CN111112981A - 一种机器人自动安装车牌设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种机器人自动安装车牌设备，包括机械系统和与机械系统连接的视觉系统；所述视觉系统包括工控机和与所述工控机连接的相机、激光传感器和距离传感器；所述机械系统包括机械手和与所述机械手连接的车牌安装机构；所述车牌安装机构包括平板、与所述平板固定连接的连接柱、与所述连接柱滑动连接的支撑板，设置在所述平板与所述支撑板之间的第一气缸，以及设置在所述支撑板上的宽度调节组件，用于调节电批之间的距离。还提出了一种机器人自动安装车牌方法。本发明实现了图像采集、处理、定位等关键技术的融合，结构简单、自动化程度高，适用于各种类型车牌的安装。

Description

一种机器人自动安装车牌设备及其方法
技术领域
本发明涉及智能机器人领域，具体而言，涉及一种机器人自动安装车牌设备及其方法。
背景技术
目前，车牌的安装均通过手动安装完成，手动安装步骤为：将螺钉穿入固封底座，再将垫片对准安装孔，螺钉与底座穿过车牌座安装孔，用螺丝刀拧紧螺钉。该手动安装方式费时费力，安装效率低下，智能化程度低，无法适应大规模车牌安装作业的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人自动安装车牌设备及其方法，解决了现有技术中手动安装方式费时费力，安装效率低下，智能化程度低的问题。
为解决上述技术问题，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：
一种机器人自动安装车牌设备，包括包括机械系统和与机械系统连接的视觉系统；
所述视觉系统包括工控机和与所述工控机连接的相机、激光传感器和距离传感器；
所述机械系统包括机械手和与所述机械手连接的车牌安装机构；
其中，所述相机、激光传感器和距离传感器将信号传输到工控机，所述工控机控制所述机械手和车牌安装机构动作，所述车牌安装机构包括平板、与所述平板固定连接的连接柱、与所述连接柱滑动连接的支撑板，设置在所述平板与所述支撑板之间的第一气缸，以及设置在所述支撑板上的宽度调节组件，用于调节电批之间的距离，所述平板上设置有多个吸盘，用于吸取车牌。
可选地，根据本发明的一种实施方式，所述宽度调节组件包括第二气缸、用于夹紧电批的夹块和轴承滑动杆，所述第二气缸固定连接在所述支撑板上端，且所述第二气缸输出端连接有弧形块，所述夹块数量为2个，对称设置在所述支撑板上，两所述夹块相互远离一侧通过滑动连接杆与所述支撑板滑动连接，相互靠近一侧分别连接有两轴承滑动杆，所述弧形块位于两轴承滑动杆正上方。
可选地，根据本发明的一种实施方式，位于所述轴承滑动杆下方的支撑板上设置有滑轨，所述滑轨上滑动连接有两滑块，所述两滑块通过连接板分别与两所述轴承滑动杆连接。
可选地，根据本发明的一种实施方式，所述支撑板底部与所述平板之间设置有导向杆，所述导向杆一端与所述支撑板滑动连接，另一端固定连接在所述平板上。
可选地，根据本发明的一种实施方式，所述车牌安装机构还包括多个吸盘，所述多个吸盘设置在所述平板上，用于吸取车牌。
可选地，根据本发明的一种实施方式，所述滑动连接杆和所述导向杆上均套接有弹簧。
可选地，根据本发明的一种实施方式，所述平板两端设置有用于补光的红外光源板。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种机器人自动安装车牌方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：设定初始位置，在空间内设定车辆坐标、车牌安装机构坐标以及车牌坐标，分别移动车辆、车牌安装机构以及车牌至相应坐标位置；
步骤(2)：利用相机搜索车牌座；
步骤(3)：距离传感器检测车牌安装机构与车牌座的距离，当车牌安装机构达到车牌座附近一定距离、车牌座进入相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；
步骤(4)：对平面平行，利用多个激光传感器分别测量车牌安装机构与车牌座的距离，输入到对平面程序，根据三点共面原理，调整车牌安装机构与车牌座保持平行，并记录此时车牌安装机构的空间姿态信息；
