CN112045705B - 一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，包括固定机架、T形连接件、工字形抓取构件、小型广角摄像头和气动辅助抓取构件；气动辅助抓取构件为一对并排布置的气动活塞结构；T形连接件包括T形主臂和T形垂直臂，T形垂直臂的另一端的正上方设置有一个开口向上的球槽，T形垂直臂的另一端的正下方安装小型广角摄像头；工字形抓取构件包括横梁和垂直于横梁设置的两根杆件，横梁由两个反向设置的直线气缸组成，两个直线气缸的活塞杆端部分别垂直连接两根杆件；本发明依靠视觉成形具有自动识别被抓取的对象，并且可以根据抓取工件的位置自动调整吸盘角度与方向、抓取可靠，可以进行废品筛选，结构简单，自由度高。

Description

一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置

技术领域

本发明涉及机械自动化领域，更具体的说，尤其涉及一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置。

背景技术

目前，人力成本的不断上涨，人工智能、工业机械自动化设备正越来越多地被企业使用。其中工业机械手凭借其精度高、适应面广、效率高等特点，成为工业自动化生产中最佳工具。机械手可以在有毒、有危险的环境下连续工作；也可以完成频繁、单调、重复的劳动、比如上下料、搬运等。而在机械手中，真空吸盘凭借结构简单、性价比高等优势在产品包装、上下料、物体的传输和机械装配等自动化作业线上使用越来越多。国冲压件在机电、日用品和五金零件中占很大比例，但目前绝大多数是采用手工上下料,从而导致效率过低、工伤事故较多等问题。而最有效的安全生产措施,是采用送料机械手取代人工送料。机械手不但可以实现安全操作，也提高了产品品质。

柔而有弹性的吸盘可以很方便地实现诸如工件的吸持、脱开、传递等搬运功能，并确保不损坏其作用对象。但是现有的吸盘机械手只能对形状比较简单规则零件进行搬运放置，并且要求零部件事先规则堆放，并且要求零件也具备规则形状。另外，现有的吸盘机械手抓取的位置都相对固定，不具备自动跟踪识别抓取零部件的功能，只能机械的完成给定的工作，对于某些复杂的环境不能使用。如果吸盘的布局不合理,被吸工件将会产生一个较大的弯矩，减小吸盘与工件之间的接触面积，减小吸盘对工件的作用力势必增加吸盘的个数。同时，在加速旋转过程中，接触不好，或者振动太大容易使工件滑落,这使得在生产过程中产生较大的不稳定因素。在汽车焊装生产线中，车身是有很多薄板件组合而成并且形状不规则，对吸盘机械手要求更复杂且需要更多的自由度，多自由度吸盘机械手将成为生产线上设备制造研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于解决已有吸盘机械手自由度较少，对形状不规则，随意堆放的零部件不能抓取或者抓取位置不正确导致工件滑落，同时对失效的零部件不具备筛选功能的问题，提出了一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其结构简单，自由度多，通过视觉定位，抓取可靠，同时具备废品筛选的功能。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，包括固定机架、T形连接件、工字形抓取构件、小型广角摄像头和气动辅助抓取构件；

所述气动辅助抓取构件为一对并排布置的气动活塞结构，气动活塞结构包括气缸筒体和可伸长活塞，所述气缸筒体固定在固定机架上，可伸长活塞的一端伸入气缸筒体内，可伸长活塞的另一端端部呈水平放置的U型，U型的开口尺寸与工字形抓取构件的横梁尺寸一致；气动活塞结构伸长后可伸长活塞端部的U型的开口刚好卡住工字形抓取构件的横梁；

所述T形连接件包括T形主臂和T形垂直臂，T形垂直臂的一端垂直固定在T形主臂的中部，T形主臂的两端分别固定在两个气动活塞结构的气缸筒体的外壁上；T形垂直臂的另一端的正上方设置有一个开口向上的球槽，T形垂直臂的另一端的正下方安装小型广角摄像头；

