CN113894831B - 一种通过视觉定位的机械臂控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的技术方案是这样实现的：一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：包括机械臂主体，所述机械臂主体末端装配有就有安装腔的安装筒；抓取单元，设于安装筒内，用于对零件进行抓取；视觉处理单元，设于安装筒内，其包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器；清理单元，设于安装筒内，对视觉处理单元进行擦拭清理；其中，所述抓取单元包括第一抓取机构，通过底部对零件进行吸附抓取；第二抓取机构，通过侧部对零件进行吸附抓取；本发明的有益效果是：抓取稳定，工作效率高。

Description

一种通过视觉定位的机械臂控制系统

技术领域

本发明涉及机械臂技术领域，尤其是一种通过视觉定位的机械臂控制系统。

背景技术

机械臂是"ROBOT"一词的中文译名。根据国家标准，工业机械臂定义为“其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可以对3个以上轴进行编程。它可以是固定式或者移动式。在工业自动化应用中使用”。操作机又定义为“是一种机器，其机构通常由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体(工具或工件)”。所以对工业机械臂可能理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿(位置和姿态)的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割、喷涂装配机械零部件等等。

在现有技术中，例如专利公开号CN211920128U公开的机械臂，其通过平扫装置的设置可拨动待抓取零件，使其满足视觉传感器的识别信号，从而进行吸附抓取；但由于在抓取过程中，大多零件均处于倾倒状态，抓取单元无法根据零件的状态对零件进行抓取，抓取不够稳定，会出现抓取过程中零件掉落的现象。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种通过视觉定位的机械臂控制系统，用以解决上述背景技术中的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：包括机械臂主体，所述机械臂主体末端装配有就有安装腔的安装筒；抓取单元，设于安装筒内，用于对零件进行抓取；视觉处理单元，设于安装筒内，其包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器；清理单元，设于安装筒内，对视觉处理单元进行擦拭清理；其中，所述抓取单元包括第一抓取机构，通过底部对零件进行吸附抓取；第二抓取机构，通过侧部对零件进行吸附抓取。

优选为：所述安装筒底部开口，所述视觉处理单元通过安装座固定在安装筒底部中心处，该安装筒通过转盘转动安装在机械臂主体上，所述机械臂主体上安装有用于控制安装筒转动的驱动电机，驱动电机控制安装筒转动实现第一抓取机构和第二抓取机构的切换工作。

优选为：所述第一抓取机构包括吸附座，安装在第二腔体的内顶壁上，其内具有吸附腔；吸气管，一端穿入安装筒内与吸附腔连通，另一端连接外部的抽气装置；第一吸附管，安装在吸附座底部，通过第一吸附通道与吸附腔连通，所述第一吸附管底部安装有吸盘；所述第一吸附管通过连接机构与吸附座转动连接，所述连接机构包括连接块，固定在吸附座底部，所述连接块底部设置为球状结构，所述连接块内开设有与吸附通道连通的通道；所述第一吸附管上端包裹所述连接块的球状结构，且该连接块内的通道与第一吸附管连通。

优选为：所述第一抓取机构还包括第一调整单元，所述第一调整单元包括调节筒，安装在吸附座底部，套设在第一吸附管外部且与第一吸附管间隔设置，所述调节筒底部开口；第一电动推杆，绕吸附管周向均匀设置在调节筒内壁上，各第一电动推杆的输出端均朝向第一吸附管，且各第一电动推杆的输出端上均安装有顶块。

优选为：所述第二抓取机构包括吸附筒，安装在吸附座底部，所述吸附筒内设置有与吸附腔连通的第二吸附通道；第二吸附管，安装在吸附筒内，一端与第二吸附通道连通，另一端穿出吸附筒侧壁向外延伸且安装有吸盘。

优选为：所述第二抓取机构还包括第二调整单元，所述第二调整单元包括活动槽，开设在吸附筒侧壁上，供第二吸附管穿出及上下移动；第二电动推杆，安装在吸附筒内底部；升降架，固定在第二电动推杆的输出端上受第二电动推杆控制上下移动，所述升降架上端与各第二吸附管铰接；波纹管，一端连通第二吸附通道、另一端与第二吸附管连接。

优选为：还包括切换机构，所述切换机构用于控制第一吸附通道和第二吸附通道的启闭，所述切换机构包括第一磁块，设于吸附腔内，与吸附腔内壁滑动连接，其外部设置有橡胶密封层；第二磁块，设于吸附座外，且位于安装筒的中心处，所述第二磁块与第一磁块相互吸附；第一电机，安装在安装筒内，其输出端与第二磁块连接用于控制第二磁块转动。

