CN113000397A - 一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统，检测装置包括物料移栽机构和检测机构两部分。本发明利用两组物料抓取装置和回转盘的配合，实现预定节奏的螺栓抓取，通过将螺栓放置在定位槽内，利用上部视觉相机对螺栓的顶部进行检测。定位槽可根据螺栓的直径自适应尺寸，利用其设置在齿轮盘的螺旋槽一侧的多个夹持部来自适应螺栓的直径。夹持部的内侧设有周边视觉相机，利用周边视觉相机对螺栓的边缘进行视觉检测，利用两组视觉相机从而更好地对螺栓的缺陷位置和形状进行检测，以达到剔除不良品的目的。

Description

一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统

技术领域

本发明涉及一种抓取装置，具体涉及一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统。

背景技术

螺栓由头部和螺杆两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。

现有技术中常见的用于检测螺栓的方法主要是磁粉探伤。磁粉探伤是利用螺栓缺陷处的漏磁场与磁粉的相互作用，针对螺栓可能存在的缺陷(如裂纹，夹渣，混料等)磁导率和钢铁磁导率的差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生崎变，形成部分磁通泄漏处工件表面产生了漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积——磁痕，在适当的光照条件下，显现出缺陷位置和形状，对这些磁粉的堆积加以观察和解释，以达到剔除不良品的目的。

上述做法比较依赖操作工对磁粉堆积的判断经验、且依赖照明条件，容易造成误判、漏判、且工作效率不高。

发明内容

发明目的：提供一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统，以解决现有技术存在的上述问题。

技术方案：一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，包括物料移栽机构和检测机构两部分。

其中，物料移栽机构包括与外部生产线连通的振筛盘，与所述振筛盘连通的下料道，安装于所述下料道一端的第一物料抓取装置，安装在所述第一物料抓取装置一侧的回转盘，以及设置在所述回转盘另一侧、且与所述第一物料抓取装置的延长线呈预定夹角的第二物料抓取装置；所述回转盘每一转动周期转动预定度并停止预定时长；

检测机构包括固定在所述第二物料抓取装置一侧的定位板，开设在所述定位板上、且与被生产螺栓相适配的定位槽，以及设置在所述定位板一侧的上部视觉相机；所述第一物料抓取装置用于将已加工完成的螺栓从振筛盘上抓取至回转盘上，所述第二物料抓取装置用于将位于所述回转盘上的螺栓抓取至定位板上。

在进一步的实施例中，所述第一物料抓取装置和第二物料抓取装置的结构相同、且具备六个自由度，其包括支撑座，固定在所述支撑座上的第一滑轨，滑动套设在所述第一滑轨上的第一滑块，固定在所述支撑座上、且平行设置于所述第一滑轨一侧的第一滚珠丝杆电动缸，与所述第一滚珠丝杆电动缸滑动连接的X轴板，固定在所述X轴板上的第二滚珠丝杆电动缸，与所述第二滚珠丝杆电动缸滑动连接的Y轴板，固定在所述Y轴板上的第三滚珠丝杆电动缸，与所述第三滚珠丝杆电动缸滑动连接的Z轴板，以及固定在所述Z轴板上的抓取部。振筛盘通过振动筛取出螺栓，并通过下料道输送至第一物料抓取装置的一侧，通过第一物料抓取装置将螺栓抓取至回转盘上，再通过回转盘按照预设的转动方式将螺栓转动至靠近第二物料抓取装置的一侧，通过第二物料抓取装置将螺栓抓取至定位板上进行后续的视觉检测工作。第一物料抓取装置和第二物料抓取装置分别在X轴、Y轴、Z轴上具有两个方向上的运动自由度，保证螺栓的抓取灵活、放置准确。

在进一步的实施例中，所述抓取部包括顶端连接部，所述顶端连接部上圆周阵列有多个顶部铰接座，每个顶部铰接座上铰接有爪头，所述爪头的根部设有缓冲垫，所述顶端连接部内设有直线轴承座，所述直线轴承座内活动穿插有伸缩杆，所述伸缩杆的一端同轴安装有活动连接部，所述活动连接部上圆周阵列有与所述顶部铰接座数量相同、且位置对应的活动铰接座；所述活动铰接座与所述爪头之间通过连接杆铰接；所述活动连接部的底部分别安装有周边视觉相机和工业相机。在爪头的根部设置缓冲垫，当爪头加紧螺栓后能够具有缓冲效果，避免划伤螺栓表面。该抓取部通过伸缩杆、铰接座、连接杆的设置，将伸缩杆在竖直方向上的运动轨迹转变为爪头的收缩、张合两种状态，相比于两端推进式的夹爪，本抓取部更加适应螺栓这种体积较小的工件。

