CN111890109A - 一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动上料设备领域，具体是涉及一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备及其方法，包括有：机架、第一夹爪、工业机器人、柔性机械臂，柔性机械臂包括有多个连杆和阻尼转轴，相邻的连杆之间通过阻尼转轴铰接，阻尼转轴包括有转轴组件、阻尼组件、夹持驱动组件，连杆与转轴组件铰接，阻尼组件位于相邻的连杆之间，夹持驱动组件的非工作部与转轴组件固定连接，夹持驱动组件的输出端夹持在铰接在同一转轴组件上的连杆的最外侧；第二夹爪、旋转驱动机构、第三夹爪、第一直线驱动器、视觉检测机构、控制系统；本设备可以自动抓取不规则棒料并且调整其角度，使得不规则棒料最终以适合装夹的角度放置到加工设备的工作端。

Description

一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备及其方法

技术领域

本发明涉及自动上料设备领域，具体是涉及一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备及其方法。

背景技术

在制造加工行业中，自动化机械加工制造已是现在制造行业当中发展的趋势，也是未来竞争激烈当中制造行业所发展的目标，现在很多自动化机械加工所采用的进料方式是人工手动上料，这就造成了在人工手动上料的过程中很容易发生劳动事故、人工劳动强度大、人员利用率低、机械加工上料不及时、生产效率低等不良因素。

参照现有的自动化上料机逐渐替代人工手动上料而越来越引起人们的重视。上料机的任务是把待加工的工件从料仓或储料器中分离出来，按要求放入指定位置。上料机构是自动机械中的主要工作机构之一，其性能优劣及自动化程度直接影响到自动机械的生产效率和质量。

但是，目前不规则的棒料依然依赖于人工上料，例如曲轴，曲轴是发动机中最重要的部件，即使能够通过数控中心进行自动加工，也需要人工将其安装在数控中心的夹持端，将其校准在预设的位置后方能自动加工。

中国专利CN201620194530.9公开了一种基于机器视觉的曲轴工件的自动化上料机，包括机架、固定在机架上的两个位置相对的横梁、移动架以及升降梁，移动架的两端可移动连接横梁，升降梁连接移动架，升降梁可相对移动架上下移动，其中，自动化上料机还包括照相机和取料机构，照相机安装在升降梁上，取料机构连接升降梁的尾端，取料机构包括旋转驱动装置和吸附装置，旋转驱动装置控制吸附装置旋转。该专利公开的自动化上料机仅能够自动抓取和移动曲轴工件，不能调整曲轴工件的转动角度，无法将曲轴工件以合适的姿态放置在加工设备或者加工治具上。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备及其方法，本设备可以自动抓取不规则棒料并且调整其角度，使得不规则棒料最终以适合装夹的角度放置到加工设备的工作端。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，应用于将不规则棒料从传输机构的输出端移动至加工机构的工作端，包括有：

机架；

第一夹爪，用于夹持不规则棒料，第一夹爪的非工作部设置有定位件；

工业机器人，设置于机架上，用于驱动第一夹爪移动至传输机构的出料端、第二夹爪的工作端或者加工机构的工作端；

柔性机械臂，用于连接定位件和工业机器人的输出端，柔性机械臂包括有多个连杆和阻尼转轴，相邻的连杆之间通过阻尼转轴铰接，阻尼转轴包括有转轴组件、阻尼组件、夹持驱动组件，连杆与转轴组件铰接，阻尼组件位于相邻的连杆之间，夹持驱动组件的非工作部与转轴组件固定连接，夹持驱动组件的输出端夹持在铰接在同一转轴组件上的连杆的最外侧；

第二夹爪，用于夹持不规则棒料；

旋转驱动机构，设置于机架上，用于驱动第二夹爪旋转；

第三夹爪，用于夹持定位件；

第一直线驱动器，设置于机架上，用于驱动第三夹爪竖直上下移动；

视觉检测机构，用于对位于传输机构输出端和第二夹爪工作端的不规则棒料进行拍照，获取不规则棒料各部位的尺寸和位置；

控制系统，其与传输机构、加工机构、第一夹爪、工业机器人、第二夹爪、旋转驱动机构、第三夹爪、第一直线驱动器、视觉检测机构均通讯连接。

优选的，柔性机械臂包括有第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆通过四个阻尼转轴铰接成菱形伸缩结构，菱形伸缩结构的两个不相邻的角通过两个阻尼转轴分别与第一连杆、第六连杆铰接，第六连杆通过阻尼转轴与第七连杆铰接，第一连杆与定位件固定连接，第七连杆与工业机器人的输出端固定连接；

第一连杆与菱形伸缩结构之间的铰接轴线为第一轴线，第六连杆与菱形伸缩结构支架的铰接轴线为第二轴线，第六连杆与第七连杆之间的铰接轴线为第三轴线，第一轴线与第二轴线均水平设置并且彼此平行，第三轴线水平设置并且与第二轴线垂直。

优选的，转轴组件包括有空心转轴，多个连杆的端部与空心转轴铰接，空心转轴的一端设置有抵靠在多个连杆最外侧一边的环状凸缘，环状凸缘远离空心转轴的一侧设置有支架；阻尼组件为圆环形状，阻尼组件套装在空心转轴上；夹持驱动组件包括有直线驱动器、螺纹杆、螺母，螺纹杆插设于空心转轴的内部，螺母与螺纹杆螺旋连接，螺母抵靠在多个连杆远离环状凸缘的一边，直线驱动器的非工作部与支架固定连接，直线驱动器的输出端与螺纹杆固定连接，螺母不与空心转轴接触。

