的竖直平动单元21包括：竖直底板23、第一联轴器24、第一支撑板25、第一螺母座26、螺杆27、下支撑座28、螺母29、直线导轨30、上支撑座31、竖直减速器单元32及其伺服电机33，其中：竖直减速器单元32和螺杆27由第一联轴器24连接，上支撑座31和下支撑座28通过第一支撑板25与车体底板6连接，第一螺母座26通过螺母29设置于上支撑座31和下支撑座28之间并与水平平动单元22连接，直线导轨30设置于竖直底板23的两侧以提供机械手1上下运动的滑动支撑。
如图5所示，所述的水平平动单元22包括：水平减速器单元35及其伺服电机34、电机支架36、第二支撑板37、第二联轴器38、导向杆39、第二螺母座40、固定板41和丝杆42，其中：伺服电机34与水平减速器单元35相连并固定于电机支架36上，电机支架36固定于第二支撑板37的前端，固定板41设置于第二支撑板37的上方，水平减速器单元35输出轴通过第二联轴器38与丝杆42相连，丝杆42两端设置于第二螺母座40中，两根导向杆39设置于第二螺母座40内以防止第二螺母座40转动，从而保证靶标2操作机构平动。
所述的靶标2通过靶标托架19固定设置于水平平动单元22的底部，该靶标托架19与竖直平动单元21活动连接以带动靶标2上下运动。
所述的靶标2的形状为倒置的圆台且下端具有斜度。
所述的探照机构5包括：分别与机械手1相连的两个摄像头和光源。
上述装置通过以下方式工作：传动机构4实现机器人在箱体内部的移动，在箱体内的导向由导向机构3实现，探照机构5提供箱体内部的特征识别并精准定位，同时提供被测特征的图像信息给操作人员。竖直平动单元21和水平平动单元22能够将靶标托架19及位于该托架内部的靶标2沿箱体的横向和竖向移动并精确定位到被测位置，并通过竖直平动单元21向下运动放置靶标，实现该位置的集合特征检测。检测完成后由竖直平动单元21向上移动并带动靶标2向下一个被测位置移动。
经过具体实际实验，在500mm*500mm方形箱体内部环境下，探照系统采用BasleracA2500-14um工业相机以及Basle lens C125-1620-5M F2.0 f16mm镜头，采用模板匹配算法进行螺纹孔自动定位和放置靶标作业，能够得到的实验数据是：螺纹孔圆心定位精度>0.2mm，用于自动定位孔中心并测量孔高的机器人放置靶标作业的成功率>95％，效率提高50％。与现有技术相比，本方法的性能指标提升在于把人进入箱体手工放置靶标的过程机器人化，大大降低了人工作业强度。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于箱体内测量靶标定位的机器人装置的控制方法，其特征在于，该机器人装置包括：二自由度的机械手、靶标、导向机构和探照机构，其中：导向机构、机械手和靶标依次相连，探照机构设置于机械手上以测量被测几何特征的位置信息，实现遥控和自动两种操作模式；
所述的机械手包括：竖直平动单元和水平平动单元，其中：竖直平动单元与导向机构相连，水平平动单元与竖直平动单元相连；
所述的导向机构包括：车轮、驱动单元、导向摆臂和导向轮，其中：车轮与驱动单元之间通过联轴器和车轮的轮轴连接，车轮与导向摆臂之间通过支撑杆连接，导向轮设置于导向摆臂上且能够被动转动以调整摆臂半径；
所述的支撑杆与导向摆臂的连接处的圆周方向设有多个调整孔以根据箱体的内径调整导向摆臂与支撑杆的相对位置；
所述的竖直平动单元和水平平动单元均包括：伺服电机、减速器和梯形丝杆，其中：伺服电机与减速器相连，减速器通过联轴器与梯形丝杆相连；
所述的竖直平动单元的两侧设有直线导轨以实现机械手竖直方向的移动；
所述的水平平动单元在丝杆的上方设有两根导向杆以实现机械手水平方向的移动；
所述的靶标通过靶标托架固定设置于水平平动单元的底部，该靶标托架与竖直平动单元活动连接以带动靶标上下运动；
所述的探照机构包括：分别与机械手相连的摄像头和光源；
所述的靶标的形状为倒置的圆台且底面具有斜度；
所述的控制方法是指：传动机构实现机器人在箱体内部的移动，导向机构实现在箱体内的导向，探照机构提供箱体内部的特征识别并精准定位并输出被测特征的图像信息，竖直平动单元和水平平动单元将靶标托架及位于该托架内部的靶标沿箱体的横向和竖向移动并精确定位到被测位置，并通过竖直平动单元向下运动放置靶标，实现该位置的集合特征检测。
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