在进一步的实施例中，所述回转盘包括安装座，相互平行固定在所述安装座两侧的下导轨，分别固定在所述安装座上、且位于两下导轨一端的下固定铰支座，分别滑动设置在两下导轨上的下导块，分别固定在两下导块上的下活动铰支座，与所述下固定铰支座和下活动铰支座铰接的上活动板组件，以及设置在所述上活动板组件上的间歇式回转盘体；所述上活动板组件包括上活动板本体，分别固定在所述上活动板本体下部两侧的上导轨，滑动设置在所述上导轨上的上导块，分别固定在两上导块上的上活动铰支座，以及分别固定在两上导轨一端的上固定铰支座；所述上固定铰支座和所述下固定铰支座一一对应；所述上固定铰支座和所述下活动铰支座之间、以及所述上活动铰支座和所述下固定铰支座之间通过连杆连接，所述连杆两两交叉并通过销轴连接；所述安装座上固定有直线气缸，所述直线气缸的输出杆连接至所述下导块。通过直线气缸推进下导块沿着下导轨滑动，从而带动下活动铰支座滑动，由于一端是活动铰支座、另一端是固定铰支座，并且两者之间通过连杆连接，上活动板组件同理，最终带动间歇式回转盘体升降。

在进一步的实施例中，所述间歇式回转盘体包括驱动盘，所述驱动盘的边缘处设有一段凸起，所述驱动盘的一侧转动设置有间歇盘，所述间歇盘的圆周阵列有多个凹槽，所述凸起适配于所述凹槽，所述间歇盘上同轴安装有回转盘本体。驱动盘每转动一圈，其边缘处的凸起便拨动一次间歇盘，从而实现间歇盘的间歇式转动。

在进一步的实施例中，所述驱动盘的转轴处连接有伺服电机；位于所述间歇盘圆周上的凹槽数量等于所述驱动盘每转动一圈所间歇停留的次数；所述间歇盘的转轴处连接有轴承座。

在进一步的实施例中，所述定位槽包括一面设有螺旋槽的齿轮盘，设置在所述齿轮盘的螺旋槽一侧的多个夹持部，固定在所述转动支座上、且与所述齿轮盘连接的步进电机，以及安装在所述夹持部的内侧的多个周边视觉相机；多个夹持部之间行程预定空间的槽体，螺栓放置在所述槽体中；该定位槽可调，从而可以适应不同尺寸的螺栓；夹持部内部设有多个周边视觉相机能够感知当前是否夹持住螺栓。

所述夹持部与所述齿轮盘接触的一面设有与所述螺旋槽匹配啮合的齿槽；所述夹持部呈阶梯状，所述步进电机的输出轴与所述齿轮盘的中心轴通过联轴器连接；

所述步进电机电信连接于中控机上，由所述周边视觉相机感应是否存在螺栓，当判定存在螺栓，则反馈信号至中控机，由所述中控机驱动所述步进电机对螺栓实施夹持动作。

一种控制系统，用于控制螺栓抓取检测装置，包括中控机，所述中控机通过通信线缆连接螺栓抓取检测装置；所述螺栓抓取检测装置包括物料移栽机构和检测机构两部分。物料移栽机构包括振筛盘、下料道、第一物料抓取装置、回转盘、第二物料抓取装置，振筛盘与外部的生产线连通，下料道与振筛盘连通，第一物料抓取装置安装在下料道的一端，回转盘安装在第一物料抓取装置的一侧，第二物料抓取装置设置在回转盘的一侧，第二物料抓取装置与第一物料抓取装置的延长线呈预定的夹角。回转盘每个转动周期转动预定的角度并停止预定时长。