优选的，直线驱动器为气缸，阻尼转轴还包括有夹持力调节机构，夹持力调节机构包括有气缸控制阀、电磁换向阀、高压气源、低压气源；高压气源和低压气源的输出端均与电磁换向阀的输入端连通，电磁换向阀的输出端与气缸控制阀的输入端连通，气缸控制阀的输出端与直线驱动器的输入端连通。

优选的，定位件为圆柱形状，定位件上开设有水平贯穿定位件并且与定位件轴线相交的通孔，第三夹爪包括有夹持驱动器、第一爪部、第二爪部，夹持驱动器用于驱动第一爪部和第二爪部相对靠近或远离，第一爪部与第二爪部对称，第一爪部包括有抵靠在定位件外侧的夹板，夹板上设置有垂直于夹板的定位柱，定位柱与通孔滑动配合，定位柱远离夹板的一端设置有与定位柱同轴的引导柱，引导柱朝向远离定位柱的方向延伸并且其直径逐渐减小。

优选的，工业机器人包括有第二直线驱动器、第三直线驱动器、第四直线驱动器、第一旋转驱动器，第二直线驱动器的非工作部与机架固定连接，第二直线驱动器的输出端水平设置，第三直线驱动器的非工作部与第二直线驱动器的输出端固定连接，第三直线驱动器的输出端水平设置并且垂直于第二直线驱动器的输出端，第四直线驱动器的非工作部与第三直线驱动器的输出端固定连接，第四直线驱动器的输出端竖直设置，第一旋转驱动器的非工作部与第四直线驱动器的输出端固定连接，第一旋转驱动器的输出端竖直向下设置，柔性机械臂与第一旋转驱动器的输出端固定连接。

优选的，旋转驱动机构包括有主轴、主轴座、第二旋转驱动器，主轴座和第二旋转驱动器均与机架固定连接，主轴水平设置并且与主轴座转动连接，第二旋转驱动器的输出端与主轴传动连接，主轴与第二夹爪固定连接。

优选的，视觉检测机构包括有第一相机和第二相机，第一相机和第二相机均与传输机构的非工作部固定连接；第一相机位于传输机构的外部，第一相机的高度与传输机构输出端的高度相同，第一相机的工作端水平朝向传输机构的输出端设置，第一相机位于传输机构的输出方向的延伸线上；第二相机位于传输机构的正上方，第二相机的工作端竖直向下设置，第二相机位于传输机构输出端远离第一相机的一侧。

优选的，视觉检测机构包括有第三相机和第四相机，第三相机和第四相机均与机架固定连接，第三相机工作端位于旋转驱动机构输出轴轴线的延长线上，第三相机的工作端水平朝向旋转驱动机构设置，第四相机的高度与第三相机的高度相同，第四相机的工作端水平朝向旋转驱动机构和第三相机之间，第四相机的工作端垂直于旋转驱动机构的输出轴轴线。

一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料方法，包括有以下步骤：

步骤一、传输机构间断性地传输若干不规则棒料至其输出端，第一相机和第二相机对位于传输机构输出端的不规则棒料进行拍照，获取其中部及其一端的位置、角度和尺寸；

步骤二、工业机器人通过柔性机械臂驱动第一夹爪夹紧不规则棒料的中部，将不规则棒料移动至第二夹爪的旁侧，使得不规则棒料的端部大致上位于第二夹爪的工作区间内部；

步骤三、夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件产生较小的夹持力，进而使得阻尼组件与连杆之间产生较低的摩擦力，阻尼转轴易于转动；

步骤四、第二夹爪驱动器工作端夹持不规则棒料的端部，不规则棒料在被夹紧的过程中逐渐偏移以归正，柔性机械臂自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料的偏移；

步骤五、第一夹爪松开对不规则棒料的夹持，工业机器人通过柔性机械臂驱动第一夹爪移动至第三夹爪的旁侧，夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件的夹持力为零，阻尼转轴失去阻尼，柔性机械臂在重力的作用下自然下垂，第一夹爪下降至其可达到的高度的最低点，此时定位件位于第一爪部和第二爪部之间；

步骤六、夹持驱动器驱动第一爪部和第二爪部夹紧定位件，第一直线驱动器驱动第三夹爪带动定位件竖直向上移动，柔性机械臂自然地转向和伸缩从而恢复初始姿态；

步骤七、夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件产生较大的夹持力，进而使得阻尼组件与连杆之间产生较高的摩擦力，阻尼转轴难以转动；

步骤八、第三相机和第四相机对位于第二夹爪工作端的不规则棒料进行拍照，获取其各部位的位置、角度和尺寸；

步骤九、旋转驱动机构通过第二夹爪驱动不规则棒料旋转，使得不规则棒料转动至适合加工机构固定的角度；

步骤十、第三相机和第四相机再次对位于第二夹爪工作端的不规则棒料进行拍照，获取其中部的位置、角度和尺寸；

步骤十一、工业机器人通过柔性机械臂驱动第一夹爪夹紧不规则棒料的中部，将不规则棒料移动至加工机构的工作端。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1.本发明通过第一夹爪、工业机器人、视觉检测机构和控制系统实现了不规则棒料的自动精准抓取，具体步骤为：传输机构间断性地传输若干不规则棒料至其输出端，第一相机和第二相机对位于传输机构输出端的不规则棒料进行拍照，获取其中部及其一端的位置、角度和尺寸并且发送给控制系统；第三相机和第四相机对位于第二夹爪工作端的不规则棒料进行拍照，获取其中部的位置、角度和尺寸并且发送给控制系统；控制系统规划工业机器人输出端的移动路径，工业机器人驱动第一夹爪夹紧不规则棒料的中部。

