CN112873274A - 一种基于深度视觉的机器人抓取系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于深度视觉的机器人抓取系统及其使用方法，包括机械臂，机械臂上连接有夹爪，机械臂的底部连接有转动座，转动座的底部连接有底座，底座的下方设置有第七轴，第七轴包括地轨，地轨上设置有滑轨，滑轨滑动连接有滑块，滑块的顶部固定连接有支撑台，支撑台连接有驱动机构；支撑台与底座相连；支撑台还设置有深度视觉传感器，深度视觉传感器连接在升降机上，升降机底部与支撑台相连；支撑台上设置有润滑系统。本发明将深度视觉传感器与机器人安装在同一个支撑台上，有效避免了由机器人姿态变化引起的扫描盲区；润滑系统结构设计巧妙，利用导向槽的变化，实现活塞与塞柱之间的相对位置变化，即可完成取油润滑。

Description

一种基于深度视觉的机器人抓取系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于深度视觉的机器人抓取系统及其使用方法。

背景技术

在机器人应用领域，特别是单方向长距离运动的时，因为运行轨迹太长，无法示教，就需要提前算好机器人理论轨迹，在运行过程中再对机器人的运行位姿进行小范围修正。目前，解决这一问题的办法通常是在机器人工具上加装深度视觉传感器，将深度视觉传感器的结构光投射在机器人工具前端3～5cm处，在机器人运行过程中，并根据测量点的位置与机器人工具当前位置之间的差值修正机器人轨迹。将深度视觉传感器安装在机器人工具前端3～5cm处，这种安装方式是为了避免现场的各种恶劣环境等对传感器造成影响，但是这种安装方式会带来问题：机器人的运行轨迹受到限制，必须沿着与深度视觉传感器的结构光垂直的方向运行，测量易受工业机器人自身姿态变化的影响。

另外，机器人系统行走轴(第七轴)的滑轨在工作过程中，要承受往返的高速、高压摩擦，对其进行有效的润滑是保证滑轨正常工作的非常重要的维护手段，目前现有技术中的润滑装置数量众多，但其在进行使用的过程中，还是存在着一些问题，例如，进行润滑保养时，一般都是人工定期手动滴加润滑油，多凭借肉眼观察滑轨表面油膜情况进行保养，此方式很可能出现润滑滞后问题，导致滑轨得不到及时有效润滑，出现较大磨损，且手动的润滑方式，比较费时费力，另外，现有装置通过对整个箱体面施加压力，进而保证油液能够全部溢出，但是此方式不容易控制油液的出油速度和出油量，容易出现润滑油的过量溢出，浪费成本且容易污染环境。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，提出了一种基于深度视觉的机器人抓取系统及其使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种基于深度视觉的机器人抓取系统，包括机械臂，所述机械臂上连接有夹爪，所述机械臂的底部连接有转动座，所述转动座的底部连接有底座，所述底座的下方设置有第七轴，所述第七轴包括地轨，所述地轨上设置有滑轨，所述滑轨滑动连接有滑块，所述滑块的顶部固定连接有支撑台，所述支撑台连接有驱动所述支撑台沿所述地轨滑动的驱动机构；所述支撑台与所述底座相连；所述支撑台一侧还设置有深度视觉传感器，所述深度视觉传感器连接在一升降机上，所述升降机底部与所述支撑台相连；所述支撑台上还设置有润滑系统，所述润滑系统包括油箱，所述油箱内壁连接有一活塞筒，所述活塞筒的底部连接有滴油管，所述滴油管的底部连接有喷油板，所述喷油板设置在所述滑轨的上方；所述活塞筒内滑动连接有一活塞，所述活塞筒内壁上开设有限位槽，所述活塞壁上设置有凸块，所述凸块滑动连接在所述限位槽中，所述活塞连同凸块与所述活塞筒内壁相紧密贴合，所述活塞开设有第一通孔；在所述活塞上方转动连接有一塞柱，所述塞柱底面与所述活塞顶面相紧密接触，所述塞柱外壁开设有一竖槽，所述塞柱还开设有第二通孔，所述第二通孔与所述竖槽相连通；所述活塞筒壁上开设有一个与所述竖槽相适配的进油孔；所述塞柱顶部连接有一中间轴，所述中间轴的顶部连接有轴承，所述轴承与所述气缸相连，所述气缸与所述油箱相连；所述中间轴壁上开设有导向槽，所述导向槽自下而上依次为相连通的第一导向槽、第二导向槽、第三导向槽、第四导向槽、第五导向槽，其中第一导向槽、第三导向槽、第五导向槽呈竖直状，第二导向槽和第四导向槽呈环绕状；所述导向槽内配合设置有一导向块，所述导向块连接在所述油箱壁上。

