CN114131660A - 一种基于遥操作视觉引导成像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人手眼系统技术领域，尤其涉及一种基于遥操作视觉引导成像装置。其技术方案为：包括固定架和机械臂以及固定连接在固定架顶部下表面的3D摄像装置，还包括电机箱和输送机，所述电机箱的顶部转动连接有竖轴，所述电机箱的里侧连接有电机，且所述电机的输出轴与竖轴的底端固定连接，所述竖轴的外表面在竖直方向固定连接有上横臂和下横臂，所述上横臂远离竖轴的一端固定连接有上托盘，所述上托盘上放置有参照工件。本申请通过上横臂、上托盘和参照工件等结构的设计，使得该装置不仅具有固定成像眼看手系统中的具有全局视场、标定与控制简单、抗震性能好、姿态估计稳定等优点，且解决了固定成像眼看手系统中机械臂遮挡成像视场的问题。

Description

一种基于遥操作视觉引导成像装置

技术领域

本发明涉及机器人手眼系统技术领域，尤其涉及一种基于遥操作视觉引导成像装置。

背景技术

机器人视觉成像的主要功能是模拟人眼视觉成像与人脑智能判断和决策功能，采用图像传感技术获取目标对象的信息，通过对图像信息提取、处理并理解，最终用于机器人系统对目标实施测量、检测、识别与定位等任务，或用于机械人自身的伺服控制。在工业应用领域，最具有代表性的机器人视觉系统就是机器人手眼系统。根据成像单元安装方式不同，机器人手眼系统分为两大类：固定成像眼看手系统与随动成像眼在手系统。在固定成像眼看手系统中，视觉成像单元安装在机器人本体外的固定位置，在机器人工作过程中不随机器人一起运动，优点是具有全局视场，标定与控制简单，抗震性能好，姿态估计稳定等，但容易被机械臂遮挡成像视场；在随动成像眼在手系统中，成像单元安装在机器人手臂末端，随机器人一起运动。随动成像眼虽然不会像固定成像眼看手系统那样产生机械臂遮挡成像视场的问题，但具有成像单元单次视场有限的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的问题，提出一种能将随动成像眼在手系统具有的不会遮挡机械臂的功能与固定成像眼看手系统相结合的基于遥操作视觉引导成像装置。

本发明的技术方案：一种基于遥操作视觉引导成像装置，包括固定架和机械臂以及固定连接在固定架顶部下表面的3D摄像装置，还包括电机箱和输送机，所述电机箱的顶部转动连接有竖轴，所述电机箱的里侧连接有电机，且所述电机的输出轴与竖轴的底端固定连接，所述竖轴的外表面在竖直方向固定连接有上横臂和下横臂，所述上横臂远离竖轴的一端固定连接有上托盘，所述上托盘上放置有参照工件，所述下横臂远离竖轴的一端固定连接有下托盘，所述下托盘上放置有加工工件。

优选的，所述上横臂和下横臂竖直对齐，且所述上托盘、下托盘和3D摄像装置位于同一条竖直线上。

优选的，所述输送机与下横臂处于同一水平高度。

优选的，所述下托盘内部开设有多个收纳腔，每个所述收纳腔内均设置有一个矫位楔块，且多个所述矫位楔块的顶端相对面均为弧面结构。

优选的，多个所述矫位楔块的底端相对面之间固定连接有连接杆，所述连接杆的底部固定连接有推拉杆，所述下横臂的下表面固定连接有气缸，所述气缸的活塞杆顶端与推拉杆的底端固定连接。

优选的，多个所述矫位楔块以下托盘的轴心呈环形分布。

优选的，所述3D摄像装置由摄像机、光照系统、图像采集卡组成，并外接计算机、视觉控制器。

优选的，所述机械臂与机器人连接。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

（1）：本申请通过上横臂、上托盘和参照工件等结构的设计，使得该装置不仅具有固定成像眼看手系统中的具有全局视场、标定与控制简单、抗震性能好、姿态估计稳定等优点，且解决了固定成像眼看手系统中机械臂遮挡成像视场的问题；

（2）：本申请通过下托盘和矫位楔块等结构的设计，可以自动矫正加工工件的位置，便于机械臂对加工工件的抓取。

附图说明

图1为基于遥操作视觉引导成像装置的结构示意图；

图2为图1的下托盘的结构示意图；

图3为图1的下托盘的剖视图。

附图标记：1、固定架；2、3D摄像装置；3、电机箱；4、电机；5、竖轴；6、上横臂；7、上托盘；8、参照工件；10、下横臂；11、下托盘；12、加工工件；13、机械臂；14、输送机；15、矫位楔块；16、气缸；17、推拉杆；18、连接杆；19、收纳腔。