2.本发明通过柔性机械臂、第二夹爪、旋转驱动机构、视觉检测机构和控制系统实现了不规则棒料上料角度的自动调整，具体步骤为：夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件产生较小的夹持力，进而使得阻尼组件与连杆之间产生较低的摩擦力，阻尼转轴易于转动；第二夹爪驱动器工作端夹持不规则棒料的端部，不规则棒料在被夹紧的过程中逐渐偏移以归正，柔性机械臂自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料的偏移；第一夹爪松开对不规则棒料的夹持，工业机器人驱动第一夹爪远离不规则棒料；第三相机和第四相机对位于第二夹爪工作端的不规则棒料进行拍照，获取其各部位的位置、角度和尺寸；旋转驱动机构通过第二夹爪驱动不规则棒料旋转，使得不规则棒料转动至适合加工机构固定的角度。

3.本发明通过第三夹爪、第一直线驱动器和控制系统实现了柔性机械臂自动恢复初始姿态的功能，具体步骤为：工业机器人通过柔性机械臂驱动第一夹爪移动至第三夹爪的旁侧，夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件的夹持力为零，阻尼转轴失去阻尼，柔性机械臂在重力的作用下自然下垂，第一夹爪下降至其可达到的高度的最低点，此时定位件位于第一爪部和第二爪部之间；夹持驱动器驱动第一爪部和第二爪部夹紧定位件，第一直线驱动器驱动第三夹爪带动定位件竖直向上移动，柔性机械臂自然地转向和伸缩从而恢复初始姿态；夹持力调节机构调节夹持驱动组件的夹持力，使得夹持驱动组件产生较大的夹持力，进而使得阻尼组件与连杆之间产生较高的摩擦力，阻尼转轴难以转动。

附图说明

图1为本发明的现有技术的示意图；

图2为本发明的立体图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明的俯视图；

图5为本发明的部分结构的第一工作状态立体图；

图6为本发明的部分结构的第二工作状态立体图；

图7为本发明的传输机构及其视觉检测机构的立体图；

图8为本发明的第二夹爪、旋转驱动机构及其视觉检测机构的立体图；

图9为本发明的第三夹爪和第一直线驱动器的立体图；

图10为图9的A处局部放大图；

图11为本发明的第一夹爪和柔性机械臂的主视图；

图12为本发明的第一夹爪和柔性机械臂的立体图；

图13为图12的B处局部放大图；

图14和图15为本发明的阻尼转轴的两种不同视角的立体图；

图16为本发明的阻尼转轴的侧视图；

图17为图16的C-C截面处剖视图；

图中标号为：

1a-不规则棒料；1b-传输机构；1c-加工机构；

2-第一夹爪；2a-定位件；2a1-通孔；

3-工业机器人；3a-第二直线驱动器；3b-第三直线驱动器；3c-第四直线驱动器；3d-第一旋转驱动器；

4-柔性机械臂；4a-第一连杆；4b-第二连杆；4c-第三连杆；4d-第四连杆；4e-第五连杆；4f-第六连杆；4g-第七连杆；4h-转轴组件；4h1-空心转轴；4h2-环状凸缘；4h3-支架；4i-阻尼组件；4j-夹持驱动组件；4j1-直线驱动器；4j2-螺纹杆；4j3-螺母；4k-夹持力调节机构；4k1-气缸控制阀；4k2-电磁换向阀；

5-第二夹爪；

6-旋转驱动机构；6a-主轴；6b-主轴座；6c-第二旋转驱动器；

7-第三夹爪；7a-夹持驱动器；7b-第一爪部；7b1-夹板；7b2-定位柱；7b3-引导柱；7c-第二爪部；

8-第一直线驱动器；

9-视觉检测机构；9a-第一相机；9b-第二相机；9c-第三相机；9d-第四相机。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，如图2、3、4、5、6、14、15所示，应用于将不规则棒料1a从传输机构1b的输出端移动至加工机构1c的工作端，包括有：

机架；

第一夹爪2，用于夹持不规则棒料1a，第一夹爪2的非工作部设置有定位件2a；

工业机器人3，设置于机架上，用于驱动第一夹爪2移动至传输机构1b的出料端、第二夹爪5的工作端或者加工机构1c的工作端；

柔性机械臂4，用于连接定位件2a和工业机器人3的输出端，柔性机械臂4包括有多个连杆和阻尼转轴，相邻的连杆之间通过阻尼转轴铰接，阻尼转轴包括有转轴组件4h、阻尼组件4i、夹持驱动组件4j，连杆与转轴组件4h铰接，阻尼组件4i位于相邻的连杆之间，夹持驱动组件4j的非工作部与转轴组件4h固定连接，夹持驱动组件4j的输出端夹持在铰接在同一转轴组件4h上的连杆的最外侧；

第二夹爪5，用于夹持不规则棒料1a；

旋转驱动机构6，设置于机架上，用于驱动第二夹爪5旋转；

第三夹爪7，用于夹持定位件2a；

第一直线驱动器8，设置于机架上，用于驱动第三夹爪7竖直上下移动；

视觉检测机构9，用于对位于传输机构1b输出端和第二夹爪5工作端的不规则棒料1a进行拍照，获取不规则棒料1a各部位的尺寸和位置；

控制系统，其与传输机构1b、加工机构1c、第一夹爪2、工业机器人3、第二夹爪5、旋转驱动机构6、第三夹爪7、第一直线驱动器8、视觉检测机构9均通讯连接。

定位件2a通过柔性机械臂4与工业机器人3的输出端固定连接，工业机器人3的非工作部与机架固定连接；第二夹爪5与旋转驱动机构6的输出端固定连接，旋转驱动机构6的非工作部与机架固定连接；第三夹爪7与第一直线驱动器8的输出端固定连接，第一直线驱动器8的非工作部与机架固定连接。