优选的，所述活塞与塞柱之间通过内置的销轴相转动连接。

优选的，所述升降机为电动伸缩杆。

优选的，所述油箱顶壁开设有一供所述轴承及中间轴穿设的穿设孔，所述气缸固定在所述油箱顶壁上。

优选的，所述活塞筒通过所述筒架与所述油箱内壁相连。

本发明还提出了一种基于深度视觉的机器人抓取系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一:在油箱中加入润滑油，设定活塞筒的上端面为油箱内润滑油的最大限位刻度线；设定初始状态下，导向块位于所述第一导向槽的最下端，此时，第一通孔与第二通孔的位置错位，且进油孔被塞柱外壁封堵；设定导向块在第五导向槽中相对滑动T时间后，气缸停止伸出并复位；

步骤二:当需要润滑时，启动气缸，气缸通过中间轴带动塞柱及活塞下移，导向块沿第一导向槽相对滑动，在导向块到达第二导向槽之前，该过程仅为下移动作；气缸继续伸出，此时导向块开始沿第二导向槽滑动，由于第二导向槽是环绕设置，此时，中间轴在导向块的作用下产生旋转，由于活塞的侧壁设置有凸块，起到限位作用，塞柱与活塞之间发生相对转动，中间轴旋转进而带动塞柱旋转，当导向块相对滑动到第二导向槽末端时，此时塞柱上的第二通孔正好转动到活塞上的第一通孔位置且塞柱上的竖槽也旋转到与进油孔相连通的位置，进油孔、第二通孔、第一通孔相连通形成进油通道，油箱中的润滑油开始经进油通道流入活塞筒内；气缸继续伸出，此时导向块相对滑动到第三导向槽中，由于第三导向槽是竖直设置，在此过程中活塞与塞柱不会发生相对旋转，油箱中的润滑油会不断经进油通道流入活塞筒内；随着气缸继续伸出，此时，导向块来到第四导向槽位置，原理同第二导向槽运行原理一样，塞柱与活塞之间产生相对旋转，进油孔、第二通孔、第一通孔之间产生错位，进油通道被密封，同时，活塞推动活塞筒内的润滑油经滴油管和喷油板喷出，滴加到滑轨上；当导向块相对滑动到第五导向槽中时，在第五导向槽中，活塞与塞柱继续下移，不发生相对旋转，润滑油继续喷出滴加到滑轨上；

步骤三:当导向块在第五导向槽中相对滑动T时间后，气缸停止伸出并复位，复位过程同步骤二中的原理一样；

步骤三:启动驱动机构，驱动机构带动支撑台及滑块沿滑轨移动，滑块在移动过程中，将滴加的润滑油在滑轨上涂抹均匀，完成润滑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明将深度视觉传感器与机器人安装在同一个支撑台上，有效避免了由机器人姿态变化引起的扫描盲区；在深度视觉传感器安装了升降机，用于调节深度视觉传感器的测量高度，以适应工件的变化，便于调节。

