CN114559469A - 基于机器视觉的机械臂控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于机器视觉的机械臂控制装置，包括立柱、Y轴位移机构、Z轴位移机构、图像采集组件和无线控制端，所述立柱的顶部前端与Y轴位移机构的后端固定安装。本发明的图像采集组件能跟随物料同步向前端位移，并不断沿Z轴位移机构调整采集高度，以将物料的宽度范围均在采集端头的拍摄范围内，在采集过程中跟随物料位移一定范围，能极大地避免图像信息被拉伸的问题，并且利用磁斥力将对收缩的透明玻罩进行缓冲，从而防止透明玻罩因受到较大应力而发生损坏，影响图像采集效果的问题，同时，还能利用伸出清洁软丝和高速气流将脏污去除，以提升图像采集的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域，具体为基于机器视觉的机械臂控制装置。
背景技术
机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断工作，机器视觉系统是通过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息。根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像系统来抽取目标的特征，进而根据判别的结果，来控制现场的设备动作。
现有技术中，如中国专利号为：CN 113246115 A的“一种基于机器视觉技术的工业机械手及其控制方法”，包括：活动组件、吸合板以及若干个抓取组件，活动组件包括转动机构，转动机构顶部设置有支撑架，支撑架一侧固定连接有滑架，滑架一侧活动连接有第一滑动机构，第一滑动机构一侧活动连接有第二滑动机构，第二滑动机构一端底部配合连接有吸合板，吸合板底部中间位置设置有第一探头，吸合板底部阵列设置有若干个吸盘，至少一个吸盘上设置有抓取组件，通过转动机构与第一滑动机构、第二滑动机构配合实现抓取组件的广角移动，同时通过第一滑动机构与第二滑动机构进行竖直方向的滑动，进行控制机械手的抓取高度，从而实现机械手抓取移动、码垛等多功能，使用灵活性较高。
但现有技术在实际使用过程中，需要图像采集的物料均在流水生产线的运输装置上，实时处于位移的过程中，根据不同物料的尺寸差异，图像采集装置定点安装时，对尺寸较大的物料连续摄像时，将因两者相对位移而使得将图像信息被拉伸，从而具有较大的误差，并且跟随机械手的运动的机器视觉系统，极易因机械手的搬运活动而发生碰撞损坏的问题。
所以我们提出了基于机器视觉的机械臂控制装置，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于机器视觉的机械臂控制装置，以解决上述背景技术提出的需要图像采集的物料均在流水生产线的运输装置上，实时处于位移的过程中，根据不同物料的尺寸差异，图像采集装置定点安装时，对尺寸较大的物料连续摄像时，将因两者相对位移而使得将图像信息被拉伸，从而具有较大的误差，并且跟随机械手的运动的机器视觉系统，极易因机械手的搬运活动而发生碰撞损坏的问题的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于机器视觉的机械臂控制装置，包括立柱、Y轴位移机构、Z轴位移机构、图像采集组件和无线控制端，所述立柱的顶部前端与Y轴位移机构的后端固定安装，且Y轴位移机构的前端与Z轴位移机构的后端活动安装，所述Z轴位移机构的前端与图像采集组件的后端活动安装，且Z轴位移机构的底部与无线控制端的外侧顶部固定安装，所述无线控制端的前端通过导线与图像采集组件的后端活动连接，且无线控制端与机械臂信号连接，所述图像采集组件包括包围件，所述包围件的内侧固定安装有采集端头，所述包围件包括主壳、套环和透明玻罩，所述透明玻罩的外侧通过套环与主壳的一端内侧活动卡接，所述主壳的后端内侧设置有安装槽，所述采集端头的外侧与安装槽的内侧固定卡接，所述主壳的一端均匀固定卡接有多个磁块a，所述套环的一端均匀固定安装卡接有多个磁块b，所述磁块a与磁块b同极对向安装，且磁块a和磁块b的外侧均固定套接有软胶套。