所述工字形抓取构件包括横梁和垂直于横梁设置的两根杆件，横梁由两个反向设置的直线气缸组成，两个直线气缸的缸筒连接为横梁主体，两个直线气缸的活塞杆端部分别垂直连接两根杆件，所述横梁的中心下方设置有半球结构，横梁下方的半球结构与T形连接件的T形垂直臂上的球槽相配合组成球形配合，工字形抓取构件绕着该球形配合在T形连接件上自由旋转；每根杆件的两端均固定有一个真空吸头组件。

进一步的，所述工字形抓取构件的直线气缸为矩形气缸。

进一步的，所述真空吸头组件包括橡胶吸盘、安装螺柱、上端固定螺栓、下端固定螺栓和弹簧，每根杆件的端部设置有一个螺栓孔，安装螺柱安装在螺栓孔内且上端通过上端固定螺栓进行限位，安装螺柱的下端连接橡胶吸盘，杆件和橡胶吸盘之间的安装螺柱上从上至下依次套装有弹簧和下端固定螺栓。

进一步的，所述下端固定螺栓和安装螺柱设置有相配合的贯穿定位孔，定位杆穿过下端固定螺栓和安装螺柱上的定位孔实现下端固定螺栓的定位。

进一步的，所述橡胶吸盘为气动吸盘，每根杆件上均设置有用于布置橡胶吸盘管道的空槽。

进一步的，所述横梁的半球结构和T形垂直臂的球槽均呈半球形，半球结构和球槽之间的接触面粗糙度小于0.8微米。

进一步的，所述工字形抓取构件的横梁截面为矩形中空结构，横梁的正中心通过轻质材料隔开，将横梁内部的通孔分成两个工作腔，每个工作腔都有一个进气口和一个出气口，进气口和出气孔通过塑料软管与空气压缩机连接。

进一步的，球形配合的T形连接件和工字形抓取构件通过对两个直线气缸进行单向输出使得工字形抓取构件绕着球形配合处旋转。通过两个直线气缸的不同进气量控制工字形抓取构件的旋转。

本发明的有益效果在于：

1、本发明依靠视觉成形具有自动识别被抓取的对象，并且可以根据抓取工件的位置自动调整吸盘角度与方向、抓取可靠，可以进行废品筛选，结构简单，自由度高。

2、本发明的T形连接件、工字形抓取构件通过半球结构与球槽之间形成的球形副配合连接，通过气动推动使得整个工字梁绕球形接触位置旋转，能够实现橡胶吸盘360度全方位旋转。

3、本发明利用气动辅助抓取构件的两个可伸长活塞的端部的U型槽与工字形抓取构件的横梁相匹配，可伸长活塞伸长时刚好卡住横梁，从而在抓取工件时对横梁形成支撑，提高整个装置抓取工件时的稳定性。

4、本发明同时使用四个小型吸头可以保证抓取过程中的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置的整体结构示意图。

图2是本发明气动活塞结构的结构示意图。

图3是本发明T形连接件的俯视图。

图4是本发明T形连接件的端部截面图。

图5是本发明工字形抓取构件的俯视图。

图6是本发明T形连接件与工字形抓取构件的连接位置的截面图。

图7是本发明真空吸头组件的主视图。

图中，1-T形连接件、2-工字形抓取构件、3-气动辅助抓取构件、4-小型广角摄像头、5-真空吸头组件、11-T形主臂、12-T形垂直臂、13-球槽、21-横梁、22-杆件、23-直线气缸、24-进气口、25-出气口、26-半球结构、31-气缸筒体、32-可伸长活塞、33-U型的开口、51-橡胶吸盘、52-安装螺柱、53-上端固定螺栓、54-下端固定螺栓、55-弹簧、56-定位杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～7所示，一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，包括固定机架、T形连接件1、工字形抓取构件2、小型广角摄像头4和气动辅助抓取构件3。