2.本发明通过设置润滑系统，当需要润滑时，启动气缸，气缸通过中间轴带动塞柱及活塞下移，导向块沿第一导向槽相对滑动，在导向块到达第二导向槽之前，该过程仅为下移动作；气缸继续伸出，此时导向块开始沿第二导向槽滑动，由于第二导向槽是环绕设置，此时，中间轴在导向块的作用下产生旋转，由于活塞的侧壁设置有凸块，起到限位作用，塞柱与活塞之间发生相对转动，中间轴旋转进而带动塞柱旋转，当导向块相对滑动到第二导向槽末端时，此时塞柱上的第二通孔正好转动到活塞上的第一通孔位置且塞柱上的竖槽也旋转到与进油孔相连通的位置，进油孔、第二通孔、第一通孔相连通形成进油通道；气缸继续伸出，此时导向块相对滑动到第三导向槽中，由于第三导向槽是竖直设置，在此过程中活塞与塞柱不会发生相对旋转，油箱中的润滑油会不断经进油通道流入活塞筒内；随着气缸继续伸出，此时，导向块来到第四导向槽位置，原理同第二导向槽运行原理一样，塞柱与活塞之间产生相对旋转，进油孔、第二通孔、第一通孔之间产生错位，进油通道被密封，同时，活塞推动活塞筒内的润滑油经滴油管和喷油板喷出，滴加到滑轨上；当导向块相对滑动到第五导向槽中时，在第五导向槽中，活塞与塞柱继续下移，不发生相对旋转，润滑油继续喷出滴加到滑轨上。该润滑系统每次给油都是利用活塞与塞柱之间的相对位置变化来完成，在油箱中自动实现定量取油、滴油润滑，无需在额外设置油壶等装置，结构设计巧妙，利用导向槽的变化，实现活塞与塞柱之间的相对位置变化，在气缸下压过程中，就可完成打开进油通道、进油、关闭进油通道、出油这四个过程，每次只滴加少量的润滑油，防止滴入过多润滑油造成浪费，无需工人再手动润滑，省时省力。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明主视图。

图2是本发明润滑系统结构示意图。

图3是图2中活塞筒放大结构示意图。

图4是中间轴结构放大示意图。

图5塞柱结构立体图。

图6是活塞筒俯视结构图。

图7是活塞俯视结构图。

附图标记说明:

1机械臂；2夹爪；3转动座；4底座；5支撑台；6滑块；7地轨；8滑轨；9润滑系统；10深度视觉传感器；11升降机；12传感器支架；

91油箱；911穿设孔；92活塞筒；921进油孔；922限位槽；93塞柱；931竖槽；932第二通孔；94活塞；941第一通孔；942凸块；95滴油管；96喷油板；97中间轴；970导向槽；971第一导向槽；972第二导向槽；973第三导向槽；974第四导向槽；975第五导向槽；98轴承；99气缸；100导向块；101筒架；102连接架；103销轴。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1-7所示，本实施例提出的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，包括机器人本体，机器人本体包括机械臂1，机械臂1上连接有夹爪2，机械臂1的底部连接有转动座3，转动座3的底部连接有底座4，底座4的下方设置有第七轴，第七轴包括地轨7，地轨7上设置有滑轨8，滑轨8滑动连接有滑块6，滑块6的数量可设置有6块，对称设置在地轨7中心线两侧，滑块6的顶部固定连接有支撑台5，支撑台5连接有驱动该支撑台5沿地轨7滑动的驱动机构；支撑台5与底座4相连；驱动机构可采用常规的行走电机以及齿轮齿条结构体系，这里属于常规设置，不再赘述。