优选的，所述主壳的外侧贯穿开设有气孔，且气孔的内侧活动安装有清洁软丝，所述清洁软丝的一端固定连接有滑块，且滑块的外侧与气孔的内侧滑动安装，所述气孔的一端相连通有导气管。
优选的，所述气孔的顶部贯穿开设有分流孔，且气孔的底端一体成型有限位块。
优选的，所述滑块的后端活动连接有弹力索，且弹力索的后端与气孔的内侧固定安装。
优选的，所述图像采集组件还包括安装板a、安装板b和偏转电机b，所述包围件的后端活动安装有支撑板，且支撑板的后端活动安装有偏转件，所述偏转件的后端活动连接有偏转电机a，且偏转电机a的底部与安装板a的顶部固定安装，所述安装板a的底部通过偏转电机b与安装板b的顶部外侧活动安装。
优选的，所述Y轴位移机构包括横板和传动带，所述横板的一端活动安装有从动轮，且横板的另一端活动安装有主动轮，所述从动轮的外侧通过传动带与主动轮的外侧活动连接，且主动轮的一端活动安装有驱动电机a，所述横板的前端固定安装有导轨。
优选的，所述Z轴位移机构包括竖板、限位块和安装板，所述竖板的后端固定安装有卡块，且卡块的后端与导轨的外侧活动卡接，所述竖板的后端与传动带的外侧活动安装，所述竖板的前端固定安装有限位轨，且限位轨的前端通过限位块与安装板的后端活动安装，所述安装板的前端与图像采集组件的底部固定安装。
优选的，所述Z轴位移机构还包括驱动电机b、丝杆和螺纹管，所述驱动电机b的底部与丝杆的顶部活动安装，所述丝杆的底部通过螺纹管与安装板的后端活动安装。
优选的，所述竖板的底部焊接有安装架，且安装架的内侧与无线控制端的外侧固定卡接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过Y轴位移机构、Z轴位移机构、图像采集组件和无线控制端的设置，实现了当物料沿运输路径到达图像采集组件正下方后，图像采集组件将跟随物料同步向前端位移，并不断沿Z轴位移机构调整采集高度，以将物料的宽度范围均在采集端头的拍摄范围内，图像采集组件确定物料尺寸后，通过无线控制端将物料信息传输至机械手，以供机械手快速调整其搬运形态，在采集过程中跟随物料位移一定范围，能极大地避免图像信息被拉伸的问题；
2、通过包围件的设置，实现了因包围件的透明玻罩与主壳之间具有一定可供收缩的空腔，利用磁斥力将对收缩的透明玻罩进行缓冲，从而防止透明玻罩因受到较大应力而发生损坏，影响图像采集效果的问题；
3、通过包围件的设置，实现了当导气管内通入高速气流后，气流会将气孔内额滑块向气孔外侧推动，并开启分流孔，高速气流可通过分流孔快速导出并吹至透明玻罩的表面，以快速取出透明玻罩在寒冷环境下的结霜或雾气，还能辅助伸出清洁软丝将脏污去除，以提升图像采集的精准度。
附图说明
图1为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置Y轴位移机构的立体图；
图2为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置Z轴位移机构的立体图；
图3为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置的结构立体图；
图4为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置图像采集组件的结构立体图；
图5为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置图像采集组件后端的结构示意图；
图6为本发明基于机器视觉的机械臂控制装置包围件的结构示意图；
图7为图6中的A处放大示意图；
图8为图6中的B处放大示意图。
图中：
1、立柱；2、Y轴位移机构；3、Z轴位移机构；4、图像采集组件；5、无线控制端；46、包围件；47、采集端头；466、主壳；462、套环；461、透明玻罩；460、安装槽；464、磁块a；463、磁块b；465、软胶套；4660、气孔；4661、清洁软丝；4664、滑块；4665、导气管；4662、分流孔；4666、限位块；4663、弹力索；41、安装板a；40、安装板b；42、偏转电机b；45、支撑板；44、偏转件；43、偏转电机a；20、横板；24、传动带；23、从动轮；25、主动轮；26、驱动电机a；21、导轨；30、竖板；37、限位块；36、安装板；32、卡块；37、限位轨；31、驱动电机b；34、丝杆；35、螺纹管；38、安装架。