不规则棒料1a为曲轴，传输机构1b为带式传输机，加工机构1c为数控机床或者数控加工中心或者治具，第一夹爪2为电动或气动手指气缸驱动的V形夹爪，第二夹爪5为电动或气动三爪卡盘，第一直线驱动器8为竖直设置的滚珠丝杆滑台。

视觉检测机构9采用多个CCD相机将不规则棒料1a转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，将其像素分布和亮度、颜色等信息转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，获取不规则棒料1a各部位的尺寸和位置，再发送给控制系统，控制系统根据视觉检测机构9发出的信号规划工业机器人3和旋转驱动机构6的工作过程并发出相应的指令。

不规则棒料1a移动至传输机构1b输出端时，视觉检测机构9获取其中部及其一端的位置，工业机器人3根据控制系统发出的指令驱动柔性机械臂4带动第一夹爪2夹紧不规则棒料1a的中部，然后将不规则棒料1a的一端移动至第二夹爪5的工作端；

第二夹爪5夹紧不规则棒料1a的端部，不规则棒料1a在第二夹爪5的夹持力作用下逐渐偏移以归正，直至其端部与旋转驱动机构6的轴线同轴，在此过程中，连杆与阻尼组件4i之间产生相对运动，连杆克服阻尼转轴的阻尼产生相对运动，使得柔性机械臂4自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料1a的偏移；

第一夹爪2放开不规则棒料1a，工业机器人3驱动柔性机械臂4带动第一夹爪2远离不规则棒料1a，同时视觉检测机构9获取不规则棒料1a各个部位的位置，旋转驱动机构6驱动第二夹爪5带动不规则棒料1a旋转，使得不规则棒料1a转动至适合加工机构1c装夹的角度；

夹持驱动组件4j解除对铰接在同一转轴组件4h上的连杆的夹持，连杆与阻尼组件4i之间失去摩擦力，柔性机械臂4在重力的作用下自然下垂，定位件2a位于自身可达到的高度最低点；

工业机器人3驱动柔性机械臂4带动第一夹爪2移动至第三夹爪7的工作端，第三夹爪7夹紧定位件2a，然后第一直线驱动器8驱动第三夹爪7竖直向上移动从而带动柔性机械臂4恢复初始状态，夹持驱动组件4j再次夹紧铰接在同一转轴组件4h上的连杆，连杆与阻尼组件4i之间恢复摩擦力；

工业机器人3驱动柔性机械臂4带动第一夹爪2再次夹紧不规则棒料1a的中部，第二夹爪5解除对不规则棒料1a端部的夹持，夹持着不规则棒料1a的柔性机械臂4在重力的作用下无形态变化，然后工业机器人3将不规则棒料1a移动至加工机构1c的工作端；

加工机构1c对不规则棒料1a进行装夹固定时，柔性机械臂4自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料1a的偏移。

具体的，如图11、12所示，柔性机械臂4包括有第一连杆4a、第二连杆4b、第三连杆4c、第四连杆4d、第五连杆4e、第六连杆4f和第七连杆4g，第二连杆4b、第三连杆4c、第四连杆4d和第五连杆4e通过四个阻尼转轴铰接成菱形伸缩结构，菱形伸缩结构的两个不相邻的角通过两个阻尼转轴分别与第一连杆4a、第六连杆4f铰接，第六连杆4f通过阻尼转轴与第七连杆4g铰接，第一连杆4a与定位件2a固定连接，第七连杆4g与工业机器人3的输出端固定连接；

第一连杆4a与菱形伸缩结构之间的铰接轴线为第一轴线，第六连杆4f与菱形伸缩结构支架的铰接轴线为第二轴线，第六连杆4f与第七连杆4g之间的铰接轴线为第三轴线，第一轴线与第二轴线均水平设置并且彼此平行，第三轴线水平设置并且与第二轴线垂直。

菱形伸缩结构用于自适应柔性机械臂4的伸缩，第一连杆4a、第六连杆4f、第七连杆4g用于自适应柔性机械臂4的左右和前后摇摆，第一连杆4a、第二连杆4b、第三连杆4c、第四连杆4d、第五连杆4e、第六连杆4f和第七连杆4g组合成可以在一定外力作用下万向伸缩的柔性机械臂，在夹持驱动组件4j解除对铰接在同一转轴组件4h上的连杆的夹持时，在重力的作用下，菱形伸缩结构伸缩至最大距离，第一连杆4a、第六连杆4f和第七连杆4g自然竖直，定位件2a位于自身可达到的高度的最低点。

具体的，如图16、17所示，转轴组件4h包括有空心转轴4h1，多个连杆的端部与空心转轴4h1铰接，空心转轴4h1的一端设置有抵靠在多个连杆最外侧一边的环状凸缘4h2，环状凸缘4h2远离空心转轴4h1的一侧设置有支架4h3；阻尼组件4i为圆环形状，阻尼组件4i套装在空心转轴4h1上；夹持驱动组件4j包括有直线驱动器4j1、螺纹杆4j2、螺母4j3，螺纹杆4j2插设于空心转轴4h1的内部，螺母4j3与螺纹杆4j2螺旋连接，螺母4j3抵靠在多个连杆远离环状凸缘4h2的一边，直线驱动器4j1的非工作部与支架4h3固定连接，直线驱动器4j1的输出端与螺纹杆4j2固定连接，螺母4j3不与空心转轴4h1接触。

