CN111169983B - 一种基于机器视觉的自动上料机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的自动上料机器人，涉及机器人领域，包括机架、托板、横向移动机构、移动滑台、抓取机械手、翻转机构、视觉检测机构、上料组件以及下料组件，本发明借助于翻转机构以及抓取机械手实现了产品的快速上料和下料，相对于传统的关节式机械手，显著提高了效率，且出错率低，抓取机械手在取料和放料的同时实现了顶升组件的自动上升和下降，借助于料框，实现了产品的规范摆放，利于后期整理，采用基于机器视觉的工业相机对产品的外观进行拍摄，并上传至云服务器进行检测，相对于传统的人工肉眼检测，出错率低，效率高。

Description

一种基于机器视觉的自动上料机器人

技术领域

本发明属于机器人领域，具体涉及一种基于机器视觉的自动上料机器人。

背景技术

目前，对于一些电路板组件的生产过程中需要进行外观检测，传统的方式是采用人工检测，效率低，且极易发生漏检现象，因此需要采用基于机器视觉的检测装置，以实现自动化连续检测，最大限度地保障后续加工能够顺利进行，其中，在自动检测过程中需要一种自动上料装置来保障连续上料作业。虽然也有部分厂家采用机器人进行自动上料，但是其采用的机器人多为关节式机械手，该种机械手运行过程较为繁琐，效率仍然较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的自动上料机器人，以解决上述提到的现有技术中导致的上述缺陷。

一种基于机器视觉的自动上料机器人，包括机架、托板、横向移动机构、移动滑台、抓取机械手、翻转机构、视觉检测机构、上料组件以及下料组件，所述托板固定于机架两个侧壁之间，所述横向移动机构安装于托板上，所述移动滑台滑动连接于横向移动机构上并能够在横向移动机构的驱动下做往复直线运动，所述抓取机械手的一侧铰接于移动滑台上，所述翻转机构有两个并对称设置于机架的两侧，该翻转机构能够驱动抓取机械手翻转以实现产品的取放，所述视觉检测机构安装于托板的一端并能够实现产品的外观检测，所述上料组件和下料组件分别设置于机架的两端并与翻转机构连接，上料组件用于实现产品的供料，下料组件用于实现产品的存放，且下料组件与视觉检测机构位于同一侧。

进一步地，所述横向移动机构包括基座、导向杆、丝杠以及横向驱动电机，所述基座的上部设有一移动槽，所述导向杆有两根并对称设置于移动槽内，所述丝杠转动连接于移动槽内且其一端通过联轴器连接至横向驱动电机的输出端，所述移动滑台通过其上的导向孔滑动连接于导向杆上，所述丝杠穿过移动滑台并与移动滑台上的丝杠螺母螺纹连接以实现移动滑台的往复直线运动。

进一步地，所述抓取机械手包括基板、矩形通气管、吸盘、驱动轴以及驱动块，所述基板的顶面设有一矩形槽，所述矩形通气管固定于矩形槽内，所述吸盘有四个并对称设置于矩形通气管上，吸盘与矩形通气管连通，矩形通气管上位于横向驱动电机的一侧连接有进气管，进气管的布置方向与导向杆平行并穿过基板，基板的一侧通过驱动轴铰接于移动滑台的铰接座上，所述驱动块对称固定于驱动轴的两端。

进一步地，所述驱动块包括一圆柱形的驱动杆，驱动杆的圆柱面对称地一体成型有凸耳。

进一步地，所述翻转机构包括翻转电机和驱动套筒，所述翻转电机安装于机架两侧且其输出轴连接至驱动套筒，所述驱动套筒上朝向抓取机械手的一端设有与驱动块相配合的插槽。

进一步地，所述上料组件包括料框、顶升组件、主动轮一、主动轮二、从动轮一、从动轮二、传送带一、传送带二、棘轮机构以及立板，所述主动轮一同轴设置于翻转电机的输出轴上，主动轮一通过传送带一与从动轮一连接，从动轮一通过连接轴连接至棘轮机构中的摆杆并驱动摆杆转动，棘轮机构中的棘轮与主动轮二同轴设置并转动连接于立板上，主动轮二通过传送带二与从动轮二连接，从动轮一转动连接于机架上，从动轮二转动连接于立板上，所述料框安装于基座的侧面，所述顶升组件滑动连接于料框的底部，顶升组件通过连接块连接至传送带二的侧面并能够跟随传送带二移动；

