CN112722831A - 一种柔性抓手及自动上件装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔性抓手和自动上件装置，柔性抓手包括安装座以及固定在安装座上的吸盘组件、第一图像传感器、第二图像传感器、测距传感器、3D相机和可翻转避位光源组件；吸盘组件包括吸盘和第一驱动件，第一驱动件与吸盘相连，驱动吸盘旋转；可翻转避位光源组件包括避位光源和第二驱动件，第二驱动件与避位光源相连，驱动避位光源翻转；吸盘、避位光源、第一图像传感器、第二图像传感器测距传感器、3D相机均位于安装座的同一侧。本发明的柔性抓手及自动上件装置可以根据自身传感器检测产品外形，自动调整自身与产品的相对位置及吸盘的姿态，对产品进行吸附固定，然后进行移栽，可以满足各类保险杠产品的应用。

Description

一种柔性抓手及自动上件装置

技术领域

本发明涉及汽车外饰领域，更具体地涉及一种柔性抓手及自动上件装置。

背景技术

随着汽车行业的迅速发展，各项技术日益成熟，市场的竞争愈加激烈，尤其是各类小批量多品种的新能源车型和国外高端乘用车近年逐步进入国内制造，其高质量高标准的先进制造技术及工艺，对国内汽车零部件制造厂商无疑是一个巨大的挑战。因此如何提升汽车零部件制造技术、提高生产效率、降低生产成本以及开发应用符合客户需求的核心新技术、新工艺是目前汽车零部件制造厂家迫在眉睫的工作，更是公司立于不败之地的基石。

目前汽车(乘用车)外饰件(前后保险杠)制造行业包括国外同行业，虽然都已采用先进的自动涂装流水线生产，但是在产品的取放技术上始终没有突破，完全依靠众多人工操作，由人工把一个个产品放到流水线的挂具上，然后再由人工将一个个涂装完成的产品取下。然而，这种操作工艺使得产品质量难以受控，并且生产效率低、人工成本高。目前有不少保险杠涂装企业在自动取放技术上都在努力，但苦于技术难度太大毫无进展，无法应对多品种、小批量、快节奏的生产趋势。日系个别企业虽然已采用了自动取放技术，但日系产品结构单一，采用睡姿摆放(利用保险杠产品内凹外凸结构通过内凹下侧承托杆摆放)，其使用范围有限且效率低下。

因此，研发一种可以根据产品外形自动调整抓取状态的柔性抓手的需求日益迫切。

发明内容

本发明提供一种柔性抓手及自动上件装置，解决了现有技术中保险杠涂装工艺生产效率低、人工成本高以及产品质量难以保证的问题。

本发明一方面提供一种柔性抓手，包括安装座、位于所述安装座一侧的吸盘组件、第一图像传感器、第二图像传感器、测距传感器、可翻转避位光源组件以及镜头朝向该侧的3D相机；其中，

所述吸盘组件包括吸盘和第一驱动件，所述第一驱动件与所述吸盘相连，驱动所述吸盘旋转；

所述可翻转避位光源组件包括避位光源和第二驱动件，所述第二驱动件与所述避位光源相连，驱动所述避位光源翻转；

所述吸盘、所述避位光源、所述第一图像传感器、所述第二图像传感器所述测距传感器、所述3D相机均位于所述安装座的同一侧。

在一个可选的实施例中，所述吸盘组件为三个，且三个所述吸盘呈三角形分布。

在一个可选的实施例中，所述第一驱动件为伺服电机。

在一个可选的实施例中，所述第二驱动件包括气缸和翻转轴，所述气缸一端固定在所述安装座上，另一端与所述翻转轴相连，所述避位光源与所述翻转轴相连。

在一个可选的实施例中，柔性抓手还包括第三驱动件，所述第三驱动件固定在所述安装座上且与所述第二图像传感器相连，驱动所述第二图像传感器竖直移动。

在一个可选的实施例中，所述第三驱动件为电缸。

在一个可选的实施例中，所述第一图像传感器和第二图像传感器均为电荷耦合器件相机。

在一个可选的实施例中，所述测距传感器为激光测距仪。

在一个可选的实施例中，所述3D相机的外侧还设有保护罩，所述保护罩固定在所述安装座上。

在一个可选的实施例中，所述安装座上设有机器人连接接口。

在一个可选的实施例中，所述机器人连接接口为法兰盘。

本发明另一方面提供一种自动上件装置，包括两个机器人和两个如上所述的柔性抓手，两个所述柔性抓手相对设置，两个所述机器人分别位于两个所述柔性抓手的外侧，所述柔性抓手与所述机器人固定连接，所述机器人上设有控制系统，所述控制系统分别与所述第一图像传感器、所述第二图像传感器、所述3D相机、所述测距传感器、所述第一驱动件和所述第二驱动件电连接。