优选为：所述清理单元包括转轴，通过轴承转动安装在安装筒内，所述转轴竖直设置；驱动机构，用于控制转轴转动；清理杆，一端固定在转轴上、另一端位于视觉处理单元下端；清洁棉，粘接在清理杆上且与视觉处理单元相接触。

优选为：所述驱动单元包括第二电机，固定在安装筒顶部；第一齿轮，固定在第二电机的输出端上受第二电机控制转动；第二齿轮，套设固定在转轴外部，与第一齿轮啮合连接。

优选为：所述清理杆底部设置有储存清洁液的储液筒，所述清理杆固定在储液孔底部，所述清理杆内设置有液流通道，所述液流通道的一端与储液筒内部连通、另一端延伸至清洁棉底部与清洁棉连通接触。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过在安装筒内设置两个抓取机构，当可直接通过底部对零件进行吸附抓取时，通过第一抓取机构对零件进行吸附抓取；当零件倾倒或难以通过底部对零件进行吸附抓取时，启动驱动电机带动安装筒转动使第二抓取机构对准物料，然后通过第二抓取机构对零件进行吸附抓取；避免出现零件倾倒等情况时抓取不稳定的现象，安装筒转动时，视觉处理单元仍处于安装筒中心处，不影响信号输送，可对抓取的方式进行切换，用以配合零件不同状态下的抓取，抓取稳定。

(2)通过第一抓取机构的设置，工作时启动吸气装置由吸气管进行吸气工作，抽取吸气腔内的气体在吸气腔内形成负压，抽取第一吸附通道和吸盘处的气体，在吸盘处形成负压对零件进行吸附抓取；同时，当零件出现倾斜不便抓取时，启动调节筒内对应方向上的第一电动推杆，第二电动推杆推动第一吸附管适当倾斜，使吸盘倾斜吸附零件，便于对散落倾斜的零件进行稳定抓取，抓取方便、稳定，提高工作效率。

(3)通过第二抓取机构的设置，启动第一电机带动第二磁块转动，在第一磁块和第二磁块的吸附作用下带动第一磁块在吸附腔内转动，第一磁块移动至打开第二吸附通道密封第一吸附通道，此时第二吸附通道和第二吸附管内形成负压，在第二吸附管的吸盘处形成负压通过侧部的吸盘对零件进行吸附，于此同时通过控制第二电动推杆带动升降架上下移动，从而带动各第二吸附管的上下倾斜移动，进而调节第二吸附管上吸盘的倾斜角度，用于对不同状态的零件进行吸附抓取。

(4)通过清理单元的设置，启动第二电机带动第一齿轮转动，从而带动第二齿轮和转轴转动，清理杆随着转轴转动，每转动一周清洁棉与视觉处理单元接触一次对视觉处理单元进行擦拭，清理灰尘，保证视觉处理单元工作的稳定，同时在清理时，储液箱内的清洁液沿着液流通道流入清洁棉，使清洁棉吸附着清洁液进行擦拭，提高清理效果；通过清洁棉的阻挡，当清洁棉吸附足够的清洁液时会闭合液流通道，避免清洁液一直流出，且实现一直对清洁棉上清洁液的添加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中安装筒的仰视示意图；

图3为本发明具体实施方式中安装筒的截面示意图；

图4为本发明具体实施方式中第二抓取机构的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中第一抓取机构的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式中第一电动推杆的安装示意图；