第一连杆4a、第二连杆4b、第四连杆4d共同铰接在第一轴线所处的阻尼转轴上，第一连杆4a与第二连杆4b之间、第一连杆4a与第四连杆4d之间均安装有一个阻尼组件4i，环状凸缘4h2抵靠在第二连杆4b远离第一连杆4a的一侧，螺母4j3抵靠在第四连杆4d远离第一连杆4a的一侧，螺纹杆4j2与空心转轴4h1滑动配合或者无接触；直线驱动器4j1驱动螺纹杆4j2带动螺母4j3靠近第四连杆4d时，环状凸缘4h2和螺母4j3分别驱动第二连杆4b和第四连杆4d夹紧第一连杆4a，第一连杆4a与第二连杆4b之间、第一连杆4a与第四连杆4d之间均通过阻尼组件4i产生的摩擦力阻止两者之间的相对运动，从而使得在外力不足的情况下，柔性机械臂4不会伸缩或摇摆。

具体的，如图14、15所示，直线驱动器4j1为气缸，阻尼转轴还包括有夹持力调节机构4k，夹持力调节机构4k包括有气缸控制阀4k1、电磁换向阀4k2、高压气源、低压气源；高压气源和低压气源的输出端均与电磁换向阀4k2的输入端连通，电磁换向阀4k2的输出端与气缸控制阀4k1的输入端连通，气缸控制阀4k1的输出端与直线驱动器4j1的输入端连通。

气缸控制阀4k1为二位五通电磁阀，电磁换向阀4k2为二位三通电磁阀，高压气源和低压气源图中未出示，高压气源和低压气源可以是两台空气压缩机或者两个储气瓶，高压气源具有较高的气压，低压气源具有较低的气压，气缸控制阀4k1用于控制气缸伸出或缩回，电磁换向阀4k2用于切换高压气源、低压气源与气缸的连通。

工业机器人3通过柔性机械臂4驱动第一夹爪2移动不规则棒料1a时，高压气源与气缸连通，气缸驱动螺母4j3靠近连杆以产生较高的夹持力，阻尼转轴具有较高的阻尼，连杆之间难以相对运动。

第二夹爪5夹紧不规则棒料1a使得不规则棒料1a逐渐偏移之前，低压气源与气缸连通，气缸驱动螺母4j3靠近连杆以产生较低的夹持力，阻尼转轴具有较低的阻尼，连杆之间易于相对运动。

工业机器人3驱动柔性机械臂4带动第一夹爪2移动至第三夹爪7的工作端旁侧，气缸驱动螺母4j3远离连杆，阻尼转轴失去阻尼，连杆在重力的作用下自然移动使得柔性机械臂4下垂。

具体的，如图9、10、13所示，定位件2a为圆柱形状，定位件2a上开设有水平贯穿定位件2a并且与定位件2a轴线相交的通孔2a1，第三夹爪7包括有夹持驱动器7a、第一爪部7b、第二爪部7c，夹持驱动器7a用于驱动第一爪部7b和第二爪部7c相对靠近或远离，第一爪部7b与第二爪部7c对称，第一爪部7b包括有抵靠在定位件2a外侧的夹板7b1，夹板7b1上设置有垂直于夹板7b1的定位柱7b2，定位柱7b2与通孔2a1滑动配合，定位柱7b2远离夹板7b1的一端设置有与定位柱7b2同轴的引导柱7b3，引导柱7b3朝向远离定位柱7b2的方向延伸并且其直径逐渐减小。

通孔2a1为六棱孔，夹板7b1为圆盘，定位柱7b2为六棱柱，引导柱7b3为六棱台；定位件2a为圆柱形状，便于定位柱7b2完全插入至通孔2a1内部，并且夹板7b1与定位件2a的外周面抵靠；工业机器人3驱动第一夹爪2移动至第三夹爪7旁侧，使得定位件2a位于第一爪部7b和第二爪部7c之间，并且通孔2a1、引导柱7b3同轴；夹持驱动器7a驱动第一爪部7b和第二爪部7c相互靠近，引导柱7b3用于引导定位柱7b2与通孔2a1滑动连接，第一爪部7b和第二爪部7c夹紧定位件2a之后，第一直线驱动器8驱动第三夹爪7带动定位件2a竖直向上移动，定位件2a带动柔性机械臂4恢复初始姿态。

具体的，如图2所示，工业机器人3包括有第二直线驱动器3a、第三直线驱动器3b、第四直线驱动器3c、第一旋转驱动器3d，第二直线驱动器3a的非工作部与机架固定连接，第二直线驱动器3a的输出端水平设置，第三直线驱动器3b的非工作部与第二直线驱动器3a的输出端固定连接，第三直线驱动器3b的输出端水平设置并且垂直于第二直线驱动器3a的输出端，第四直线驱动器3c的非工作部与第三直线驱动器3b的输出端固定连接，第四直线驱动器3c的输出端竖直设置，第一旋转驱动器3d的非工作部与第四直线驱动器3c的输出端固定连接，第一旋转驱动器3d的输出端竖直向下设置，柔性机械臂4与第一旋转驱动器3d的输出端固定连接。

第七连杆4g通过法兰与第一旋转驱动器3d的输出端固定连接，第二直线驱动器3a为双导轨滚珠丝杆滑台，第三直线驱动器3b和第四直线驱动器3c均为滚珠丝杆滑台，第一旋转驱动器3d为安装有减速器的伺服电机，第二直线驱动器3a、第三直线驱动器3b、第四直线驱动器3c组合成驱动柔性机械臂4万向移动的笛卡尔坐标机器人，第一旋转驱动器3d用于驱动柔性机械臂4旋转。

具体的，如图8所示，旋转驱动机构6包括有主轴6a、主轴座6b、第二旋转驱动器6c，主轴座6b和第二旋转驱动器6c均与机架固定连接，主轴6a水平设置并且与主轴座6b转动连接，第二旋转驱动器6c的输出端与主轴6a传动连接，主轴6a与第二夹爪5固定连接。