在一个可选的实施例中，所述机器人与所述柔性抓手通过机器人连接接口相连。

本发明的柔性抓手及自动上件装置可以根据自身的传感器检测产品的外形，自动调整自身与产品的相对位置以及吸盘的姿态，对产品进行吸附固定，然后进行移栽，可以满足各类保险杠产品的应用。本发明的柔性抓手及自动上件装置可以完全适应现在多品种、小批量、快节奏的生产要求，对汽车保险杠涂装工艺，特别是装车摆放的涂装工艺，实现完全自动化具有突破意义。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的柔性抓手一侧的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的柔性抓手另一侧的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的避位光源收起状态时的示意图；

图4为本发明一实施例提供的自动上件装置的结构示意图。

附图标记：

1-柔性抓手；

111-吸盘；

112-第一驱动件；

12-第一图像传感器；

131-第二图像传感器；

132-第三驱动件；

14-测距传感器；

15-3D相机；

16-可翻转避位光源组件；

161-避位光源；

162-第二驱动件；

1621-气缸；

1622-翻转轴；

17-安装座；

18-保护罩；

19-机器人连接接口；

2-机器人；

3-被抓取物。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

应当注意的是，本发明中的X方向指的是汽车的行驶方向，即水平方向；Z方向指的是指向汽车车顶的方向，即竖直方向；Y方向指的是与XZ平面相垂直的方向。

实施例一

图1为本发明一实施例提供的柔性抓手一侧的结构示意图，图2为本发明一实施例提供的柔性抓手另一侧的结构示意图，如图1和图2所示，本发明实施例提供一种柔性抓手1，包括安装座17以及固定在安装座17上的吸盘组件、第一图像传感器12、第二图像传感器131、测距传感器14、3D相机15和可翻转避位光源组件16，其中，吸盘组件包括吸盘111和第一驱动件112，第一驱动件112与吸盘111相连，吸盘111本身有角度，第一驱动件112用于驱动吸盘111旋转，通过旋转，可以调整不同的角度，以适应不同的产品；可翻转避位光源组件16包括避位光源161和第二驱动件162，第二驱动件162与避位光源161相连，用于驱动避位光源161翻转，通过第二驱动件162，避位光源161可以实现90°的翻转；吸盘111、避位光源161、第一图像传感器12、第二图像传感器131、测距传感器14和3D相机15均位于安装座17的同一侧，即图1中吸盘所在的吸附侧。

安装座17可以为具有钢结构平板的钢结构组件，作为柔性抓手1的整体框架，吸盘111与第一驱动件112是一体的，可以通过法兰固定于钢结构平板上，其中，吸盘111位于该钢结构平板的一侧，即所述吸附侧，第一驱动件112则穿过该钢结构平板凸伸于另一侧，即驱动侧。

在一个可行的实施方式中，吸盘组件为三个，且三个吸盘111呈三角形分布，三个第一驱动件112分别驱动三个吸盘111，分别作出不同的角度调整，以更好的吸附产品，根据汽车外饰件的形状特点，三个呈三角形分布的吸盘能够实现对所有产品的覆盖。

第一驱动件112可以为伺服电机，伺服电机旋转带动吸盘111旋转，从而调整吸盘111的角度。

第一图像传感器12、第二图像传感器131和测距传感器14用于检测产品状态以及柔性抓手1的相对位置，根据检测结果调整到最佳的相对位置状态，进行产品吸附。

第一图像传感器12为Y方向传感器，其安装在安装座17的一侧，为固定式机构，可以随柔性抓手1整体运动，例如，第一图像传感器12可以通过安装支架固定在安装座17上。

测距传感器14也安装在安装座17的一侧，例如，通过安装支架固定在安装座17上，可以随柔性抓手1整体运动。测距传感器14的测量方向与Y方向图像传感器的拍照面一致。

测距传感器14可以为激光测距仪，也可以为其他形式的测距设备，例如，红外线测距、超声波测距等等，本发明对此不做限定。

第二图像传感器131为X方向传感器，其安装在安装座17的一侧，例如，通过安装支架固定在安装座17上，可以随柔性抓手1整体运动。

第一图像传感器12用于测量出挂具上的“销”的位置数据，测距传感器14用于配合第一图像传感器12完成“销”的三维测量，第二图像传感器131用于测量产品的“孔”的位置数据，通过第一图像传感器12、测距传感器14和第二图像传感器131对“销”和“孔”坐标的测量，从而使产品的“孔”和挂具的“销”对准，并将产品放置到挂具上。