检测机构包括定位板、定位槽、上部视觉相机，定位板固定在第二物料抓取装置的一侧，定位槽开设在定位板上、且与被生产螺栓相适配，上部视觉相机设置在定位板的一侧。第一物料抓取装置用于将已加工完成的螺栓从振筛盘上抓取至回转盘上，第二物料抓取装置用于将位于所述回转盘上的螺栓抓取至定位板上。

有益效果：本发明涉及一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置及控制系统，利用两组物料抓取装置和回转盘的配合，实现预定节奏的螺栓抓取，通过将螺栓放置在定位槽内，利用上部视觉相机对螺栓的顶部进行检测。定位槽可根据螺栓的直径自适应尺寸，利用其设置在齿轮盘的螺旋槽一侧的多个夹持部来自适应螺栓的直径。夹持部的内侧设有周边视觉相机，利用周边视觉相机对螺栓的边缘进行视觉检测，利用两组视觉相机从而更好地对螺栓的缺陷位置和形状进行检测，以达到剔除不良品的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图(俯视图视角)。

图2为本发明中第一物料抓取装置或第二物料抓取装置的结构示意图。

图3为本发明中抓取部收缩状态的结构示意图。

图4为本发明中抓取部张开状态的结构示意图。

图5为本发明中回转盘的结构示意图。

图6为本发明中间歇式回转盘体的结构示意图。

图7为本发明中定位槽的截面图。

图8为定位槽中夹持部和螺旋槽的位置关系图。

图中各附图标记为：振筛盘1、下料道2、第一物料抓取装置3、支撑座301、第一滑轨302、第一滑块303、第一滚珠丝杆电动缸304、X轴板305、第二滚珠丝杆电动缸306、Y轴板307、第三滚珠丝杆电动缸308、Z轴板309、抓取部310、顶端连接部310A、顶部铰接座310B、爪头310C、缓冲垫310D、活动连接部310E、活动铰接座310F、连接杆310G、伸缩杆310H、回转盘4、安装座401、下导轨402、下固定铰支座403、下导块404、下活动铰支座405、上活动板本体406、上固定铰支座407、上活动铰支座408、上导块409、连杆410、间歇式回转盘体411、驱动盘411A、凸起411B、间歇盘411C、凹槽411D、回转盘本体411E、第二物料抓取装置5、上部视觉相机6、定位槽7、夹持部701、齿轮盘702、联轴器703、周边视觉相机704、槽体705、螺旋槽706。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

实施例一：

本实施例提出的螺栓抓取检测装置包括物料移栽机构和检测机构两部分。物料移栽机构包括振筛盘1、下料道2、第一物料抓取装置3、回转盘4、第二物料抓取装置5，振筛盘1与外部的生产线连通，下料道2与振筛盘1连通，第一物料抓取装置3安装在下料道2的一端，回转盘4安装在第一物料抓取装置3的一侧，第二物料抓取装置5设置在回转盘4的一侧，第二物料抓取装置5与第一物料抓取装置3的延长线呈预定的夹角。回转盘4每个转动周期转动预定的角度并停止预定时长。

检测机构包括定位板、定位槽7、上部视觉相机6，定位板固定在第二物料抓取装置5的一侧，定位槽7开设在定位板上、且与被生产螺栓相适配，上部视觉相机6设置在定位板的一侧。第一物料抓取装置3用于将已加工完成的螺栓从振筛盘1上抓取至回转盘4上，第二物料抓取装置5用于将位于所述回转盘4上的螺栓抓取至定位板上。

实施例二：

在实施例一的基础之上，第一物料抓取装置3和第二物料抓取装置5的结构相同，包括支撑座301、第一滑轨302、第一滑块303、第一滚珠丝杆电动缸304、X轴板305、第二滚珠丝杆电动缸306、Y轴板307、第三滚珠丝杆电动缸308、Z轴板309、抓取部310、顶端连接部310A、顶部铰接座310B、爪头310C、缓冲垫310D、活动连接部310E、活动铰接座310F、连接杆310G、伸缩杆310H。第一滑轨302固定在支撑座301上，第一滑块303滑动套设在第一滑轨302上，第一滚珠丝杆电动缸304固定在支撑座301上，并且平行设置在第一滑轨302的一侧。X轴板305与第一滚珠丝杆电动缸304之间滑动连接；第二滚珠丝杆电动缸306固定在X轴板305上，Y轴板307与第二滚珠丝杆电动缸306滑动连接；第三滚珠丝杆电动缸308固定在Y轴板307上；Z轴板309与第三滚珠丝杆电动缸308滑动连接；抓取部310固定在Z轴板309上。