支撑台5一侧还设置有深度视觉传感器10，深度视觉传感器10通过传感器支架12连接在一升降机11上，升降机11底部与支撑台5相连；升降机11可以为电动伸缩杆，也可以为直线滑台、丝杠螺母机构，这里可采用常见的升降机构，不再赘述。在使用时，将深度视觉传感器10与控制器相连，控制器与机器人本体、驱动机构、升降机11之间通过动力电缆和控制电缆连接，将支撑台5滑动方向定义为Y方向，垂直于地面的方向定义为Z方向，X方向同时垂直于Y方向和Z方向，本方案采用深度视觉传感器10而不是单点的激光位移传感器，深度视觉传感安装在支撑台5上，可以同时测量工件在Z方向和X方向的信息，控制器控制驱动机构，让支撑台5沿Y方向移动，随着时间的变化持续测量，就可以得到工件在X，Y，Z三个方向上的全部位置信息，控制器就可以根据这些信息，控制机器人本体按照期望的轨迹运行。将深度视觉传感器10与机器人本体安装在同一个支撑台5上，无论机器人本体的姿态如何发生变化，都不会影响测量的结果，有效避免了由机器人本体姿态变化引起的扫描盲区，也给了机器人本体在轨迹姿态上更大的自由；在传感器支架12上安装了升降机11，用于调节深度视觉传感器10的测量高度，可以有效的避免深度视觉传感器10因为过低而与工件发生碰撞，也让深度视觉传感器10在Z方向上拥有了更大的测量范围，为了避免深度视觉传感器10在Z方向的位置变化对测量结果造成的影响。本发明将深度视觉传感器10与机器人安装在同一个支撑台5上，有效避免了由机器人姿态变化引起的扫描盲区；在深度视觉传感器10安装了升降机11，用于调节深度视觉传感器10的测量高度，以适应工件的变化，便于调节。

支撑台5上还设置有润滑系统，润滑系统包括油箱91，油箱91内壁连接有一活塞筒92，活塞筒92通过筒架101与油箱91内壁相连；活塞筒92的底部连接有滴油管95，滴油管95的底部连接有喷油板96，喷油板96设置在滑轨8的上方，润滑油经喷油板96喷出滴加到滑轨8表面；活塞筒92内滑动连接有一活塞94，活塞筒92内壁上开设有限位槽922，活塞94壁上设置有凸块942，凸块942滑动连接在限位槽922中，活塞94连同凸块942与活塞筒92内壁相紧密贴合，活塞94开设有第一通孔941。

在活塞94上方转动连接有一塞柱93，具体的，活塞94与塞柱93之间通过内置的销轴103相转动连接；塞柱93底面与活塞94顶面相紧密接触，塞柱93外壁开设有一竖槽931，塞柱93还开设有第二通孔932，第二通孔932与竖槽931相连通；第二通孔932的位置与第一通孔941的位置相对应设置；活塞筒92壁上开设有一个与竖槽931相适配的进油孔921；塞柱93顶部连接有一中间轴97，中间轴97的顶部连接有轴承98，中间轴97与轴承98的内圈相连，轴承98与气缸99相连，气缸99与轴承98的外圈相连，气缸99与油箱91相连；为了方便安装，在油箱91顶壁开设有一供轴承98及中间轴97穿设的穿设孔911，气缸99固定在油箱91顶壁上。

中间轴97壁上开设有导向槽970，导向槽970自下而上依次为相连通的第一导向槽971、第二导向槽972、第三导向槽973、第四导向槽974、第五导向槽975，其中第一导向槽971、第三导向槽973、第五导向槽975呈竖直状，第二导向槽972和第四导向槽974呈环绕状；导向槽970内配合设置有一导向块100，导向块100连接在油箱91壁上，导向块100可通过连接架102连接在油箱91顶壁上。

需要说明的是，第二导向槽972和第四导向槽974呈环绕状主要起到实现塞柱93与活塞94产生相对旋转的作用，这样在塞柱93下移过程中，塞柱93首次产生旋转后，可实现竖槽931转动到进油孔921位置，同时，第一通孔941与第二通孔932相连通形成进油通道，油箱91中的润滑油就可经该进油通道流入活塞筒92内；当塞柱93再次产生旋转后，第一通孔941与第二通孔932便会产生错位，同时，竖槽931也旋转至与进油孔921错位的位置，这样，进油通道被关闭，活塞94及塞柱93形成密封结构，就可推动活塞筒92内的润滑油从喷油板96中喷出。