由于不同类型产品的“孔”的位置不同，为了更精确的测量不同产品的“孔”的位置数据，可以在柔性抓手上设置第三驱动件132，第三驱动件132固定在安装座17的一侧，第二图像传感器131则与第三驱动件132相连，第三驱动件132驱动第二图像传感器131竖直移动，即在Z方向移动，从而使得第二图像传感器131可以根据产品类型进行Z方向调整，测量结果更准确。

具体地，第三驱动件132为电缸，电缸通过支架安装在安装座17上，第二图像传感器131则安装在电缸的活动板上，这样，可以通过电缸来调整第二图像传感器131的位置，从而获得最好的测量效果。

在一个可行的实施方式中，第一图像传感器12和第二图像传感器131均为电荷耦合器件(Charge Couple Device，CCD)相机。

可翻转避位光源组件16中的避位光源161为红色强光光源，其作用是在待测量的物体的侧面，形成一个纯色背景面，此时待测物体在该背景面上形成强烈对比，这样，可以让第一图像传感器12清晰的测量出待测物体(挂具上的销)的位置数据。由于各种类型的产品挂具，其“销”的背景不相同，而“销”在油漆的作用下，可能会发生外观形状、颜色等改变，直接测量的话误差会比较大，通过设置可翻转避位光源组件16，可以大大提高测量的精确度。

可翻转避位光源组件16的第二驱动件162一端固定在安装座17上，另一端与避位光源161相连，从而使得避位光源161位于安装座17的外部，第二驱动件驱动避位光源161，使其实现90°的翻转，当需要进行上件时，避位光源161在第二驱动件的作用下翻转，处于打开状态，当上件完成后，避位光源161翻转回来，处于收起状态。

具体地，第二驱动件162包括气缸1621和翻转轴1622，气缸1621的一端固定在安装座17上，另一端与翻转轴1622相连，避位光源161与翻转轴1622相连，其中，气缸1621和翻转轴1622是普通翻转式结构，气缸1621伸出动作时，推动翻转轴1622旋转，将避位光源161翻转90°，至打开工位；反之，则将避位光源161收起。如图3所示为避位光源161收起状态时的示意图，其中箭头方向为避位光源161的翻转方向。

3D相机15安装在安装座17的一侧，例如，可通过骨架与安装座17连接，3D相机15的拍照面与吸盘111的抓取面一致。3D相机用于检测产品的曲面形状并将相关数据提供给控制部分(一般为机器人)，作为控制部分进行相关动作的依据。

在一个可行的实施方式中，3D相机15的外侧还设有保护罩18，保护罩18固定在安装座17上，对3D相机15起到保护作用。

本发明实施例中的柔性抓手通常是与机器人配套使用，机器人作为控制部分，根据第一图像传感器12、第二图像传感器131、测距传感器14和3D相机所测量的数据，对第一驱动件112、第二驱动件和第三驱动件132进行控制，从而完成产品的吸附并将产品放置到挂具上。

具体地，整个动作过程可以分为两部分，第一步，取出产品：3D相机将产品的曲面形状等相关数据输入给机器人，机器人先控制第一驱动件112，将吸盘111的位置调整好，然后再计算出运动路径，将产品吸附到吸盘上并根据预先编制的轨迹移动到挂具前；第二步，将产品放置到挂具上：通过第一图像传感器12、第二图像传感器131和测距传感器14的配合，使产品的“孔”和挂具的“销”对准，从而将产品放置到挂具上，具体原理前面已经详细说明，此处不再赘述。

本发明实施例提供的柔性抓手可以根据自身传感器检测产品外形，自动调整自身与产品的相对位置及吸盘的姿态，对产品进行吸附固定，然后进行移栽，可以满足各类保险杠产品的应用。本发明的柔性抓手可以完全适应现在多品种、小批量、快节奏的生产要求，对汽车保险杠涂装工艺，特别是装车摆放的涂装工艺，实现完全自动化具有突破意义。