所述下料组件的结构组成与上料组件相同，其中，下料组件中棘轮的步进方向与上料组件中的棘轮的步进方向相反。

进一步地，所述顶升组件包括顶板、导柱以及底板，顶板滑动连接于料框内，顶板通过导柱与底板连接，底板的一端与连接块固定连接，导柱滑动连接于料框底部的导向孔内。

进一步地，所述视觉检测机构包括L形基台和工业相机，所述工业相机安装于L形基台的顶部并用于对产品进行拍摄。

本发明的优点在于：

（1）本发明借助于翻转机构以及抓取机械手不仅实现了产品的快速自动上料，而且还实现了自动下料，相对于传统的关节式机械手，显著提高了效率，且出错率低，基于电路板组件产品的特点，抓取过程采用吸气式，即借助于吸盘实现抓取，对产品的损伤小，报废率低。

（2）本发明的方案中，抓取机械手在取料和放料的同时实现了顶升组件的自动上升和下降，即取料的同时，顶升组件同步向上移动一个产品厚度的距离，实现产品的及时供料，放料的同时，顶升组件同步向下移动一个产品厚度的距离，预留产品的放料空间，实现产品的及时存放，同时，借助于料框，实现了产品的规范摆放，利于后期整理。

（3）本发明采用基于机器视觉的工业相机对产品的外观进行拍摄，并上传至云服务器进行检测，相对于传统的人工肉眼检测，出错率低，效率高。

附图说明

图1、图2为本发明不同视角的结构示意图。

图3、图4为本发明中移动滑台及抓取机械手部分不同视角的结构示意图。

图5、图6为本发明中翻转机构、上料组件及机架部分不同视角的结构示意图。

图7、图8为本发明中上料组件中局部结构的不同视角的结构示意图。

图9为图7的主视图。

图10为本发明中料框及顶升组件的装配图。

图11为图10的剖视图。

图12为本发明中上料组件及下料组件的相对位置示意图。

图13为图2中A处的局部放大图。

图14为本发明中棘轮机构的爆炸图。

图15为本发明中下料组件的局部示意图。

其中，1-机架，2-托板，3-横向移动机构，31-基座，32-导向杆，33-丝杠，34-横向驱动电机，35-移动槽，4-移动滑台，5-抓取机械手，51-基板，52-矩形通气管，53-吸盘，54-驱动轴，55-驱动块，551-驱动杆，552-凸耳，56-进气管，6-翻转机构，61-翻转电机，62-驱动套筒，63-插槽，7-视觉检测机构，71-L形基台，72-工业相机，8-上料组件，81-料框，82-顶升组件，821-顶板，822-导柱，823-底板，83-主动轮一，84-主动轮二，85-从动轮一，86-从动轮二，87-传送带一，88-传送带二，89-棘轮机构，810-立板，811-连接块，9-下料组件。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图15所示，一种基于机器视觉的自动上料机器人，包括机架1、托板2、横向移动机构3、移动滑台4、抓取机械手5、翻转机构6、视觉检测机构7、上料组件8以及下料组件9，所述托板2固定于机架1两个侧壁之间，所述横向移动机构3安装于托板2上，所述移动滑台4滑动连接于横向移动机构3上并能够在横向移动机构3的驱动下做往复直线运动，所述抓取机械手5的一侧铰接于移动滑台4上，所述翻转机构6有两个并对称设置于机架1的两侧，该翻转机构6能够驱动抓取机械手5翻转以实现产品的取放，所述视觉检测机构7安装于托板2的一端并能够实现产品的外观检测，所述上料组件8和下料组件9分别设置于机架1的两端并与翻转机构6连接，上料组件8用于实现产品的供料，下料组件9用于实现产品的存放，且下料组件9与视觉检测机构7位于同一侧。

本发明的实施例中，所述横向移动机构3包括基座31、导向杆32、丝杠33以及横向驱动电机34，所述基座31的上部设有一移动槽35，所述导向杆32有两根并对称设置于移动槽35内，所述丝杠33转动连接于移动槽35内且其一端通过联轴器连接至横向驱动电机34的输出端，所述移动滑台4通过其上的导向孔滑动连接于导向杆32上，所述丝杠33穿过移动滑台4并与移动滑台4上的丝杠螺母螺纹连接以实现移动滑台4的往复直线运动。

本发明的实施例中，所述抓取机械手5包括基板51、矩形通气管52、吸盘53、驱动轴54以及驱动块55，所述基板51的顶面设有一矩形槽，所述矩形通气管52固定于矩形槽内，所述吸盘53有四个并对称设置于矩形通气管52上，吸盘53与矩形通气管52连通，矩形通气管52上位于横向驱动电机34的一侧连接有进气管56，进气管56的布置方向与导向杆32平行并穿过基板51，进气管56连接至抽吸设备，基板51的一侧通过驱动轴54铰接于移动滑台4的铰接座上，所述驱动块55对称固定于驱动轴54的两端。其中，基板51处于水平状态时，其底面与移动滑台4的顶面之间会留有一很小的间隙，故会在移动滑台4的顶面设置有垫块，以起到支撑作用。