第二夹爪5与主轴6a同轴，第二旋转驱动器6c为分度盘，第二旋转驱动器6c驱动主轴6a带动第二夹爪5转动，使得第二夹爪5夹持的不规则棒料1a旋转至适合上料的角度。

具体的，视觉检测机构9包括有第一相机9a和第二相机9b，第一相机9a和第二相机9b均与传输机构1b的非工作部固定连接；第一相机9a位于传输机构1b的外部，第一相机9a的高度与传输机构1b输出端的高度相同，第一相机9a的工作端水平朝向传输机构1b的输出端设置，第一相机9a位于传输机构1b的输出方向的延伸线上；第二相机9b位于传输机构1b的正上方，第二相机9b的工作端竖直向下设置，第二相机9b位于传输机构1b输出端远离第一相机9a的一侧。

传输机构1b上安装有多个光电开关，光电开关用于检测位于第二相机9b正下方以及传输机构1b输出端的不规则棒料1a，光电开关发出信号给控制系统，控制系统发出指令使得传输机构1b及时停止工作，并且第一相机9a、第二相机9b及时拍照。

不规则棒料1a经过第二相机9b正下方时，第二相机9b拍照并且发送不规则棒料1a中部及其一端的水平位置、角度和尺寸给控制系统，不规则棒料1a抵达传输机构1b的输出端时，第一相机9a拍照并且发送不规则棒料1a中部及其一端的竖直位置、角度和尺寸给控制系统，控制系统结合第一相机9a和第二相机9b发出的数据，得出不规则棒料1a中部及其一端的水平和竖直位置及其角度和尺寸，然后控制系统规划出工业机器人3的工作路径，使得工业机器人3驱动第一夹爪2精准地夹取不规则棒料1a的中部，然后移动不规则棒料1a使其端部大致上位于第二夹爪5的工作区间内部。

具体的，视觉检测机构9包括有第三相机9c和第四相机9d，第三相机9c和第四相机9d均与机架固定连接，第三相机9c工作端位于旋转驱动机构6输出轴轴线的延长线上，第三相机9c的工作端水平朝向旋转驱动机构6设置，第四相机9d的高度与第三相机9c的高度相同，第四相机9d的工作端水平朝向旋转驱动机构6和第三相机9c之间，第四相机9d的工作端垂直于旋转驱动机构6的输出轴轴线。

第二夹爪5夹紧不规则棒料1a并且第一夹爪2远离不规则棒料1a之后，第三相机9c对不规则棒料1a轴向拍照，第四相机9d对不规则棒料1a径向拍照，第三相机9c和第四相机9d将获得的不规则棒料1a各部位的水平位置、竖直位置、角度和尺寸发送给控制系统，控制系统结合第三相机9c和第四相机9d发出的数据向旋转驱动机构6发出工作指令，旋转驱动机构6驱动第二夹爪5带动不规则棒料1a旋转，使得不规则棒料1a转动至适合加工机构1c固定的角度。

然后第三相机9c和第四相机9d再次对不规则棒料1a进行拍照，控制系统获得不规则棒料1a中部的位置、角度和尺寸，然后规划出工业机器人3的工作路径，使得工业机器人3驱动第一夹爪2精准地夹取不规则棒料1a的中部，然后移动不规则棒料1a至加工机构1c的工作端。

一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料方法，包括有以下步骤：

步骤一、传输机构1b间断性地传输若干不规则棒料1a至其输出端，第一相机9a和第二相机9b对位于传输机构1b输出端的不规则棒料1a进行拍照，获取其中部及其一端的位置、角度和尺寸；

步骤二、工业机器人3通过柔性机械臂4驱动第一夹爪2夹紧不规则棒料1a的中部，将不规则棒料1a移动至第二夹爪5的旁侧，使得不规则棒料1a的端部大致上位于第二夹爪5的工作区间内部；

步骤三、夹持力调节机构4k调节夹持驱动组件4j的夹持力，使得夹持驱动组件4j产生较小的夹持力，进而使得阻尼组件4i与连杆之间产生较低的摩擦力，阻尼转轴易于转动；

步骤四、第二夹爪5驱动器工作端夹持不规则棒料1a的端部，不规则棒料1a在被夹紧的过程中逐渐偏移以归正，柔性机械臂4自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料1a的偏移；

步骤五、第一夹爪2松开对不规则棒料1a的夹持，工业机器人3通过柔性机械臂4驱动第一夹爪2移动至第三夹爪7的旁侧，夹持力调节机构4k调节夹持驱动组件4j的夹持力，使得夹持驱动组件4j的夹持力为零，阻尼转轴失去阻尼，柔性机械臂4在重力的作用下自然下垂，第一夹爪2下降至其可达到的高度的最低点，此时定位件2a位于第一爪部7b和第二爪部7c之间；

步骤六、夹持驱动器7a驱动第一爪部7b和第二爪部7c夹紧定位件2a，第一直线驱动器8驱动第三夹爪7带动定位件2a竖直向上移动，柔性机械臂4自然地转向和伸缩从而恢复初始姿态；

步骤七、夹持力调节机构4k调节夹持驱动组件4j的夹持力，使得夹持驱动组件4j产生较大的夹持力，进而使得阻尼组件4i与连杆之间产生较高的摩擦力，阻尼转轴难以转动；

步骤八、第三相机9c和第四相机9d对位于第二夹爪5工作端的不规则棒料1a进行拍照，获取其各部位的位置、角度和尺寸；

步骤九、旋转驱动机构6通过第二夹爪5驱动不规则棒料1a旋转，使得不规则棒料1a转动至适合加工机构1c固定的角度；

步骤十、第三相机9c和第四相机9d再次对位于第二夹爪5工作端的不规则棒料1a进行拍照，获取其中部的位置、角度和尺寸；

步骤十一、工业机器人3通过柔性机械臂4驱动第一夹爪2夹紧不规则棒料1a的中部，将不规则棒料1a移动至加工机构1c的工作端。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，应用于将不规则棒料(1a)从传输机构(1b)的输出端移动至加工机构(1c)的工作端，其特征在于，包括有：