抓取部310包括顶端连接部310A、顶部铰接座310B、爪头310C、缓冲垫310D、活动连接部310E、活动铰接座310F、连接杆310G、伸缩杆310H；顶部铰接座310B呈圆周阵列在顶端连接部310A上，爪头310C铰接在每个顶部铰接座310B上，缓冲垫310D设置在爪头310C的根部；顶端连接部310A内设有直线轴承座；伸缩杆310H活动穿插在直线轴承座内；活动连接部310E同轴安装在伸缩杆310H的一端；活动铰接座310F呈圆周阵列在活动连接部310E上，活动铰接座310F的数量与顶部铰接座310B的数量一致、并且一一对应。活动铰接座310F与爪头310C之间通过连接杆310G铰接；活动连接部310E的底部分别安装有周边视觉相机704和工业相机。振筛盘1通过振动筛取出螺栓，并通过下料道2输送至第一物料抓取装置3的一侧，通过第一物料抓取装置3将螺栓抓取至回转盘4上，再通过回转盘4按照预设的转动方式将螺栓转动至靠近第二物料抓取装置5的一侧，通过第二物料抓取装置5将螺栓抓取至定位板上进行后续的视觉检测工作。第一物料抓取装置3和第二物料抓取装置5分别在X轴、Y轴、Z轴上具有两个方向上的运动自由度，保证螺栓的抓取灵活、放置准确。在爪头310C的根部设置缓冲垫310D，当爪头310C加紧螺栓后能够具有缓冲效果，避免划伤螺栓表面。该抓取部310通过伸缩杆310H、铰接座、连接杆310G的设置，将伸缩杆310H在竖直方向上的运动轨迹转变为爪头310C的收缩、张合两种状态，相比于两端推进式的夹爪，本抓取部310更加适应螺栓这种体积较小的工件。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础之上，回转盘4包括安装座401、下导轨402、下固定铰支座403、下导块404、下活动铰支座405、上活动板组件、间歇式回转盘4体；下导轨402相互平行固定在安装座401的两侧；下固定铰支座403分别固定在安装座401上、且位于两个下导轨402的一端；下导块404分别滑动设置在下导轨402上；下活动铰支座405分别固定在两个下导轨402上；上活动板组件与下固定铰支座403和下活动铰支座405铰接；间歇式回转盘4体设置在上活动板组件上。上活动板组件包括上活动板本体406、上导轨、上导块409、上活动铰支座408、上固定铰支座407，上导轨固定在上活动板本体406的下部两侧；上导块409滑动设置在上导轨上，上活动铰支座408分别固定在两个上导块409上，上固定铰支座407分别固定在两个上导轨的一端。上固定铰支座407和下固定铰支座403一一对应；上固定铰支座407和所述下活动铰支座405之间、以及上活动铰支座408和所述下固定铰支座403之间通过连杆410连接，连杆410两两交叉并通过销轴连接；安装座401上固定有直线气缸，直线气缸的输出杆连接至所述下导块404。通过直线气缸推进下导块404沿着下导轨402滑动，从而带动下活动铰支座405滑动，由于一端是活动铰支座、另一端是固定铰支座，并且两者之间通过连杆410连接，上活动板组件同理，最终带动间歇式回转盘4体升降。

实施例四：

在实施例三的基础之上，间歇式回转盘4体包括驱动盘411A，驱动盘411A的边缘处设有一段凸起411B，驱动盘411A的一侧转动设置有间歇盘411C，间歇盘411C的圆周阵列有多个凹槽411D，凸起411B适配于凹槽411D，间歇盘411C上同轴安装有回转盘4本体。驱动盘411A每转动一圈，其边缘处的凸起411B便拨动一次间歇盘411C，从而实现间歇盘411C的间歇式转动。驱动盘411A的转轴处连接有伺服电机；位于间歇盘411C圆周上的凹槽411D数量等于驱动盘411A每转动一圈所间歇停留的次数；间歇盘411C的转轴处连接有轴承座。