本发明的实施例中，所述驱动块55包括一圆柱形的驱动杆551，驱动杆551的圆柱面对称地一体成型有凸耳552，两个凸耳552的夹角为180度。

本发明的实施例中，所述翻转机构6包括翻转电机61和驱动套筒62，所述翻转电机61安装于机架1两侧且其输出轴连接至驱动套筒62，所述驱动套筒62上朝向抓取机械手5的一端设有与驱动块55相配合的插槽63。

本发明的实施例中，所述上料组件8包括料框81、顶升组件82、主动轮一83、主动轮二84、从动轮一85、从动轮二86、传送带一87、传送带二88、棘轮机构89以及立板810，所述主动轮一83同轴设置于翻转电机61的输出轴上，主动轮一83通过传送带一87与从动轮一85连接，从动轮一85通过连接轴连接至棘轮机构89中的摆杆并驱动摆杆转动，棘轮机构89中的棘轮与主动轮二84同轴设置并转动连接于立板810上，主动轮二84通过传送带二88与从动轮二86连接，从动轮一85转动连接于机架1上，从动轮二86转动连接于立板810上，所述料框81安装于基座31的侧面，所述顶升组件82滑动连接于料框81的底部，顶升组件82通过连接块811连接至传送带二88的侧面并能够跟随传送带二88移动；

所述下料组件9的结构组成与上料组件8相同，其中，下料组件9中棘轮的步进方向与上料组件8中的棘轮的步进方向相反。

其中，立板810起到了支撑作用，即用于主动轮二84、从动轮二86的安装，且主动轮一83、主动轮二84、从动轮一85、从动轮二86均采用同步轮，防止打滑，图中采用简易图进行了示意。主动轮一83与驱动套筒62之间还设置有一个支撑板，用于支撑主动轮一83与驱动套筒62之间的连接轴。

本发明的实施例中，所述顶升组件82包括顶板821、导柱822以及底板823，顶板821滑动连接于料框81内，顶板821通过导柱822与底板823连接，底板823的一端与连接块811固定连接，导柱822滑动连接于料框81底部的导向孔内。

本发明的实施例中，所述视觉检测机构7包括L形基台71和工业相机72，所述工业相机72安装于L形基台71的顶部并用于对产品进行拍摄。

本发明的工作过程及原理，具体如下：

首先，将待检测的产品整齐码放于上料组件8中的料框81内，料框81的容量可根据需要设置，本发明中附图所示的仅做示例，此时的移动滑台4位于上料组件8一端，此时，启动上料组件8一侧的翻转电机61，此时的驱动块55位于驱动套筒62的插槽63内，抓取机械手5翻转180度至上料组件8中料框81的正上方，与此同时，翻转电机61驱动上料组件8中的主动轮一83同步旋转，主动轮一83带动从动轮一85旋转，从动轮一85带动棘轮机构89中的摆杆旋转一定角度，带动主动轮二84旋转，主动轮二84带动传送带二88旋转，此时的顶升组件82向上移动一个产品厚度的距离，位于最上端的产品的顶面与吸盘53接触，进气管56吸气产生负压，将产品吸住，接着翻转电机61反向翻转180度，抓取机械手5复位，产品位于移动滑台4的正上方，此时上料组件8中的棘轮不转动并在止回棘爪的作用下确保棘轮不反转；

接着，横向驱动电机34启动，移动滑台4在丝杠33的作用下向视觉检测机构7处移动，到达指定位置后停止移动，此时，位于转轴另一端的驱动块55与下料组件9一侧的驱动套筒62套接，工业相机72拍摄产品的图片并上传至后台的云服务器，云服务器做出判断，若不合格，则控制相关的报警器响起，提醒工人将产品取走，若合格，下料组件9一侧的翻转电机61启动，驱动抓取机械手5翻转180度至下料组件9中料框81的正上方，与此同时，翻转电机61驱动下料组件9中的主动轮一83同步旋转，主动轮一83带动从动轮一85旋转，从动轮一85带动棘轮机构89中的摆杆旋转一定角度，带动主动轮二84旋转，主动轮二84带动传送带二88旋转，由于下料组件9中棘轮的步进方向与上料组件8中的棘轮的步进方向相反，此时的顶升组件82向下移动一个产品厚度的距离，进气管56放气，负压消失，产品在重力的作用下落入料框81内，接着翻转电机61反向翻转180度，抓取机械手5复位，此时上料组件8中的棘轮不转动并在止回棘爪的作用下确保棘轮不反转；