具体实施方式

下文结合附图和具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例一

如图1-3所示，本发明提出的一种基于遥操作视觉引导成像装置，包括固定架1和机械臂13以及固定连接在固定架1顶部下表面的3D摄像装置2，所述机械臂13与机器人连接，所述3D摄像装置2由摄像机、光照系统、图像采集卡组成，并外接计算机、视觉控制器，所述视觉控制器与光照系统结合，用于对光照进行调节，以获得更高质量的摄像扫描图像信息，3D摄像装置2通过摄像机扫描获取目标物品的图像视频信号，图像采集卡将摄像机拍摄的图像视频信号从摄像机上转存到计算机中，通过计算机对图像信息进行提取、处理并理解，最终用于机器人系统对目标实施测量、检测、识别与定位抓取等任务；

还包括电机箱3和输送机14，输送机14可以为输送带、输送辊等装置，所述电机箱3的顶部转动连接有竖轴5，所述电机箱3的里侧连接有电机4，且所述电机4的输出轴与竖轴5的底端固定连接，所述竖轴5的外表面在竖直方向固定连接有上横臂6和下横臂10，所述上横臂6远离竖轴5的一端固定连接有上托盘7，所述上托盘7上放置有一个起参照作用的参照工件8，所述下横臂10远离竖轴5的一端固定连接有下托盘11，所述下托盘11上放置有加工工件12。所述上横臂6和下横臂10竖直对齐，且所述上托盘7、下托盘11和3D摄像装置2位于同一条竖直线上。所述输送机14与下横臂10处于同一水平高度，电机4的输出轴带动竖轴5旋转，竖轴5同时带动上横臂6和下横臂10水平旋转，当下横臂10旋转至图1所示横虚线位置时，输送机14将待加工的加工工件12输送到下托盘11上，随后电机逆向旋转，通过竖轴5同时带动上横臂6和下横臂10水平旋转至图1所示横实线位置，此时，3D摄像装置2可以无遮挡地采集参照工件8的三维坐标信息，由该信息可以计算求出加工工件12的三维坐标信息，机器人接收该信息后即可通过机械臂13准确抓取到加工工件12。

本实施例中，3D摄像装置2可对目标物品进行3D扫描成像，并对成像信息进行处理，以获取目标物品的三维坐标数据，进而对目标物品的定位，机器人即根据该定位数据控制机械臂抓取该位置物品。在固定成像眼看手系统中，当机械臂向该物品上方移动时，在没有移动到该物品正上方时就会挡住3D摄像装置2的扫描成像，即无法继续获知该物品的准确位置，导致机械臂在抓取时出现错误，本申请中，由于上托盘7与下托盘11在竖直方向完全对齐，即上托盘7和下托盘11之间仅在竖直高度存在固定差值，3D摄像装置2可以无遮挡地采集上托盘7上参照工件8的三维坐标信息，然后通过上托盘7与下托盘11之间的高度差来得出下托盘11的坐标数值，即可以实现：当机械臂13向下托盘11上方移动以抓取加工工件12时不会遮挡成像视场。

实施例二

如图1-3所示，本发明提出的一种基于遥操作视觉引导成像装置，包括固定架1和机械臂13以及固定连接在固定架1顶部下表面的3D摄像装置2，所述机械臂13与机器人连接，所述3D摄像装置2由摄像机、光照系统、图像采集卡组成，并外接计算机、视觉控制器，所述视觉控制器与光照系统结合，用于对光照进行调节，以获得更高质量的摄像扫描图像信息，3D摄像装置2通过摄像机扫描获取目标物品的图像视频信号，图像采集卡将摄像机拍摄的图像视频信号从摄像机上转存到计算机中，通过计算机对图像信息进行提取、处理并理解，最终用于机器人系统对目标实施测量、检测、识别与定位抓取等任务；还包括电机箱3和输送机14，输送机14可以为输送带、输送辊等装置，待加工工件12在输送机14上保持一定间距输送，该间距可通过多次实验和测量来得出。所述电机箱3的顶部转动连接有竖轴5，所述电机箱3的里侧连接有电机4，且所述电机4的输出轴与竖轴5的底端固定连接，所述竖轴5的外表面在竖直方向固定连接有上横臂6和下横臂10，所述上横臂6远离竖轴5的一端固定连接有上托盘7，所述上托盘7上放置有一个起参照作用的参照工件8，所述下横臂10远离竖轴5的一端固定连接有下托盘11，所述下托盘11上放置有加工工件12。所述上横臂6和下横臂10竖直对齐，且所述上托盘7、下托盘11和3D摄像装置2位于同一条竖直线上。所述输送机14与下横臂10处于同一水平高度，电机4的输出轴带动竖轴5旋转，竖轴5同时带动上横臂6和下横臂10水平旋转，当下横臂10旋转至图1所示横虚线位置时，输送机14将待加工的加工工件12输送到下托盘11上，随后电机逆向旋转，通过竖轴5同时带动上横臂6和下横臂10水平旋转至图1所示横实线位置，此时，3D摄像装置2可以无遮挡地采集参照工件8的三维坐标信息，由该信息可以计算求出加工工件12的三维坐标信息，机器人接收该信息后即可通过机械臂13准确抓取到加工工件12。