所述气动辅助抓取构件3为一对并排布置的气动活塞结构，气动活塞结构包括气缸筒体31和可伸长活塞32，所述气缸筒体31固定在固定机架上，可伸长活塞32的一端伸入气缸筒体31内，可伸长活塞32的另一端端部呈水平放置的U型，U型的开口33尺寸与工字形抓取构件2的横梁21尺寸一致；气动活塞结构伸长后可伸长活塞32端部的U型的开口33刚好卡住工字形抓取构件2的横梁21。

所述T形连接件1包括T形主臂11和T形垂直臂12，T形垂直臂12的一端垂直固定在T形主臂11的中部，T形主臂11的两端分别固定在两个气动活塞结构的气缸筒体31的外壁上；T形垂直臂12的另一端的正上方设置有一个开口向上的球槽13，T形垂直臂12的另一端的正下方安装小型广角摄像头4。

所述工字形抓取构件2包括横梁21和垂直于横梁21设置的两根杆件22，横梁21由两个反向设置的直线气缸23组成，两个直线气缸23的缸筒连接为横梁21主体，两个直线气缸23的活塞杆端部分别垂直连接两根杆件22，所述横梁21的中心下方设置有半球结构26，横梁21下方的半球结构26与T形连接件1的T形垂直臂12上的球槽13相配合组成球形配合，工字形抓取构件2绕着该球形配合在T形连接件1上自由旋转；每根杆件22的两端均固定有一个真空吸头组件5。

所述真空吸头组件5包括橡胶吸盘51、安装螺柱52、上端固定螺栓53、下端固定螺栓54和弹簧55，每根杆件22的端部设置有一个螺栓孔，安装螺柱52安装在螺栓孔内且上端通过上端固定螺栓53进行限位，安装螺柱52的下端连接橡胶吸盘51，杆件22和橡胶吸盘51之间的安装螺柱52上从上至下依次套装有弹簧55和下端固定螺栓54。所述下端固定螺栓54和安装螺柱52设置有相配合的贯穿定位孔，定位杆56穿过下端固定螺栓54和安装螺柱52上的定位孔实现下端固定螺栓54的定位。

所述橡胶吸盘51为气动吸盘，每根杆件22上均设置有用于布置橡胶吸盘51管道的空槽。

所述横梁21的半球结构26和T形垂直臂12的球槽13均呈半球形，半球结构26和球槽13之间的接触面粗糙度小于0.8微米。

所述工字形抓取构件2的直线气缸23为矩形气缸。所述工字形抓取构件2的横梁21截面为矩形中空结构，横梁21的正中心通过轻质材料隔开，将横梁21内部的通孔分成两个工作腔，每个工作腔都有一个进气口24和一个出气口25，进气口24和出气孔通过塑料软管与空气压缩机连接。

球形配合的T形连接件1和工字形抓取构件2通过对两个直线气缸23进行单向输出使得工字形抓取构件2绕着球形配合处旋转。

本发明的装置具有多个方向调整抓取工件的效果，能根据不同位置不同尺寸的工件来调整抓取的吸头。开始抓取时首先按照组装好整个装置，然后通过小型广角摄像头4获取工件的具体位置与尺寸，传输入系统中进行分析，然后将所得的位置信息发送给控制系统，然后通过T形连接件1与工字形抓取构件2的球形配合，利用气动推动工字形抓取构件2进行旋转保证4个橡胶吸盘51均布于工件正上方，与此同时还可以通过工字形抓取构件2的横梁21进行伸缩来调整4个橡胶吸盘51的间距。当4个橡胶吸盘51正好位于工件正上方之时，通过外部真空装置吸收橡胶吸盘51的空气达到吸取工件的目的。定位抓取完成后，可伸长活塞32伸长时U型的开口刚好卡住横梁21，从而在抓取工件时对横梁21形成支撑，从而为其提供垂直方向上的支撑，提高整个装置抓取工件时的稳定性。自此，整套装置完成从工件识别、到旋转伸缩定位、吸盘抓取、可伸长活塞辅助提供载荷的全过程。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：包括固定机架、T形连接件（1）、工字形抓取构件（2）、小型广角摄像头（4）和气动辅助抓取构件（3）；