步骤(5)：驱动车牌安装机构退回到预设的拍照位置，利用相机拍照，得到图像信息，将所述图像信息传输到工控机，工控机将所述图像信息与内置的原始图片模板进行数据对比，计算出车牌座上螺栓孔的孔位偏差值，以及车牌座位置偏差值，从而控制第二气缸对两电批之间的距离进行相应调整，并计算出车牌座空间坐标；
步骤(6)：移动车牌安装机构到车牌坐标，吸盘吸取车牌，并根据步骤(4)中得到的空间姿态信息调整车牌安装机构的空间姿态，再根据所述步骤(5)中得到的车牌座空间坐标，移动车牌安装机构到相应位置；
步骤(7)：控制启动第一气缸和电批，进行精确安装车牌。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：利用视觉系统进行检测，可以让车牌安装机构自动定位，并调整至与车辆的车牌座自动对平面平行，使用相机拍照图像，分析位置偏差值，计算出孔位间距以及车牌座空间坐标，然后吸取车牌，将车牌精准安装到车牌座上，智能化程度高。本发明实现了图像采集、处理、定位等关键技术的融合，结构简单、自动化程度高，适用于各种类型车牌的安装。
附图说明
参照附图来说明本发明的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。在附图中，相同的附图标记用于指代相同的部件。其中：
图1为本发明一实施例中机器人自动安装车牌设备的整体结构示意图；
图2为本发明一实施例中机器人自动安装车牌设备的模块示意图；
图3为本发明一实施例中车牌安装机构的结构示意图；
图4为本发明一实施例中车牌安装机构的正视图；
图5为本发明一实施例中车牌安装机构仰视图；
图6为本发明一实施例中对平面程序流程图。
具体实施方式
容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
参见图1，图1显示了本实施例中机器人自动安装车牌设备的整体结构，包括车棚支架100、机械手300以及车牌安装机构400，车牌支架100内部的基面上设置有弧形轨道21和平直轨道22，车辆200的两侧轮子分别置于弧形轨道21和平直轨道22上，弧形轨道21可以防止车辆200产生位置偏移。
为了让车辆200前后车牌实现同时安装，提供工作效率，在车棚支架100前后两端均固定连接有机械手300，机械手300末端与车牌安装机构400连接。
本实施例中，机械手300为六轴关节机器人，型号可选用川崎RS020N，具有6个自由度，可以接受指令，准确地定位到三维空间上的某一点进行作业。
参见图2，机器人自动安装车牌设备包括机械系统和与机械系统连接的视觉系统；视觉系统包括工控机和与工控机连接的相机15、激光传感器和距离传感器19，机械系统包括机械手300和与机械手300连接的车牌安装机构400，相机、激光传感器和距离传感器19与工控机连接，工控机与所述机械手300和车牌安装机构400连接。工作时，相机15、激光传感器和距离传感器19将检测信号传输到工控机，工控机控制机械手300和车牌安装机构400动作。
参见图3至图5，上述车牌安装机构400包括平板1、与平板1固定连接的连接柱2、与连接柱2滑动连接的支撑板3，设置在平板1与支撑板3之间的第一气缸8，以及设置在支撑板3上的宽度调节组件，用于调节电批6之间的距离。
相机15、激光传感器和距离传感器19设置在平板1上，距离传感器19位于平板1的两端，激光传感器的数量为三个，分别第一激光传感器16、第二激光传感器17和第三激光传感器18，平板1上开设有可供电批6螺纹头穿过的椭圆孔23。
相机15型号选用XM-CAM-CIC-5000R，配合镜头选用23XM12FL5、滤镜为M32.5，激光传感器型号选用基恩士IL-105，距离传感器19型号选用基恩士DL-EN1；
平板1上还设置有多个吸盘20，吸盘20末端连接有真空管，启动打开真空阀，即可用于吸取车牌。