定位槽7包括一面设有螺旋槽706的齿轮盘702，设置在齿轮盘702的螺旋槽706一侧的多个夹持部701，固定在所述转动支座上、且与所述齿轮盘702连接的步进电机，以及安装在所述夹持部701的内侧的多个周边视觉相机704；多个夹持部701之间行程预定空间的槽体705，螺栓放置在所述槽体705中；该定位槽7可调，从而可以适应不同尺寸的螺栓；夹持部701内部设有多个周边视觉相机704能够感知当前是否夹持住螺栓。夹持部701与所述齿轮盘702接触的一面设有与所述螺旋槽706匹配啮合的齿槽；夹持部701呈阶梯状，步进电机的输出轴与所述齿轮盘702的中心轴通过联轴器703连接；步进电机电信连接于中控机上，由周边视觉相机704感应是否存在螺栓，当判定存在螺栓，则反馈信号至中控机，由中控机驱动步进电机对螺栓实施夹持动作。

实施例五：

本实施例提出一种用于控制螺栓抓取检测装置的控制系统，该控制系统包括中控机，所述中控机通过通信线缆连接螺栓抓取检测装置；所述螺栓抓取检测装置包括物料移栽机构和检测机构两部分。物料移栽机构包括振筛盘1、下料道2、第一物料抓取装置3、回转盘4、第二物料抓取装置5，振筛盘1与外部的生产线连通，下料道2与振筛盘1连通，第一物料抓取装置3安装在下料道2的一端，回转盘4安装在第一物料抓取装置3的一侧，第二物料抓取装置5设置在回转盘4的一侧，第二物料抓取装置5与第一物料抓取装置3的延长线呈预定的夹角。回转盘4每个转动周期转动预定的角度并停止预定时长。检测机构包括定位板、定位槽7、上部视觉相机6，定位板固定在第二物料抓取装置5的一侧，定位槽7开设在定位板上、且与被生产螺栓相适配，上部视觉相机6设置在定位板的一侧。第一物料抓取装置3用于将已加工完成的螺栓从振筛盘1上抓取至回转盘4上，第二物料抓取装置5用于将位于所述回转盘4上的螺栓抓取至定位板上。

本发明的工作过程如下：加工完成的螺栓通过振筛盘1振筛至下料道2，并由下料道2将其传输至第一物料抓取装置3的一侧。随后第一物料抓取装置3启动，第一滚珠丝杆电动缸304推动第一滑块303沿着第一滑轨302滑动，从而带动X轴板305在X轴方向直线运动；第二滚珠丝杆电动缸306安装在X轴板305上，由第二滚珠丝杆电动缸306推动Y轴板307在Y轴方向直线运动；第三滚珠丝杆电动缸308安装在Y轴板307上，由第三滚珠丝杆电动缸308推动Z轴板309沿着Z轴方向升降，由此实现三个方向的运动自由度。抓取部310固定在Z轴板309上，通过直线气缸或其他具备直线驱动能力的机构驱动伸缩杆310H，由伸缩杆310H拉动与之铰接的连接杆310G动作、并由连接杆310G将动作反馈至与之铰接的爪头310C，从而使得爪头310C收缩(见图3)或张开(见图4)。活动连接部310E的底部分别安装有周边视觉相机704和工业相机，由工业相机感应是否夹取到螺栓，由周边视觉相机704判断当前抓取部310距离螺栓的距离。当第一物料抓取装置3上的抓取部310抓取到螺栓后，通过上述X轴板305、Y轴板307、Z轴板309的相互配合，将螺栓放置在回转盘4上。放置到位后，第一物料抓取装置3移开，回转盘4工作，回转盘4每转动60度便停止5秒钟，在这5秒钟的周期内，第一物料抓取装置3继续从下料道2上抓取螺栓并放置在下一个工位上，如此往复。当螺栓被回转盘4转动至离检测机构最近的位置时，第二物料抓取装置5启动，第二物料抓取装置5的工作方式与第一物料抓取装置3一致，将螺栓移栽至定位板上准备视觉检测。