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，所描述的实施条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做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。
请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：基于机器视觉的机械臂控制装置，包括立柱1、Y轴位移机构2、Z轴位移机构3、图像采集组件4和无线控制端5，立柱1的顶部前端与Y轴位移机构2的后端固定安装，且Y轴位移机构2的前端与Z轴位移机构3的后端活动安装，Z轴位移机构3的前端与图像采集组件4的后端活动安装，且Z轴位移机构3的底部与无线控制端5的外侧顶部固定安装，无线控制端5的前端通过导线与图像采集组件4的后端活动连接，且无线控制端5与机械臂信号连接，图像采集组件4包括包围件46，包围件46的内侧固定安装有采集端头47，包围件46包括主壳466、套环462和透明玻罩461，透明玻罩461的外侧通过套环462与主壳466的一端内侧活动卡接，主壳466的后端内侧设置有安装槽460，采集端头47的外侧与安装槽460的内侧固定卡接，主壳466的一端均匀固定卡接有多个磁块a464，套环462的一端均匀固定安装卡接有多个磁块b463，磁块a464与磁块b463同极对向安装，且磁块a464和磁块b463的外侧均固定套接有软胶套465；将本装置安装在需机械手搬运的物料的运输路径前端一侧，当物料跟随运输线达到运输路径的目标采集位置时，将受到预先安装的红外感应器探测到，从而使得图像采集组件4能跟随Y轴位移机构2向物料靠近位移，并跟随Z轴位移机构3调整其拍摄高度，当物料沿运输路径到达图像采集组件4正下方后，图像采集组件4将跟随物料同步向前端位移，并不断沿Z轴位移机构3调整采集高度，以将物料的宽度范围均在采集端头47的拍摄范围内，图像采集组件4确定物料尺寸后，通过无线控制端5将物料信息传输至机械手，以供机械手快速调整其搬运形态，当图像采集组件4的前端受到刮擦或碰撞时，因包围件46的透明玻罩461与主壳466之间具有一定可供收缩的空腔，且在套环462后端安装有磁块b463，在主壳466的前端固定安装有磁块a464，因两者之间的磁斥力将对收缩的透明玻罩461进行缓冲，从而防止透明玻罩461因受到较大应力而发生损坏，影响图像采集效果的问题，在外应力接触后，还可通过磁斥力将透明玻罩461顶出，回到初始位置。
如图7和图8所示，主壳466的外侧贯穿开设有气孔4660，且气孔4660的内侧活动安装有清洁软丝4661，清洁软丝4661的一端固定连接有滑块4664，且滑块4664的外侧与气孔4660的内侧滑动安装，气孔4660的一端相连通有导气管4665，当导气管4665内通入高速气流后，气流会将气孔4660内额滑块4664向气孔外侧推动，从而使得伸出的清洁软丝4661在透明玻罩461前端表面进行快速刮擦，从而将透明玻罩461表面粘接的脏污快速去除，以提升图像采集的精准度。
如图7所示，气孔4660的顶部贯穿开设有分流孔4662，且气孔4660的底端一体成型有限位块4666，当滑块4664沿气孔4660向前端滑动后，将开启分流孔4622，高速气流可通过分流孔4622快速导出并吹至透明玻罩461的表面，以快速取出透明玻罩461在寒冷环境下的结霜或雾气，还能辅助清洁软丝4661将脏污吹除，使得本装置能符合寒冷环境下的正常使用。
如图8所示，滑块4664的后端活动连接有弹力索4663，且弹力索4663的后端与气孔4660的内侧固定安装，当高速气流结束通入后，滑块4664将受到恢复弹性形变的弹力索4663的拉动，而快速回到气孔4660内的初始位置，从而将清洁软丝4661收缩回。