宽度调节组件包括第二气缸12、用于夹紧电批6的夹块5和轴承滑动杆7，第二气缸12固定连接在支撑板3上端，且第二气缸12输出端连接有弧形块11，夹块5数量为2个，对称设置在支撑板3上，两夹块5相互远离一侧通过滑动连接杆13与支撑板3滑动连接，相互靠近一侧分别连接有两轴承滑动杆7，弧形块11位于两轴承滑动杆7正上方，在位于轴承滑动杆7下方的支撑板3上设置有滑轨10，滑轨10上滑动连接有两滑块9，两滑块9通过连接板分别与两轴承滑动杆7连接。第二气缸12上的弧形块11向下推动，伸入两轴承滑动杆7之间，两轴承滑动杆7分开，沿滑轨10方向分别向左右移动，即可调整两电批6之间的距离。
支撑板3底部与平板1之间设置有导向杆4，导向杆4一端与支撑板3滑动连接，另一端固定连接在平板1上，滑动连接杆13和导向杆4上均套接有弹簧。在第一气缸8的拉伸下，支撑板3以及连接在支撑板3上宽度调节组件沿导向杆4方向向下移动，导向杆4上的弹簧受到压缩，电批6从椭圆孔23中穿出。
为了保证相机15拍照的成像效果，在平板1两端设置有用于补光的红外光源板14。
本发明还提供了一种机器人自动安装车牌方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)：设定初始位置，在空间内设定车辆坐标、车牌安装机构坐标以及车牌坐标，分别移动车辆200、车牌安装机构400以及车牌至相应坐标位置；
步骤(2)：利用相机15搜索车牌座，车牌座即车辆200前后端部用于安装车牌的位置，将车牌安装机构400移动到预设的拍照位置，通过相机15拍照，得到图像信息，将图像信息传输到工控机，工控机将图像信息与内置的原始图片模板进行数据对比，通过识别图像信息上的螺栓孔，判断车牌座是否在视场范围内，如果不在视场范围内，机械手300带动车牌安装机构400依次垂直升高200MM，再次确认，直至车牌座进入相机15拍照视场范围内；
步骤(3)：利用距离传感器19检测车牌安装机构400与车牌座的距离，当车牌安装机构400达到车牌座附近一定距离，且车牌座进入相机15的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；
步骤(4)：对平面平行，利用三个激光传感器分别测量车牌安装机构400与车牌座的距离，得到相应距离J1、J2和J3，传输到工控机，并输入到对平面程序，根据三点共面原理，调整车牌安装机构400与车牌座保持平行，并记录此时车牌安装机构400的空间姿态信息；
参见图6，为对平面程序流程图，主要步骤如下：
(1)通过三个激光传感器测量车牌安装机构400与车牌座之间的距离，分别得到相应距离J1、J2和J3；
(2)计算出差值J12和J13，J12＝J1-J3，J13＝J1-J2；
(3)判断J12和J13是否满足-1＜J12＜1且-1＜J13＜1，当满足时，对平面调整完成；当不满足时，执行步骤(4)；
(4)分别判断J12≥1是否满足，满足时，执行车牌安装机构绕水平方向转动-0.1°，不满足时，无动作；
判断J12≤-1是否满足，满足时，执行车牌安装机构绕水平方向转动0.1°，不满足时，无动作；
判断J13≥1是否满足，满足时，执行车牌安装机构绕竖直方向转动-0.1°，不满足时，无动作；
判断J12≤-1是否满足，满足时，执行车牌安装机构绕竖直方向转动0.1°，不满足时，无动作；
(5)返回第(1)步，循环，直至对平面平行完成。
步骤(5)：驱动车牌安装机构400退回到步骤(2)中预设的拍照位置，利用相机15拍照，得到图像信息，将图像信息传输到工控机，工控机将图像信息与内置的原始图片模板进行数据对比，并计算出车牌座螺栓孔与原始图片模板上车牌座螺栓孔的孔位偏差值，以及车牌座与原始图片模板上车牌座的位置偏差值，工控机根据孔位偏差值控制第二气缸12对两电批6之间的距离进行相应调整，工控机根据位置偏差值以及原始图片模板的车牌座空间坐标，计算出车牌座空间坐标；
步骤(6)：移动车牌安装机构400到车牌坐标，工控机控制打开真空阀，吸盘20吸取车牌，车牌上预先设置有螺钉，并根据步骤(4)中得到的空间姿态信息调整车牌安装机构400的空间姿态，再根据所述步骤(5)中得到的车牌座空间坐标，移动车牌安装机构400到相应位置；
步骤(7)：工控机控制启动第一气缸8和电批6，第一气缸8拉动电批6从椭圆孔23中穿出，并拧紧螺钉，精确完成车牌安装。