图7为本发明具体实施方式中连接机构的结构示意图；

图8为本发明具体实施方式中切换机构的结构示意图；

图中示例为：1机械臂主体，2安装筒，3视觉处理单元，4驱动电机，5转盘；

6第一抓取机构，61吸附座，62吸附腔，63吸气管，64第一吸附管，641 第一吸附通道，65吸盘，66连接块，67调节筒，68第一电动推杆，69顶块；

7第二抓取机构，71吸附筒，72第二吸附通道，73第二吸附管，74活动槽， 75第二电动推杆，76升降架，77波纹管；

8清理单元，81转轴，82清理杆，83清洁棉，84第二电机，85第一齿轮， 86第二齿轮，87储液筒；

9切换机构，91第一磁块，92橡胶密封层，93第二磁块，94第一电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～图7所示，本发明公开了一种通过视觉定位的机械臂控制系统，在本发明的具体实施方式中，包括机械臂主体1，所述机械臂主体1可以进行转动和调整，所述机械臂主体1底端可以装配有信号输出接口，信号输出接口可以通过导线与所述机械臂的主控计算机和外部电源连接，所述机械臂主体1末端装配有就有安装腔的安装筒2；抓取单元，设于安装筒2内，用于对零件进行抓取；视觉处理单元3，设于安装筒2内，其包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器；所述视觉传感器可以通过导线与机械臂的主控计算机、视觉处理器和外部电源连接，用以获取机械臂视野范围内的图像；所述视觉处理器可以通过导线与所述机械臂的主控计算机和外部电源连接，用于对所述视觉传感器采集到的图像进行分类识别，并计算最优抓取的零部件目标的位置；所述测距传感器可以通过导线与所述机械臂的主控计算机连接，用于测量其距最优抓取的零部件目标之间的垂直距离；清理单元8，设于安装筒2内，对视觉处理单元3 进行擦拭清理；其中，所述抓取单元包括第一抓取机构，通过底部对零件进行吸附抓取；第二抓取机构7，通过侧部对零件进行吸附抓取。

在本实施例中，所述安装筒2底部开口，所述视觉处理单元3通过安装座固定在安装筒2底部中心处，该安装筒2通过转盘5转动安装在机械臂主体1 上，所述机械臂主体1上安装有用于控制安装筒2转动的驱动电机4，驱动电机 4控制安装筒2转动实现第一抓取机构和第二抓取机构7的切换工作。

通过上述技术方案，本发明通过在安装筒内设置两个抓取机构，当可直接通过底部对零件进行吸附抓取时，通过第一抓取机构对零件进行吸附抓取；当零件倾倒或难以通过底部对零件进行吸附抓取时，启动驱动电机带动安装筒转动使第二抓取机构对准物料，然后通过第二抓取机构对零件进行吸附抓取；避免出现零件倾倒等情况时抓取不稳定的现象，安装筒转动时，视觉处理单元仍处于安装筒中心处，不影响信号输送，可对抓取的方式进行切换，用以配合零件不同状态下的抓取，抓取稳定。

在本实施例中，所述第一抓取机构6包括吸附座61，安装在第二腔体的内顶壁上，其内具有吸附腔62；吸气管63，一端穿入安装筒2内与吸附腔62连通，另一端连接外部的抽气装置；第一吸附管64，安装在吸附座61底部，通过第一吸附通道641与吸附腔62连通，所述第一吸附管64底部安装有吸盘65；所述第一吸附管64通过连接机构与吸附座61转动连接，所述连接机构包括连接块66，固定在吸附座61底部，所述连接块66底部设置为球状结构，所述连接块66内开设有与吸附通道连通的通道；所述第一吸附管64上端包裹所述连接块66的球状结构，且该连接块66内的通道与第一吸附管64连通。

在本实施例中，所述第一抓取机构还包括第一调整单元，所述第一调整单元包括调节筒67，安装在吸附座61底部，套设在第一吸附管64外部且与第一吸附管64间隔设置，所述调节筒67底部开口；第一电动推杆68，绕吸附管周向均匀设置在调节筒67内壁上，各第一电动推杆68的输出端均朝向第一吸附管64，且各第一电动推杆68的输出端上均安装有顶块69。

通过上述技术方案，在第一抓取机构抓取零件时，启动吸气装置由吸气管进行吸气工作，抽取吸气腔内的气体在吸气腔内形成负压，抽取第一吸附通道和吸盘处的气体，在吸盘处形成负压对零件进行吸附抓取；同时，当零件出现倾斜不便抓取时，启动调节筒内对应方向上的第一电动推杆，第二电动推杆推动第一吸附管适当倾斜，使吸盘倾斜吸附零件，便于对散落倾斜的零件进行稳定抓取，抓取方便、稳定，提高工作效率。

在本实施例中，所述第二抓取机构7包括吸附筒71，安装在吸附座61底部，所述吸附筒71内设置有与吸附腔62连通的第二吸附通道72；第二吸附管73，安装在吸附筒71内，一端与第二吸附通道72连通，另一端穿出吸附筒71侧壁向外延伸且安装有吸盘65。

在本实施例中，所述第二抓取机构7还包括第二调整单元，所述第二调整单元包括活动槽74，开设在吸附筒71侧壁上，供第二吸附管73穿出及上下移动；第二电动推杆75，安装在吸附筒71内底部；升降架76，固定在第二电动推杆75的输出端上受第二电动推杆75控制上下移动，所述升降架76上端与各第二吸附管73铰接；波纹管77，一端连通第二吸附通道72、另一端与第二吸附管73连接，此处波纹管的设置是为了体现其为伸缩管。