机架；

第一夹爪(2)，用于夹持不规则棒料(1a)，第一夹爪(2)的非工作部设置有定位件(2a)；

工业机器人(3)，设置于机架上，用于驱动第一夹爪(2)移动至传输机构(1b)的出料端、第二夹爪(5)的工作端或者加工机构(1c)的工作端；

柔性机械臂(4)，用于连接定位件(2a)和工业机器人(3)的输出端，柔性机械臂(4)包括有多个连杆和阻尼转轴，相邻的连杆之间通过阻尼转轴铰接，阻尼转轴包括有转轴组件(4h)、阻尼组件(4i)、夹持驱动组件(4j)，连杆与转轴组件(4h)铰接，阻尼组件(4i)位于相邻的连杆之间，夹持驱动组件(4j)的非工作部与转轴组件(4h)固定连接，夹持驱动组件(4j)的输出端夹持在铰接在同一转轴组件(4h)上的连杆的最外侧；

第二夹爪(5)，用于夹持不规则棒料(1a)；

旋转驱动机构(6)，设置于机架上，用于驱动第二夹爪(5)旋转；

第三夹爪(7)，用于夹持定位件(2a)；

第一直线驱动器(8)，设置于机架上，用于驱动第三夹爪(7)竖直上下移动；

视觉检测机构(9)，用于对位于传输机构(1b)输出端和第二夹爪(5)工作端的不规则棒料(1a)进行拍照，获取不规则棒料(1a)各部位的尺寸和位置；

控制系统，其与传输机构(1b)、加工机构(1c)、第一夹爪(2)、工业机器人(3)、第二夹爪(5)、旋转驱动机构(6)、第三夹爪(7)、第一直线驱动器(8)、视觉检测机构(9)均通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，柔性机械臂(4)包括有第一连杆(4a)、第二连杆(4b)、第三连杆(4c)、第四连杆(4d)、第五连杆(4e)、第六连杆(4f)和第七连杆(4g)，第二连杆(4b)、第三连杆(4c)、第四连杆(4d)和第五连杆(4e)通过四个阻尼转轴铰接成菱形伸缩结构，菱形伸缩结构的两个不相邻的角通过两个阻尼转轴分别与第一连杆(4a)、第六连杆(4f)铰接，第六连杆(4f)通过阻尼转轴与第七连杆(4g)铰接，第一连杆(4a)与定位件(2a)固定连接，第七连杆(4g)与工业机器人(3)的输出端固定连接；

第一连杆(4a)与菱形伸缩结构之间的铰接轴线为第一轴线，第六连杆(4f)与菱形伸缩结构支架的铰接轴线为第二轴线，第六连杆(4f)与第七连杆(4g)之间的铰接轴线为第三轴线，第一轴线与第二轴线均水平设置并且彼此平行，第三轴线水平设置并且与第二轴线垂直。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，转轴组件(4h)包括有空心转轴(4h1)，多个连杆的端部与空心转轴(4h1)铰接，空心转轴(4h1)的一端设置有抵靠在多个连杆最外侧一边的环状凸缘(4h2)，环状凸缘(4h2)远离空心转轴(4h1)的一侧设置有支架(4h3)；阻尼组件(4i)为圆环形状，阻尼组件(4i)套装在空心转轴(4h1)上；夹持驱动组件(4j)包括有直线驱动器(4j1)、螺纹杆(4j2)、螺母(4j3)，螺纹杆(4j2)插设于空心转轴(4h1)的内部，螺母(4j3)与螺纹杆(4j2)螺旋连接，螺母(4j3)抵靠在多个连杆远离环状凸缘(4h2)的一边，直线驱动器(4j1)的非工作部与支架(4h3)固定连接，直线驱动器(4j1)的输出端与螺纹杆(4j2)固定连接，螺母(4j3)不与空心转轴(4h1)接触。