在本发明的实施例中，回转盘4可以在预定升降行程内升降，通过直线气缸推进下导块404沿着下导轨402滑动，从而带动下活动铰支座405滑动，由于一端是活动铰支座、另一端是固定铰支座，并且两者之间通过连杆410连接，上活动板组件同理，最终带动间歇式回转盘4体升降。

在本发明的实施例中，回转盘4的本体为间歇式回转盘4体，包括驱动盘411A，驱动盘411A的边缘处设有一段凸起411B，驱动盘411A的一侧转动设置有间歇盘411C，间歇盘411C的圆周阵列有多个凹槽411D，凸起411B适配于凹槽411D，间歇盘411C上同轴安装有回转盘4本体。驱动盘411A每转动一圈，其边缘处的凸起411B便拨动一次间歇盘411C，从而实现间歇盘411C的间歇式转动。

在本发明的实施例中，定位板上设有与被生产螺栓相适配的定位槽7，定位槽7包括一面设有螺旋槽706的齿轮盘702，齿轮盘702的螺旋槽706一侧设有多个夹持部701，齿轮盘702的一端连接步进电机，夹持部701的内测设有多个周边视觉相机704。多个夹持部701之间行程预定空间的槽体705，螺栓放置在所述槽体705中；该定位槽7可调，从而可以适应不同尺寸的螺栓；夹持部701内部设有多个周边视觉相机704能够感知当前是否夹持住螺栓。夹持部701与所述齿轮盘702接触的一面设有与所述螺旋槽706匹配啮合的齿槽；夹持部701呈阶梯状，步进电机的输出轴与所述齿轮盘702的中心轴通过联轴器703连接；步进电机电信连接于中控机上，由周边视觉相机704感应是否存在螺栓，当判定存在螺栓，则反馈信号至中控机，由中控机驱动步进电机对螺栓实施夹持动作。

路径规划和视觉检测的过程如下：

路径规划：

步骤1、以机械手自身坐标系为基础，建立环境模型坐标系，并对环境模型坐标系进行栅格化处理；获取机械手的最大运行空间，将该最大运行空间沿X、Y、Z方向分解为多个大小相同的网格单元；检查划分出来的网格单元内是否包含障碍物，若包含障碍物，则判定为填充网格、并标记为不可通行网格；若不包含障碍物，则判定为未填充网格、并标记为可通行网格；将不可通行网格记为0，可通行网格记为1，获得含有0和1的栅格合集。

步骤2、构建驱动单元与抓取部之间的变换矩阵，对抓取部的运动轨迹进行轨迹规划；

其中，坐标变换矩阵如下：

式中，i表示驱动单元，j表示抓取部，θ表示驱动单元的各运行轨道的夹角，α表示抓取部相对于驱动单元的扭转角，d表示抓取部相对于驱动单元之间的距离。

步骤2-1、利用机械手上的多个工业相机采集实际环境，得出包含影像和景深信息的图像，建立环境模型：

式中，E(x)表示边缘函数，L(x)表示滤波函数，D表示带宽，σ表示噪声均方差，f(A)表示平滑边缘调节函数；

其中，

式中，R为归一化常数，J_s和J_r表示平滑解析度，x^s和x^r表示经过J_s和J_r平滑解析之后的图像；

步骤2-2、构建估价函数寻找起点到终点的最优路径：

f_n＝v(n)+w(n)

式中，v(n)表示从起点到当前节点n的实际距离，w(n)表示当前节点n到终点的估算距离；

步骤2-3、为当前节点n到终点的估算距离w(n)添加转向代价：

w(n)＝w′(n)+ε₀

其中，

式中，distance(1,n)表示从当前节点n到f值最小的节点m的前驱节点l之间的欧式距离；当

时，机械手先在X方向上平移预定距离、后在Y方向上平移预定距离，此时转向代价ε₀＝1；当distance(1,n)＝2时，机械手不发生X方向和Y方向上的平移，此时转向代价ε₀＝0；当distance(1,n)＝0时，机械手同时发生X、Y、Z方向上的平移动作，此时转向代价ε₀＝2；w′(n)表示当前节点n到终点的曼哈顿距离；