通过上述技术方案，第二抓取机构对准零件，同时启动第一电机带动第二磁块转动，在第一磁块和第二磁块的吸附作用下带动第一磁块在吸附腔内转动，第一磁块移动至打开第二吸附通道密封第一吸附通道，此时第二吸附通道和第二吸附管内形成负压，在第二吸附管的吸盘处形成负压通过侧部的吸盘对零件进行吸附，于此同时通过控制第二电动推杆带动升降架上下移动，从而带动各第二吸附管的上下倾斜移动，进而调节第二吸附管上吸盘的倾斜角度，用于对不同状态的零件进行吸附抓取

在本实施例中，所述清理单元8包括转轴81，通过轴承转动安装在安装筒 2内，所述转轴81竖直设置；驱动机构，用于控制转轴81转动；清理杆82，一端固定在转轴81上、另一端位于视觉处理单元3下端；清洁棉83，粘接在清理杆82上且与视觉处理单元3相接触。

在本实施例中，所述驱动单元包括第二电机84，固定在安装筒2顶部；第一齿轮85，固定在第二电机84的输出端上受第二电机84控制转动；第二齿轮 86，套设固定在转轴81外部，与第一齿轮85啮合连接。

在本实施例中，所述清理杆82底部设置有储存清洁液的储液筒87，所述清理杆82固定在储液孔底部，所述清理杆82内设置有液流通道，所述液流通道的一端与储液筒87内部连通、另一端延伸至清洁棉83底部与清洁棉83连通接触。

通过上述技术方案，在清理视觉处理单元时，启动第二电机带动第一齿轮转动，从而带动第二齿轮和转轴转动，清理杆随着转轴转动，每转动一周清洁棉与视觉处理单元接触一次对视觉处理单元进行擦拭，清理灰尘，保证视觉处理单元工作的稳定，同时在清理时，储液箱内的清洁液沿着液流通道流入清洁棉，使清洁棉吸附着清洁液进行擦拭，提高清理效果；通过清洁棉的阻挡，当清洁棉吸附足够的清洁液时会闭合液流通道，避免清洁液一直流出，且实现一直对清洁棉上清洁液的添加。

实施例2

如图8所示，在本实施例中，还包括切换机构9，所述切换机构9用于控制第一吸附通道641和第二吸附通道72的启闭，所述切换机构9包括第一磁块91，设于吸附腔62内，与吸附腔62内壁滑动连接，其外部设置有橡胶密封层92；第二磁块93，设于吸附座61外，且位于安装筒2的中心处，所述第二磁块与第一磁块91相互吸附；第一电机94，安装在安装筒2内，其输出端与第二磁块连接用于控制第二磁块转动。

通过上述技术方案，在切换第一抓取机构和第二抓取机构工作时，通过切换吸附腔与第一吸附通道和第二吸附通道的连通状态，具体为：启动第一电机带动第二磁块转动，在第一磁块和第二磁块的吸附作用下带动第一磁块在吸附腔内转动，第一磁块移动至打开第二吸附通道密封第一吸附通道，此时第二抓取机构工作，同理，第二磁块带动第一磁块转动至打开第一吸附通道密封第二吸附通道时，第一抓取机构工作；切换稳定、便捷，橡胶密封层的设置，保证密封效果。

工作原理：将机械臂安装至工作台上，调节机械臂的位置和角度，使视觉传感器对准零件的放置位置；基于机械臂的主控计算机进行调试，确保视觉传感器能采集零件的图像发送到视觉处理器，确保能够进行目标识别分类，计算零件目标的二维坐标位置，调试抓取零件的垂直高度；通过控制驱动电机带动安装筒转动，使得第一抓取机构对准零件，启动外部抽气装置抽取吸附腔内的气体(此时第一磁块密封第二吸附通道)，抽取第一吸附通道和吸盘处的气体，在吸盘处形成负压对零件进行吸附抓取；在抓取时，控制不同方向的第一电动推杆推动第一吸附管倾斜，针对略微倾斜的零件进行抓取；当抓取倾倒难以通过底部进行吸附抓取的零件时，启动驱动电机控制安装筒转动，使第二抓取机构对准零件，同时启动第一电机带动第二磁块转动，在第一磁块和第二磁块的吸附作用下带动第一磁块在吸附腔内转动，第一磁块移动至打开第二吸附通道密封第一吸附通道，此时第二吸附通道和第二吸附管内形成负压，在第二吸附管的吸盘处形成负压通过侧部的吸盘对零件进行吸附，于此同时通过控制第二电动推杆带动升降架上下移动，从而带动各第二吸附管的上下倾斜移动，进而调节第二吸附管上吸盘的倾斜角度，用于对不同状态的零件进行吸附抓取。