4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，直线驱动器(4j1)为气缸，阻尼转轴还包括有夹持力调节机构(4k)，夹持力调节机构(4k)包括有气缸控制阀(4k1)、电磁换向阀(4k2)、高压气源、低压气源；高压气源和低压气源的输出端均与电磁换向阀(4k2)的输入端连通，电磁换向阀(4k2)的输出端与气缸控制阀(4k1)的输入端连通，气缸控制阀(4k1)的输出端与直线驱动器(4j1)的输入端连通。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，定位件(2a)为圆柱形状，定位件(2a)上开设有水平贯穿定位件(2a)并且与定位件(2a)轴线相交的通孔(2a1)，第三夹爪(7)包括有夹持驱动器(7a)、第一爪部(7b)、第二爪部(7c)，夹持驱动器(7a)用于驱动第一爪部(7b)和第二爪部(7c)相对靠近或远离，第一爪部(7b)与第二爪部(7c)对称，第一爪部(7b)包括有抵靠在定位件(2a)外侧的夹板(7b1)，夹板(7b1)上设置有垂直于夹板(7b1)的定位柱(7b2)，定位柱(7b2)与通孔(2a1)滑动配合，定位柱(7b2)远离夹板(7b1)的一端设置有与定位柱(7b2)同轴的引导柱(7b3)，引导柱(7b3)朝向远离定位柱(7b2)的方向延伸并且其直径逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，工业机器人(3)包括有第二直线驱动器(3a)、第三直线驱动器(3b)、第四直线驱动器(3c)、第一旋转驱动器(3d)，第二直线驱动器(3a)的非工作部与机架固定连接，第二直线驱动器(3a)的输出端水平设置，第三直线驱动器(3b)的非工作部与第二直线驱动器(3a)的输出端固定连接，第三直线驱动器(3b)的输出端水平设置并且垂直于第二直线驱动器(3a)的输出端，第四直线驱动器(3c)的非工作部与第三直线驱动器(3b)的输出端固定连接，第四直线驱动器(3c)的输出端竖直设置，第一旋转驱动器(3d)的非工作部与第四直线驱动器(3c)的输出端固定连接，第一旋转驱动器(3d)的输出端竖直向下设置，柔性机械臂(4)与第一旋转驱动器(3d)的输出端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，旋转驱动机构(6)包括有主轴(6a)、主轴座(6b)、第二旋转驱动器(6c)，主轴座(6b)和第二旋转驱动器(6c)均与机架固定连接，主轴(6a)水平设置并且与主轴座(6b)转动连接，第二旋转驱动器(6c)的输出端与主轴(6a)传动连接，主轴(6a)与第二夹爪(5)固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，视觉检测机构(9)包括有第一相机(9a)和第二相机(9b)，第一相机(9a)和第二相机(9b)均与传输机构(1b)的非工作部固定连接；第一相机(9a)位于传输机构(1b)的外部，第一相机(9a)的高度与传输机构(1b)输出端的高度相同，第一相机(9a)的工作端水平朝向传输机构(1b)的输出端设置，第一相机(9a)位于传输机构(1b)的输出方向的延伸线上；第二相机(9b)位于传输机构(1b)的正上方，第二相机(9b)的工作端竖直向下设置，第二相机(9b)位于传输机构(1b)输出端远离第一相机(9a)的一侧。

9.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料设备，其特征在于，视觉检测机构(9)包括有第三相机(9c)和第四相机(9d)，第三相机(9c)和第四相机(9d)均与机架固定连接，第三相机(9c)工作端位于旋转驱动机构(6)输出轴轴线的延长线上，第三相机(9c)的工作端水平朝向旋转驱动机构(6)设置，第四相机(9d)的高度与第三相机(9c)的高度相同，第四相机(9d)的工作端水平朝向旋转驱动机构(6)和第三相机(9c)之间，第四相机(9d)的工作端垂直于旋转驱动机构(6)的输出轴轴线。

10.一种基于机器视觉的不规则棒料的智能上料方法，其特征在于，包括有以下步骤：

步骤一、传输机构(1b)间断性地传输若干不规则棒料(1a)至其输出端，第一相机(9a)和第二相机(9b)对位于传输机构(1b)输出端的不规则棒料(1a)进行拍照，获取其中部及其一端的位置、角度和尺寸；

步骤二、工业机器人(3)通过柔性机械臂(4)驱动第一夹爪(2)夹紧不规则棒料(1a)的中部，将不规则棒料(1a)移动至第二夹爪(5)的旁侧，使得不规则棒料(1a)的端部大致上位于第二夹爪(5)的工作区间内部；

步骤三、夹持力调节机构(4k)调节夹持驱动组件(4j)的夹持力，使得夹持驱动组件(4j)产生较小的夹持力，进而使得阻尼组件(4i)与连杆之间产生较低的摩擦力，阻尼转轴易于转动；

步骤四、第二夹爪(5)驱动器工作端夹持不规则棒料(1a)的端部，不规则棒料(1a)在被夹紧的过程中逐渐偏移以归正，柔性机械臂(4)自然地转向和伸缩从而适应不规则棒料(1a)的偏移；

步骤五、第一夹爪(2)松开对不规则棒料(1a)的夹持，工业机器人(3)通过柔性机械臂(4)驱动第一夹爪(2)移动至第三夹爪(7)的旁侧，夹持力调节机构(4k)调节夹持驱动组件(4j)的夹持力，使得夹持驱动组件(4j)的夹持力为零，阻尼转轴失去阻尼，柔性机械臂(4)在重力的作用下自然下垂，第一夹爪(2)下降至其可达到的高度的最低点，此时定位件(2a)位于第一爪部(7b)和第二爪部(7c)之间；

步骤六、夹持驱动器(7a)驱动第一爪部(7b)和第二爪部(7c)夹紧定位件(2a)，第一直线驱动器(8)驱动第三夹爪(7)带动定位件(2a)竖直向上移动，柔性机械臂(4)自然地转向和伸缩从而恢复初始姿态；

步骤七、夹持力调节机构(4k)调节夹持驱动组件(4j)的夹持力，使得夹持驱动组件(4j)产生较大的夹持力，进而使得阻尼组件(4i)与连杆之间产生较高的摩擦力，阻尼转轴难以转动；

步骤八、第三相机(9c)和第四相机(9d)对位于第二夹爪(5)工作端的不规则棒料(1a)进行拍照，获取其各部位的位置、角度和尺寸；

步骤九、旋转驱动机构(6)通过第二夹爪(5)驱动不规则棒料(1a)旋转，使得不规则棒料(1a)转动至适合加工机构(1c)固定的角度；

步骤十、第三相机(9c)和第四相机(9d)再次对位于第二夹爪(5)工作端的不规则棒料(1a)进行拍照，获取其中部的位置、角度和尺寸；

步骤十一、工业机器人(3)通过柔性机械臂(4)驱动第一夹爪(2)夹紧不规则棒料(1a)的中部，将不规则棒料(1a)移动至加工机构(1c)的工作端。

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