最后，移动滑台4在丝杠33的驱动下返回至上料组件8一侧，重复之前的步骤即可。

本发明中，若上料组件8中的产品被取完，且下料组件9中的料框81被放满，则由工作人员将顶升组件82复位，并在上料组件8中的料框81内放置新的待检测产品即可。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于，包括机架（1）、托板（2）、横向移动机构（3）、移动滑台（4）、抓取机械手（5）、翻转机构（6）、视觉检测机构（7）、上料组件（8）以及下料组件（9），所述托板（2）固定于机架（1）两个侧壁之间，所述横向移动机构（3）安装于托板（2）上，所述移动滑台（4）滑动连接于横向移动机构（3）上并能够在横向移动机构（3）的驱动下做往复直线运动，所述抓取机械手（5）的一侧铰接于移动滑台（4）上，所述翻转机构（6）有两个并对称设置于机架（1）的两侧，该翻转机构（6）能够驱动抓取机械手（5）翻转以实现产品的取放，所述视觉检测机构（7）安装于托板（2）的一端并能够实现产品的外观检测，所述上料组件（8）和下料组件（9）分别设置于机架（1）的两端并与翻转机构（6）连接，上料组件（8）用于实现产品的供料，下料组件（9）用于实现产品的存放，且下料组件（9）与视觉检测机构（7）位于同一侧。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述横向移动机构（3）包括基座（31）、导向杆（32）、丝杠（33）以及横向驱动电机（34），所述基座（31）的上部设有一移动槽（35），所述导向杆（32）有两根并对称设置于移动槽（35）内，所述丝杠（33）转动连接于移动槽（35）内且其一端通过联轴器连接至横向驱动电机（34）的输出端，所述移动滑台（4）通过其上的导向孔滑动连接于导向杆（32）上，所述丝杠（33）穿过移动滑台（4）并与移动滑台（4）上的丝杠螺母螺纹连接以实现移动滑台（4）的往复直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述抓取机械手（5）包括基板（51）、矩形通气管（52）、吸盘（53）、驱动轴（54）以及驱动块（55），所述基板（51）的顶面设有一矩形槽，所述矩形通气管（52）固定于矩形槽内，所述吸盘（53）有四个并对称设置于矩形通气管（52）上，吸盘（53）与矩形通气管（52）连通，矩形通气管（52）上位于横向驱动电机（34）的一侧连接有进气管（56），进气管（56）的布置方向与导向杆（32）平行并穿过基板（51），基板（51）的一侧通过驱动轴（54）铰接于移动滑台（4）的铰接座上，所述驱动块（55）对称固定于驱动轴（54）的两端。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述驱动块（55）包括一圆柱形的驱动杆（551），驱动杆（551）的圆柱面对称地一体成型有凸耳（552）。

5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述翻转机构（6）包括翻转电机（61）和驱动套筒（62），所述翻转电机（61）安装于机架（1）两侧且其输出轴连接至驱动套筒（62），所述驱动套筒（62）上朝向抓取机械手（5）的一端设有与驱动块（55）相配合的插槽（63）。

6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述上料组件（8）包括料框（81）、顶升组件（82）、主动轮一（83）、主动轮二（84）、从动轮一（85）、从动轮二（86）、传送带一（87）、传送带二（88）、棘轮机构（89）以及立板（810），所述主动轮一（83）同轴设置于翻转电机（61）的输出轴上，主动轮一（83）通过传送带一（87）与从动轮一（85）连接，从动轮一（85）通过连接轴连接至棘轮机构（89）中的摆杆并驱动摆杆转动，棘轮机构（89）中的棘轮与主动轮二（84）同轴设置并转动连接于立板（810）上，主动轮二（84）通过传送带二（88）与从动轮二（86）连接，从动轮一（85）转动连接于机架（1）上，从动轮二（86）转动连接于立板（810）上，所述料框（81）安装于基座（31）的侧面，所述顶升组件（82）滑动连接于料框（81）的底部，顶升组件（82）通过连接块（811）连接至传送带二（88）的侧面并能够跟随传送带二（88）移动；

所述下料组件（9）的结构组成与上料组件（8）相同，其中，下料组件（9）中棘轮的步进方向与上料组件（8）中的棘轮的步进方向相反。

7.根据权利要求6所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述顶升组件（82）包括顶板（821）、导柱（822）以及底板（823），顶板（821）滑动连接于料框（81）内，顶板（821）通过导柱（822）与底板（823）连接，底板（823）的一端与连接块（811）固定连接，导柱（822）滑动连接于料框（81）底部的导向孔内。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的自动上料机器人，其特征在于：所述视觉检测机构（7）包括L形基台（71）和工业相机（72），所述工业相机（72）安装于L形基台（71）的顶部并用于对产品进行拍摄。

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