步骤2-4、构建当前节点n到终点endNode的曼哈顿距离，以曼哈顿距离反馈至估算距离中进行修正：

其中，曼哈顿距离表达式如下：

w′(n)＝d[(n.x)-(endNode.x)]+d[(n.y)-(endNode.y)]+d[(n.z)-(endNode.z)]

式中，(n.x)-(endNode.x)表示当前节点n到终点endNode在X方向上的位移量；(n.y)-(endNode.y)表示当前节点n到终点endNode在Y方向上的位移量；(n.z)-(endNode.z)表示当前节点n到终点endNode在Z方向上的位移量；d(*)表示对空间内两点求曼哈顿距离；

修正后的距离表达式如下：

步骤2-5、根据修正后的距离，构建最优路径：

式中，

表示对一组j个路径点次序重新排列，

表示(1,2,…j)的一个置换，

表示

和

两点之间的曼哈顿距离，s表示机械手运动起点位置，

表示起点s到

之间的曼哈顿距离，e表示中途随机停止点，

表示停止点到

之间的曼哈顿距离；

步骤2-6、在对环境模型坐标系进行栅格化处理的基础上，采用适应度函数生成初始种群：

式中，

表示从A点(x_i,y_i)到B点(x_j,y_j)的欧氏距离；A表示对路径安全性的衡量值，该衡量值由光电检测装置判断前方是否存在障碍得出，取值0或1。

视觉检测：

步骤A、构建表面缺陷分析模型，并对其进行训练；

步骤A-1、由线性滤波器进行线性卷积操作以提取特征，通过非线性激活函数生成特征图：

x_i,j,k＝max(w_kx_i,j+b_k,0)

式中，x_i,j表示卷积区域的图像块，x_i,j,k表示经过卷积之后的特征图像块，max表示Relu激活函数，w_k表示第k个特征图的权重，b_k表示第k个特征图的偏置；

步骤A-2、构建代价函数：

式中，1{*}表示示例函数，大括号内的表达式值为真时输出1，否则为0，y⁽ⁱ⁾表示第i个样本实际的标签值，

表示第i个样本分类为j的概率，m表示标签个数，k表示类别个数，C表示权重衰减项；

其中，

式中，λ表示正则化系数，w_ij表示特征图的权重，其余各符号含义同上；

步骤A-3、使用梯度下降法对代价函数进行优化，找到最优参数：

式中，w_j表示第j个特征图的权重，

为最优参数，其余各符号含义同上。

步骤B、利用位于夹持部内侧的周边视觉相机采集螺栓边缘的图像数据，利用上部视觉相机采集螺栓顶部的图像数据，将两组图像数据分送至中控机；

步骤C、中控机根据接收得到的图像数据反哺至表面缺陷分析模型中进行结果分析，对螺栓缺陷进行标记；

步骤C-1、利用待求像素四个邻像素A(x₁,y₁)、B(x₁,y₂)、C(x₂,y₁)、D(x₂,y₂)的灰度在X方向上作线性内插，得到：

式中，A像素点和C像素点共处X方向，B像素点和C像素点共处X方向；(x,y₁)表示A像素点和C像素点之间的插值像素坐标，(x,y₂)表示B像素点和D像素点之间的插值像素坐标；

步骤C-2、在Y方向作线性内插，最终得到：

式中，(x,y)表示进一步计算出的(x,y₁)和(x,y₂)在Y方向上的插值像素点；

步骤C-3、利用线性滤波算法对图像进行处理，对于图像f(x，y)，f在坐标系(x，y)中的梯度是一个列向量：

其中，该向量表示图像中的像素在点(x，y)中灰度值的最大变化率的方向；

的幅值是图像f(x，y)的梯度图，记为M(x，y)；

其中，

g_x为图像在x方向上的梯度；g_y为图像在y方向上的梯度。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征是包括：

物料移栽机构，包括与外部生产线连通的振筛盘，与所述振筛盘连通的下料道，安装于所述下料道一端的第一物料抓取装置，安装在所述第一物料抓取装置一侧的回转盘，以及设置在所述回转盘另一侧、且与所述第一物料抓取装置的延长线呈预定夹角的第二物料抓取装置；