所述气动辅助抓取构件（3）为一对并排布置的气动活塞结构，气动活塞结构包括气缸筒体（31）和可伸长活塞（32），所述气缸筒体（31）固定在固定机架上，可伸长活塞（32）的一端伸入气缸筒体（31）内，可伸长活塞（32）的另一端端部呈水平放置的U型，U型的开口（33）尺寸与工字形抓取构件（2）的横梁（21）尺寸一致；气动活塞结构伸长后可伸长活塞（32）端部的U型的开口（33）刚好卡住工字形抓取构件（2）的横梁（21）；

所述T形连接件（1）包括T形主臂（11）和T形垂直臂（12），T形垂直臂（12）的一端垂直固定在T形主臂（11）的中部，T形主臂（11）的两端分别固定在两个气动活塞结构的气缸筒体（31）的外壁上；T形垂直臂（12）的另一端的正上方设置有一个开口向上的球槽（13），T形垂直臂（12）的另一端的正下方安装小型广角摄像头（4）；

所述工字形抓取构件（2）包括横梁（21）和垂直于横梁（21）设置的两根杆件（22），横梁（21）由两个反向设置的直线气缸（23）组成，两个直线气缸（23）的缸筒连接为横梁（21）主体，两个直线气缸（23）的活塞杆端部分别垂直连接两根杆件（22），所述横梁（21）的中心下方设置有半球结构（26），横梁（21）下方的半球结构（26）与T形连接件（1）的T形垂直臂（12）上的球槽（13）相配合组成球形配合，工字形抓取构件（2）绕着该球形配合在T形连接件（1）上自由旋转；每根杆件（22）的两端均固定有一个真空吸头组件（5）；

所述工字形抓取构件（2）的横梁（21）截面为矩形中空结构，横梁（21）的正中心通过轻质材料隔开，将横梁（21）内部的通孔分成两个工作腔，每个工作腔都有一个进气口（24）和一个出气口（25），进气口（24）和出气孔通过塑料软管与空气压缩机连接；

球形配合的T形连接件（1）和工字形抓取构件（2）通过对两个直线气缸（23）进行单向输出使得工字形抓取构件（2）绕着球形配合处旋转。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：所述工字形抓取构件（2）的直线气缸（23）为矩形气缸。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：所述真空吸头组件（5）包括橡胶吸盘（51）、安装螺柱（52）、上端固定螺栓（53）、下端固定螺栓（54）和弹簧（55），每根杆件（22）的端部设置有一个螺栓孔，安装螺柱（52）安装在螺栓孔内且上端通过上端固定螺栓（53）进行限位，安装螺柱（52）的下端连接橡胶吸盘（51），杆件（22）和橡胶吸盘（51）之间的安装螺柱（52）上从上至下依次套装有弹簧（55）和下端固定螺栓（54）。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：所述下端固定螺栓（54）和安装螺柱（52）设置有相配合的贯穿定位孔，定位杆（56）穿过下端固定螺栓（54）和安装螺柱（52）上的定位孔实现下端固定螺栓（54）的定位。

5.根据权利要求4所述的一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：所述橡胶吸盘（51）为气动吸盘，每根杆件（22）上均设置有用于布置橡胶吸盘（51）管道的空槽。

6.根据权利要求1所述的一种基于图像识别气动调节自动定位的快速机械吸盘装置，其特征在于：所述横梁（21）的半球结构（26）和T形垂直臂（12）的球槽（13）均呈半球形，半球结构（26）和球槽（13）之间的接触面粗糙度小于0.8微米。