同时，由于在长时间使用后，视觉处理单元的感应端上会吸附灰尘影响各种感应信号的传输，在对视觉处理单元进行定时清理时，启动第二电机带动第一齿轮转动，从而带动第二齿轮和转轴转动，清理杆随着转轴转动，每转动一周清洁棉与视觉处理单元接触一次对视觉处理单元进行擦拭，清理灰尘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：包括

机械臂主体，所述机械臂主体末端装配有就有安装腔的安装筒；

抓取单元，设于安装筒内，用于对零件进行抓取；

视觉处理单元，设于安装筒内，其包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器；

清理单元，设于安装筒内，对视觉处理单元进行擦拭清理；

其中，所述抓取单元包括

第一抓取机构，通过底部对零件进行吸附抓取；

第二抓取机构，通过侧部对零件进行吸附抓取；

所述第一抓取机构包括

吸附座，安装在第二腔体的内顶壁上，其内具有吸附腔；

吸气管，一端穿入安装筒内与吸附腔连通，另一端连接外部的抽气装置；

第一吸附管，安装在吸附座底部，通过第一吸附通道与吸附腔连通，所述第一吸附管底部安装有吸盘；

所述第一吸附管通过连接机构与吸附座转动连接，所述连接机构包括

连接块，固定在吸附座底部，所述连接块底部设置为球状结构，所述连接块内开设有与吸附通道连通的通道；

所述第一吸附管上端包裹所述连接块的球状结构，且该连接块内的通道与第一吸附管连通；

所述第一抓取机构还包括第一调整单元，所述第一调整单元包括

调节筒，安装在吸附座底部，套设在第一吸附管外部且与第一吸附管间隔设置，所述调节筒底部开口；

第一电动推杆，绕吸附管周向均匀设置在调节筒内壁上，各第一电动推杆的输出端均朝向第一吸附管，且各第一电动推杆的输出端上均安装有顶块。

2.根据权利要求1所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述安装筒底部开口，所述视觉处理单元通过安装座固定在安装筒底部中心处，该安装筒通过转盘转动安装在机械臂主体上，所述机械臂主体上安装有用于控制安装筒转动的驱动电机，驱动电机控制安装筒转动实现第一抓取机构和第二抓取机构的切换工作。

3.根据权利要求1所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述第二抓取机构包括

吸附筒，安装在吸附座底部，所述吸附筒内设置有与吸附腔连通的第二吸附通道；

第二吸附管，安装在吸附筒内，一端与第二吸附通道连通，另一端穿出吸附筒侧壁向外延伸且安装有吸盘。

4.根据权利要求3所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述第二抓取机构还包括第二调整单元，所述第二调整单元包括

活动槽，开设在吸附筒侧壁上，供第二吸附管穿出及上下移动；

第二电动推杆，安装在吸附筒内底部；

升降架，固定在第二电动推杆的输出端上受第二电动推杆控制上下移动，所述升降架上端与各第二吸附管铰接；

波纹管，一端连通第二吸附通道、另一端与第二吸附管连接。

5.根据权利要求3所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：还包括切换机构，所述切换机构用于控制第一吸附通道和第二吸附通道的启闭，所述切换机构包括

第一磁块，设于吸附腔内，与吸附腔内壁滑动连接，其外部设置有橡胶密封层；

第二磁块，设于吸附座外，且位于安装筒的中心处，所述第二磁块与第一磁块相互吸附；

第一电机，安装在安装筒内，其输出端与第二磁块连接用于控制第二磁块转动。

6.根据权利要求1所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述清理单元包括

转轴，通过轴承转动安装在安装筒内，所述转轴竖直设置；

驱动机构，用于控制转轴转动；

清理杆，一端固定在转轴上、另一端位于视觉处理单元下端；

清洁棉，粘接在清理杆上且与视觉处理单元相接触。

7.根据权利要求6所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述驱动机构包括

第二电机，固定在安装筒顶部；

第一齿轮，固定在第二电机的输出端上受第二电机控制转动；

第二齿轮，套设固定在转轴外部，与第一齿轮啮合连接。

8.根据权利要求6所述的一种通过视觉定位的机械臂控制系统，其特征在于：所述清理杆底部设置有储存清洁液的储液筒，所述清理杆固定在储液孔底部，所述清理杆内设置有液流通道，所述液流通道的一端与储液筒内部连通、另一端延伸至清洁棉底部与清洁棉连通接触。

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