所述回转盘每一转动周期转动预定度并停止预定时长；

检测机构，包括固定在所述第二物料抓取装置一侧的定位板，开设在所述定位板上、且与被生产螺栓相适配的定位槽，以及设置在所述定位板一侧的上部视觉相机；

所述第一物料抓取装置用于将已加工完成的螺栓从振筛盘上抓取至回转盘上，所述第二物料抓取装置用于将位于所述回转盘上的螺栓抓取至定位板上。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述第一物料抓取装置和第二物料抓取装置的结构相同、且具备六个自由度，其包括支撑座，固定在所述支撑座上的第一滑轨，滑动套设在所述第一滑轨上的第一滑块，固定在所述支撑座上、且平行设置于所述第一滑轨一侧的第一滚珠丝杆电动缸，与所述第一滚珠丝杆电动缸滑动连接的X轴板，固定在所述X轴板上的第二滚珠丝杆电动缸，与所述第二滚珠丝杆电动缸滑动连接的Y轴板，固定在所述Y轴板上的第三滚珠丝杆电动缸，与所述第三滚珠丝杆电动缸滑动连接的Z轴板，以及固定在所述Z轴板上的抓取部。

3.根据权利要求2所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述抓取部包括顶端连接部，所述顶端连接部上圆周阵列有多个顶部铰接座，每个顶部铰接座上铰接有爪头，所述爪头的根部设有缓冲垫，所述顶端连接部内设有直线轴承座，所述直线轴承座内活动穿插有伸缩杆，所述伸缩杆的一端同轴安装有活动连接部，所述活动连接部上圆周阵列有与所述顶部铰接座数量相同、且位置对应的活动铰接座；所述活动铰接座与所述爪头之间通过连接杆铰接；所述活动连接部的底部分别安装有周边视觉相机和工业相机。

4.根据权利要求1所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述回转盘包括安装座，相互平行固定在所述安装座两侧的下导轨，分别固定在所述安装座上、且位于两下导轨一端的下固定铰支座，分别滑动设置在两下导轨上的下导块，分别固定在两下导块上的下活动铰支座，与所述下固定铰支座和下活动铰支座铰接的上活动板组件，以及设置在所述上活动板组件上的间歇式回转盘体。

5.根据权利要求4所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述上活动板组件包括上活动板本体，分别固定在所述上活动板本体下部两侧的上导轨，滑动设置在所述上导轨上的上导块，分别固定在两上导块上的上活动铰支座，以及分别固定在两上导轨一端的上固定铰支座；所述上固定铰支座和所述下固定铰支座一一对应；所述上固定铰支座和所述下活动铰支座之间、以及所述上活动铰支座和所述下固定铰支座之间通过连杆连接，所述连杆两两交叉并通过销轴连接；所述安装座上固定有直线气缸，所述直线气缸的输出杆连接至所述下导块。

6.根据权利要求4所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述间歇式回转盘体包括驱动盘，所述驱动盘的边缘处设有一段凸起，所述驱动盘的一侧转动设置有间歇盘，所述间歇盘的圆周阵列有多个凹槽，所述凸起适配于所述凹槽，所述间歇盘上同轴安装有回转盘本体。

7.根据权利要求6所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述驱动盘的转轴处连接有伺服电机；位于所述间歇盘圆周上的凹槽数量等于所述驱动盘每转动一圈所间歇停留的次数；所述间歇盘的转轴处连接有轴承座。

8.根据权利要求1所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述定位槽包括一面设有螺旋槽的齿轮盘，设置在所述齿轮盘的螺旋槽一侧的多个夹持部，固定在所述转动支座上、且与所述齿轮盘连接的步进电机，以及安装在所述夹持部的内侧的多个周边视觉相机；多个夹持部之间行程预定空间的槽体，螺栓放置在所述槽体中。

9.根据权利要求8所述的一种基于动态图像识别的螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述夹持部与所述齿轮盘接触的一面设有与所述螺旋槽匹配啮合的齿槽；所述夹持部呈阶梯状，所述步进电机的输出轴与所述齿轮盘的中心轴通过联轴器连接。

10.一种控制系统，用于控制螺栓抓取检测装置，包括中控机，所述中控机通过通信线缆连接螺栓抓取检测装置，其特征在于：所述螺栓抓取检测装置为权利要求1至9任意一项所述的螺栓抓取检测装置。

Images