本发明还提出了一种基于深度视觉的机器人抓取系统的使用方法，包括如下步骤：

步骤一:在油箱91中加入润滑油，设定活塞筒92的上端面为油箱91内润滑油的最大限位刻度线；设定初始状态下，导向块100位于所述第一导向槽971的最下端，此时，第一通孔941与第二通孔932的位置错位，且进油孔921被塞柱93外壁封堵；设定导向块100在第五导向槽975中相对滑动T时间后，气缸99停止伸出并复位；T的单位为秒；

步骤二:当需要润滑时，启动气缸99，气缸99通过中间轴97带动塞柱93及活塞94下移，导向块100沿第一导向槽971相对滑动，在导向块100到达第二导向槽972之前，该过程仅为下移动作；随着气缸99继续伸出，此时导向块100开始沿第二导向槽972滑动，由于第二导向槽972是环绕设置，此时，中间轴97在导向块100的作用下产生旋转，由于活塞94的侧壁设置有凸块942，起到限位作用，塞柱93与活塞94之间发生相对转动，中间轴97旋转进而带动塞柱93旋转，当导向块100相对滑动到第二导向槽972末端时，此时塞柱93上的第二通孔932正好转动到活塞94上的第一通孔941位置且塞柱93上的竖槽931也旋转到与进油孔921相连通的位置，进油孔921、第二通孔932、第一通孔941相连通形成进油通道，油箱91中的润滑油开始经进油通道流入活塞筒92内；气缸99继续伸出，此时导向块100相对滑动到第三导向槽973中，由于第三导向槽973是竖直设置，在此过程中活塞94与塞柱93不会发生相对旋转，油箱91中的润滑油会不断经进油通道流入活塞筒92内；随着气缸99继续伸出，此时，导向块100来到第四导向槽974位置，原理同第二导向槽972运行原理一样，塞柱93与活塞94之间产生相对旋转，进油孔921、第二通孔932、第一通孔941之间产生错位，进油通道被密封，同时，活塞94推动活塞筒92内的润滑油经滴油管95和喷油板96喷出，滴加到滑轨8上；当导向块100相对滑动到第五导向槽975中时，在第五导向槽975中，活塞94与塞柱93继续下移，不发生相对旋转，润滑油继续喷出滴加到滑轨8上；

步骤三:当导向块100在第五导向槽975中相对滑动T时间后，气缸99停止伸出并复位回到原位置，复位过程同步骤二中的原理一样；

步骤三:气缸99复位完成后，启动驱动机构，驱动机构带动支撑台5及滑块6沿滑轨8移动，滑块6在移动过程中，将滴加的润滑油在滑轨8上涂抹均匀，完成润滑。

本发明中的润滑系统每次给油都是利用活塞94与塞柱93之间的相对位置变化来完成，在油箱91中自动实现定量取油、滴油润滑，无需在额外设置油壶等装置，结构设计巧妙，利用导向槽970的变化，实现活塞94与塞柱93之间的相对位置变化，在气缸99下压过程中，就可完成打开进油通道、进油、关闭进油通道、出油这四个动作，每次只滴加少量的润滑油，防止滴入过多润滑油造成浪费，同时，无需工人再手动润滑，省时省力。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于深度视觉的机器人抓取系统，包括机械臂，所述机械臂上连接有夹爪，所述机械臂的底部连接有转动座，所述转动座的底部连接有底座，所述底座的下方设置有第七轴，所述第七轴包括地轨，所述地轨上设置有滑轨，所述滑轨滑动连接有滑块，所述滑块的顶部固定连接有支撑台，所述支撑台连接有驱动所述支撑台沿所述地轨滑动的驱动机构；所述支撑台与所述底座相连；所述支撑台一侧还设置有深度视觉传感器，所述深度视觉传感器连接在一升降机上，所述升降机底部与所述支撑台相连；其特征在于，所述支撑台上设置有润滑系统，所述润滑系统包括油箱，所述油箱内壁连接有一活塞筒，所述活塞筒的底部连接有滴油管，所述滴油管的底部连接有喷油板，所述喷油板设置在所述滑轨的上方；所述活塞筒内滑动连接有一活塞，所述活塞筒内壁上开设有限位槽，所述活塞壁上设置有凸块，所述凸块滑动连接在所述限位槽中，所述活塞连同凸块与所述活塞筒内壁相紧密贴合，所述活塞开设有第一通孔；在所述活塞上方转动连接有一塞柱，所述塞柱底面与所述活塞顶面相紧密接触，所述塞柱外壁开设有一竖槽，所述塞柱还开设有第二通孔，所述第二通孔与所述竖槽相连通；所述活塞筒壁上开设有一个与所述竖槽相适配的进油孔；所述塞柱顶部连接有一中间轴，所述中间轴的顶部连接有轴承，所述轴承与所述气缸相连，所述气缸与所述油箱相连；所述中间轴壁上开设有导向槽，所述导向槽自下而上依次为相连通的第一导向槽、第二导向槽、第三导向槽、第四导向槽、第五导向槽，其中第一导向槽、第三导向槽、第五导向槽呈竖直状，第二导向槽和第四导向槽呈环绕状；所述导向槽内配合设置有一导向块，所述导向块连接在所述油箱壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，其特征在于，所述活塞与塞柱之间通过内置的销轴相转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，其特征在于，所述升降机为电动伸缩杆。