实施例二

图4为本发明一实施例提供的自动上件装置的结构示意图，如图所示，本实施例提供一种自动上件装置，包括两个机器人2和两个如实施例一中所述的柔性抓手1，两个柔性抓手1相对设置，两个机器人2分别位于两个柔性抓手1的外侧，柔性抓手1与机器人2固定连接，机器人2上设有控制系统，该控制系统分别与柔性抓手1上的第一图像传感器12、第二图像传感器131、3D相机15、测距传感器14、第一驱动件112和第二驱动件电连接，第一图像传感器12、第二图像传感器131、测距传感器14和3D相机15将所测量的数据传输给控制系统，控制系统根据相关数据对第一驱动件112、第二驱动件等进行控制，以使产品自动放置到挂具上，实现自动上件。

机器人2为六轴机器人，其本身可以实现六轴运动，柔性抓手1固定在机器人2的手腕部位，因此可以随着机器人做六轴运动。

具体地，如图2所示，柔性抓手1上设有机器人连接接口19，该连接接口为法兰盘，柔性抓手1通过该连接接口固定在机器人2上。

在一个可行的实施方式中，控制系统还与第三驱动件132电连接，用于控制第三驱动件132，从而控制第二图像传感器131的竖直移动。

在实际应用中，如图4所示，两套机器人2和柔性抓手1分别位于被抓取物3——图示为保险杠——的左右两边，且两柔性抓手1的吸盘面相对设置，分别负责保险杠左右两边的吸附工作，机器人2带动柔性抓手1同步移动，完成移栽动作。

本实施例的自动上件装置的基本工作流程如下：

首先，根据3D相机测得的数据，机器人2的控制系统控制机器人运动，使柔性抓手1移动到产品一侧，同时使第一驱动件112驱动吸盘111，使其旋转相应的角度以适应抓取；然后，控制第二驱动件，使避位光源161翻转90°，进入打开状态，为第一图像传感器12提供光源；然后，控制系统控制第三驱动件132调整第二图像传感器131的Z向位置，第一图像传感器12、第二图像传感器131、测距传感器14检测被抓取物3的状态以及与柔性抓手1的相对位置，根据检测结果调整到最佳的相对位置，进行吸附产品；最后，再将被抓取物3放置到挂具上，完成自动上件。

本发明实施例提供的自动上件装置，采用实施例一中的柔性抓手，可以根据自身传感器检测产品外形，自动调整自身与产品的相对位置及吸盘的姿态，对产品进行吸附固定，然后进行移栽，通过机器人的控制，可以实现完全自动化生产。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (13)

1.一种柔性抓手，其特征在于，包括安装座、位于所述安装座一侧的吸盘组件、第一图像传感器、第二图像传感器、测距传感器、可翻转避位光源组件以及镜头朝向该侧的3D相机；其中，

所述吸盘组件包括分置于安装座两侧的吸盘和第一驱动件，所述第一驱动件与所述吸盘相连，驱动所述吸盘旋转；

所述可翻转避位光源组件包括避位光源和第二驱动件，所述第二驱动件与所述避位光源相连，驱动所述避位光源翻转。

2.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述吸盘组件为三个，且三个所述吸盘呈三角形分布。

3.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述第一驱动件为伺服电机。

4.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述第二驱动件包括气缸和翻转轴，所述气缸一端固定在所述安装座上，另一端与所述翻转轴相连，所述避位光源与所述翻转轴相连。

5.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，还包括第三驱动件，所述第三驱动件固定在所述安装座上且与所述第二图像传感器相连，驱动所述第二图像传感器竖直移动。

6.根据权利要求5所述的柔性抓手，其特征在于，所述第三驱动件为电缸。

7.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述第一图像传感器和第二图像传感器均为电荷耦合器件相机。

8.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述测距传感器为激光测距仪。

9.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述3D相机的外侧还设有保护罩，所述保护罩固定在所述安装座上。

10.根据权利要求1所述的柔性抓手，其特征在于，所述安装座上设有机器人连接接口。

11.根据权利要求10所述的柔性抓手，其特征在于，所述机器人连接接口为法兰盘。

12.一种自动上件装置，其特征在于，包括两个机器人和两个如权利要求1-11任一项所述的柔性抓手，两个所述柔性抓手相对设置，两个所述机器人分别位于两个所述柔性抓手的外侧，所述柔性抓手与所述机器人固定连接，所述机器人上设有控制系统，所述控制系统分别与所述柔性抓手的第一图像传感器、述第二图像传感器、3D相机、测距传感器、第一驱动件和第二驱动件电连接。

13.根据权利要求12所述的自动上件装置，其特征在于，所述机器人与所述柔性抓手通过机器人连接接口相连。

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