如图4和图5所示，图像采集组件4还包括安装板a41、安装板b40和偏转电机b42，包围件46的后端活动安装有支撑板45，且支撑板45的后端活动安装有偏转件44，偏转件44的后端活动连接有偏转电机a43，且偏转电机a43的底部与安装板a41的顶部固定安装，安装板a41的底部通过偏转电机b42与安装板b40的顶部外侧活动安装，图像采集组件4可受到偏转电机a43控制的偏转件44控制发生一定范围内的偏转，也可跟随受到偏转电机b42控制的安装板a41发生偏转，从而实现采集图像时的微调操作，使得物料图像的精准采集。
如图1和图3所示，Y轴位移机构2包括横板20和传动带24，横板20的一端活动安装有从动轮23，且横板20的另一端活动安装有主动轮25，从动轮23的外侧通过传动带24与主动轮25的外侧活动连接，且主动轮25的一端活动安装有驱动电机a26，横板20的前端固定安装有导轨21，驱动电机a26带动主动轮25发生旋转时，主动轮25将通过传动带24而带动其前端的Z轴位移机构3及其前端的图像采集组件4能实现沿Y轴的位移。
如图2和图3所示，Z轴位移机构3包括竖板30、限位块37和安装板36，竖板30的后端固定安装有卡块32，且卡块32的后端与导轨21的外侧活动卡接，竖板30的后端与传动带24的外侧活动安装，竖板30的前端固定安装有限位轨37，且限位轨37的前端通过限位块37与安装板36的后端活动安装，安装板36的前端与图像采集组件4的底部固定安装，竖板30后端的卡块32与导轨21滑动安装，从而对Y轴位移进行限位，而竖板30前端的限位轨37为安装板36在Z轴方向位移时提供限位导向。
如图2所示，Z轴位移机构3还包括驱动电机b31、丝杆34和螺纹管35，驱动电机b31的底部与丝杆34的顶部活动安装，丝杆34的底部通过螺纹管35与安装板36的后端活动安装，驱动电机b31通过转动丝杆34，而使得丝杆34外侧螺纹连接的螺纹管35及其前端的安装板36能进行Z轴方向的位移，从而带动安装板36底部的图像采集组件4的高度调整。
如图2和图3所示，竖板30的底部焊接有安装架38，且安装架38的内侧与无线控制端5的外侧固定卡接，可快速拆卸、维护无线控制端5，而无线控制端5用于将图像采集组件4所采集到的物料尺寸信息，通过无线信号传输至前端的机械手中，以供机械手实时调整抓取形态。
本装置的使用方法及工作原理：当物料跟随运输线达到运输路径的目标采集位置时，将受到预先安装的红外感应器探测到，从而使得图像采集组件4能跟随Y轴位移机构2向物料靠近位移，并跟随Z轴位移机构3调整其拍摄高度，当物料沿运输路径到达图像采集组件4正下方后，主动轮25将通过传动带24而带动其前端的Z轴位移机构3及其前端的图像采集组件4能实现沿Y轴的位移，图像采集组件4将跟随物料同步向前端位移；同时，驱动电机b31通过转动丝杆34，而使得丝杆34外侧螺纹连接的螺纹管35及其前端的安装板36能进行Z轴方向的位移，从而带动安装板36底部的图像采集组件4的高度调整，以将物料的宽度范围均在采集端头47的拍摄范围内，图像采集组件4确定物料尺寸后，通过无线控制端5将物料信息传输至机械手，以供机械手快速调整其搬运形态。当图像采集组件4的前端受到刮擦或碰撞时，因包围件46的透明玻罩461与主壳466之间具有一定可供收缩的空腔，且在套环462后端安装有磁块b463，在主壳466的前端固定安装有磁块a464，因两者之间的磁斥力将对收缩的透明玻罩461进行缓冲，从而防止透明玻罩461因受到较大应力而发生损坏，影响图像采集效果的问题，并且当导气管4665内通入高速气流后，气流会将气孔4660内额滑块4664向气孔外侧推动，从而使得伸出的清洁软丝4661在透明玻罩461前端表面进行快速刮擦，从而将透明玻罩461表面粘接的脏污快速去除，以提升图像采集的精准度。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (9)