4.根据权利要求1所述的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，其特征在于，所述油箱顶壁开设有一供所述轴承及中间轴穿设的穿设孔，所述气缸固定在所述油箱顶壁上。

5.根据权利要求1所述的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，其特征在于，所述活塞筒通过所述筒架与所述油箱内壁相连。

6.一种基于深度视觉的机器人抓取系统的使用方法，采用权利要求1-5任一项所述的一种基于深度视觉的机器人抓取系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一:在油箱中加入润滑油，设定活塞筒的上端面为油箱内润滑油的最大限位刻度线；设定初始状态下，导向块位于所述第一导向槽的最下端，此时，第一通孔与第二通孔的位置错位，且进油孔被塞柱外壁封堵；设定导向块在第五导向槽中相对滑动T时间后，气缸停止伸出并复位；

步骤二:当需要润滑时，启动气缸，气缸通过中间轴带动塞柱及活塞下移，导向块沿第一导向槽相对滑动，在导向块到达第二导向槽之前，该过程仅为下移动作；气缸继续伸出，此时导向块开始沿第二导向槽滑动，由于第二导向槽是环绕设置，此时，中间轴在导向块的作用下产生旋转，由于活塞的侧壁设置有凸块，起到限位作用，塞柱与活塞之间发生相对转动，中间轴旋转进而带动塞柱旋转，当导向块相对滑动到第二导向槽末端时，此时塞柱上的第二通孔正好转动到活塞上的第一通孔位置且塞柱上的竖槽也旋转到与进油孔相连通的位置，进油孔、第二通孔、第一通孔相连通形成进油通道，油箱中的润滑油开始经进油通道流入活塞筒内；气缸继续伸出，此时导向块相对滑动到第三导向槽中，由于第三导向槽是竖直设置，在此过程中活塞与塞柱不会发生相对旋转，油箱中的润滑油会不断经进油通道流入活塞筒内；随着气缸继续伸出，此时，导向块来到第四导向槽位置，原理同第二导向槽运行原理一样，塞柱与活塞之间产生相对旋转，进油孔、第二通孔、第一通孔之间产生错位，进油通道被密封，同时，活塞推动活塞筒内的润滑油经滴油管和喷油板喷出，滴加到滑轨上；当导向块相对滑动到第五导向槽中时，在第五导向槽中，活塞与塞柱继续下移，不发生相对旋转，润滑油继续喷出滴加到滑轨上；

步骤三:当导向块在第五导向槽中相对滑动T时间后，气缸停止伸出并复位，复位过程同步骤二中的原理一样；

步骤四:启动驱动机构，驱动机构带动支撑台及滑块沿滑轨移动，滑块在移动过程中，将滴加的润滑油在滑轨上涂抹均匀，完成润滑。

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