相较于实施例一，本实施例还包括：所述下托盘11内部以下托盘11的轴心为旋转轴环形开设有四个收纳腔19，每个所述收纳腔19内均设置有一个矫位楔块15，且多个所述矫位楔块15的顶端相对面均为弧面结构，该弧面结构可以对加工工件12起到导向作用。四个所述矫位楔块15的底端相对面之间固定连接有连接杆18，所述连接杆18呈十字形结构，所述连接杆18的底部固定连接有推拉杆17，所述下横臂10的下表面固定连接有气缸16，所述气缸16的活塞杆顶端与推拉杆17的底端固定连接。

本实施例中，当加工工件12从输送机14上落到下托盘11上时，有时并不能准确落到下托盘11的中心位置，容易出现抓取误差，通过矫位楔块15的向上移动，可以自动将加工工件12推到下托盘11的中间位置，便于机械臂13对加工工件12的抓取。具体的，气缸16的活塞杆带动推拉杆17上移时，推拉杆17通过连接杆18带动四个矫位楔块15同时上移，当加工工件12未落到中间位置时，加工工件12肯定有一部分是落在其中一个或多个矫位楔块15的弧面结构上的，当矫位楔块15上移时，加工工件12的该部分就会沿着弧面结构向下打滑，直至加工工件12平稳落到下托盘11的中间位置，然后气缸16的活塞杆可以带动矫位楔块15向下回落收纳在收纳腔19内。

上文中参照优选的实施例详细描述了本发明公开所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明公开理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明公开提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明公开的保护范围，本发明公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (8)

1.一种基于遥操作视觉引导成像装置，包括固定架（1）和机械臂（13）以及固定连接在固定架（1）顶部下表面的3D摄像装置（2），其特征在于：还包括电机箱（3）和输送机（14），所述电机箱（3）的顶部转动连接有竖轴（5），所述电机箱（3）的里侧连接有电机（4），且所述电机（4）的输出轴与竖轴（5）的底端固定连接，所述竖轴（5）的外表面在竖直方向固定连接有上横臂（6）和下横臂（10），所述上横臂（6）远离竖轴（5）的一端固定连接有上托盘（7），所述上托盘（7）上放置有参照工件（8），所述下横臂（10）远离竖轴（5）的一端固定连接有下托盘（11），所述下托盘（11）上放置有加工工件（12）。

2.根据权利要求1所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，所述上横臂（6）和下横臂（10）竖直对齐，且所述上托盘（7）、下托盘（11）和3D摄像装置（2）位于同一条竖直线上。

3.根据权利要求1所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，所述输送机（14）与下横臂（10）处于同一水平高度。

4.根据权利要求1所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，所述下托盘（11）内部开设有多个收纳腔（19），每个所述收纳腔（19）内均设置有一个矫位楔块（15），且多个所述矫位楔块（15）的顶端相对面均为弧面结构。

5.根据权利要求4所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，多个所述矫位楔块（15）的底端相对面之间固定连接有连接杆（18），所述连接杆（18）的底部固定连接有推拉杆（17），所述下横臂（10）的下表面固定连接有气缸（16），所述气缸（16）的活塞杆顶端与推拉杆（17）的底端固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，多个所述矫位楔块（15）以下托盘（11）的轴心呈环形分布。

7.根据权利要求1所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，所述3D摄像装置（2）由摄像机、光照系统、图像采集卡组成，并外接计算机、视觉控制器。

8.根据权利要求1所述的一种基于遥操作视觉引导成像装置，其特征在于，所述机械臂（13）与机器人连接。

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