1.基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于，包括立柱(1)、Y轴位移机构(2)、Z轴位移机构(3)、图像采集组件(4)和无线控制端(5)，所述立柱(1)的顶部前端与Y轴位移机构(2)的后端固定安装，且Y轴位移机构(2)的前端与Z轴位移机构(3)的后端活动安装，所述Z轴位移机构(3)的前端与图像采集组件(4)的后端活动安装，且Z轴位移机构(3)的底部与无线控制端(5)的外侧顶部固定安装，所述无线控制端(5)的前端通过导线与图像采集组件(4)的后端活动连接，且无线控制端(5)与机械臂信号连接，所述图像采集组件(4)包括包围件(46)，所述包围件(46)的内侧固定安装有采集端头(47)，所述包围件(46)包括主壳(466)、套环(462)和透明玻罩(461)，所述透明玻罩(461)的外侧通过套环(462)与主壳(466)的一端内侧活动卡接，所述主壳(466)的后端内侧设置有安装槽(460)，所述采集端头(47)的外侧与安装槽(460)的内侧固定卡接，所述主壳(466)的一端均匀固定卡接有多个磁块a(464)，所述套环(462)的一端均匀固定安装卡接有多个磁块b(463)，所述磁块a(464)与磁块b(463)同极对向安装，且磁块a(464)和磁块b(463)的外侧均固定套接有软胶套(465)。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述主壳(466)的外侧贯穿开设有气孔(4660)，且气孔(4660)的内侧活动安装有清洁软丝(4661)，所述清洁软丝(4661)的一端固定连接有滑块(4664)，且滑块(4664)的外侧与气孔(4660)的内侧滑动安装，所述气孔(4660)的一端相连通有导气管(4665)。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述气孔(4660)的顶部贯穿开设有分流孔(4662)，且气孔(4660)的底端一体成型有限位块(4666)。
4.根据权利要求2所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述滑块(4664)的后端活动连接有弹力索(4663)，且弹力索(4663)的后端与气孔(4660)的内侧固定安装。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述图像采集组件(4)还包括安装板a(41)、安装板b(40)和偏转电机b(42)，所述包围件(46)的后端活动安装有支撑板(45)，且支撑板(45)的后端活动安装有偏转件(44)，所述偏转件(44)的后端活动连接有偏转电机a(43)，且偏转电机a(43)的底部与安装板a(41)的顶部固定安装，所述安装板a(41)的底部通过偏转电机b(42)与安装板b(40)的顶部外侧活动安装。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述Y轴位移机构(2)包括横板(20)和传动带(24)，所述横板(20)的一端活动安装有从动轮(23)，且横板(20)的另一端活动安装有主动轮(25)，所述从动轮(23)的外侧通过传动带(24)与主动轮(25)的外侧活动连接，且主动轮(25)的一端活动安装有驱动电机a(26)，所述横板(20)的前端固定安装有导轨(21)。
7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述Z轴位移机构(3)包括竖板(30)、限位块(37)和安装板(36)，所述竖板(30)的后端固定安装有卡块(32)，且卡块(32)的后端与导轨(21)的外侧活动卡接，所述竖板(30)的后端与传动带(24)的外侧活动安装，所述竖板(30)的前端固定安装有限位轨(37)，且限位轨(37)的前端通过限位块(37)与安装板(36)的后端活动安装，所述安装板(36)的前端与图像采集组件(4)的底部固定安装。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述Z轴位移机构(3)还包括驱动电机b(31)、丝杆(34)和螺纹管(35)，所述驱动电机b(31)的底部与丝杆(34)的顶部活动安装，所述丝杆(34)的底部通过螺纹管(35)与安装板(36)的后端活动安装。
9.根据权利要求7所述的基于机器视觉的机械臂控制装置，其特征在于：所述竖板(30)的底部焊接有安装架(38)，且安装架(38)的内侧与无线控制端(5)的外侧固定卡接。
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