综上所述，本发明的有益效果包括：利用视觉系统进行检测，可以让车牌安装机构自动定位，并调整至与车辆的车牌座自动对平面平行，使用相机拍照图像，分析位置偏差值，计算出孔位间距以及车牌座空间坐标，然后吸取车牌，将车牌精准安装到车牌座上，智能化程度高。本发明实现了图像采集、处理、定位等关键技术的融合，结构简单、自动化程度高，适用于各种类型车牌的安装。
本发明的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本发明技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机器人自动安装车牌设备，其特征在于，包括机械系统和与机械系统连接的视觉系统；
所述视觉系统包括工控机和与所述工控机连接的相机、激光传感器和距离传感器；
所述机械系统包括机械手和与所述机械手连接的车牌安装机构；
其中，所述相机、激光传感器和距离传感器将信号传输到工控机，所述工控机控制所述机械手和车牌安装机构动作，所述车牌安装机构包括平板、与所述平板固定连接的连接柱、与所述连接柱滑动连接的支撑板，设置在所述平板与所述支撑板之间的第一气缸，以及设置在所述支撑板上的宽度调节组件，用于调节电批之间的距离。
2.根据权利要求1所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，所述宽度调节组件包括第二气缸、用于夹紧电批的夹块和轴承滑动杆，所述第二气缸固定连接在所述支撑板上端，且所述第二气缸输出端连接有弧形块，所述夹块数量为2个，对称设置在所述支撑板上，两所述夹块相互远离一侧通过滑动连接杆与所述支撑板滑动连接，相互靠近一侧分别连接有两轴承滑动杆，所述弧形块位于两轴承滑动杆正上方。
3.根据权利要求2所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，位于所述轴承滑动杆下方的支撑板上设置有滑轨，所述滑轨上滑动连接有两滑块，所述两滑块通过连接板分别与两所述轴承滑动杆连接。
4.根据权利要求1所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，所述支撑板底部与所述平板之间设置有导向杆，所述导向杆一端与所述支撑板滑动连接，另一端固定连接在所述平板上。
5.根据权利要求1所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，所述车牌安装机构还包括多个吸盘，所述多个吸盘设置在所述平板上，用于吸取车牌。
6.根据权利要求2或4所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，所述滑动连接杆和所述导向杆上均套接有弹簧。
7.根据权利要求1所述的机器人自动安装车牌设备，其特征在于，所述平板两端设置有用于补光的红外光源板。
8.一种机器人自动安装车牌方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)：设定初始位置，在空间内设定车辆坐标、车牌安装机构坐标以及车牌坐标，分别移动车辆、车牌安装机构以及车牌至相应坐标位置；
步骤(2)：利用相机搜索车牌座；
步骤(3)：距离传感器检测车牌安装机构与车牌座的距离，当车牌安装机构达到车牌座附近一定距离、车牌座进入相机的视场范围内时，执行步骤(4)，否则执行所述步骤(2)；
步骤(4)：对平面平行，利用多个激光传感器分别测量车牌安装机构与车牌座的距离，输入到对平面程序，根据三点共面原理，调整车牌安装机构与车牌座保持平行，并记录此时车牌安装机构的空间姿态信息；
步骤(5)：驱动车牌安装机构退回到预设的拍照位置，利用相机拍照，得到图像信息，将所述图像信息传输到工控机，工控机将所述图像信息与内置的原始图片模板进行数据对比，计算出车牌座上螺栓孔的孔位偏差值，以及车牌座位置偏差值，从而控制第二气缸对两电批之间的距离进行相应调整，并计算出车牌座空间坐标；
步骤(6)：移动车牌安装机构到车牌坐标，吸盘吸取车牌，并根据所述步骤(4)中得到的空间姿态信息调整车牌安装机构的空间姿态，再根据所述步骤(5)中得到的车牌座空间坐标，移动车牌安装机构到相应位置；
步骤(7)：控制启动第一气缸和电批，进行精确安装车牌。
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