CN114589696A - 一种基于机器视觉的捋线和检测机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，属于汽车线束制造加工领域，尤其涉及一种基于机器视觉的捋线和检测机器人。其特征在于：该机器人主要由机身、线束支撑架、捋线装置、机械臂装置四个部分构成；其中的机身由盖板、检测台丝杠副、底板、侧板四部分构成，捋线装置设置在侧板上，线束支撑架设置在底板上，机械臂装置的机械臂丝杠步进电机与机械臂装置丝杠连接，机械臂装置丝杠通过连接装置与凸轮机构连接，凸轮机构通过连接装置与机械爪装置连接；在侧板的圆孔处安装有工业相机。本发明的目的在于解决以往的线束检测多为人工操作，检测效率低、检测准确率低方面存在的问题。
Description
技术领域：
发明属于汽车线束制造加工领域，尤其涉及一种基于机器视觉的捋线和检测机器人。
背景技术：
在计算机技术与半导体技术的飞速发展下，汽车电子技术不断发展，因此汽车需要更多种类更多数量的线束，在现今社会，汽车越来越普及，因此线束的需求是非常庞大的。线束的绝缘层是非常重要的部件，它防止线束之间发生电磁干扰甚至短路。而在线束制造过程中，线束的绝缘层检测大部分是通过人眼进行检测，由于线束数量多而且很长，人工检测需要一边捋线一边靠眼睛观察线束的绝缘层，其效率以及检测准确率都很低，这将耗费大量的人力物力，造成严重的资源浪费。当今的线束制造商迫切需要一种自动化装置对线束进行绝缘层质量检测，而面对杂乱无章的长度很长且呈圆柱状的线束，其检测难度很大，需要一种既能捋线又能对圆柱状软体进行检测的自动化装置。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，其目的在于解决以往的线束检测多为人工操作，检测效率低、检测准确率低方面存在的问题。
技术方案：
一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：该机器人主要由机身、线束支撑架、捋线装置、机械臂装置四个部分构成；
其中的机身由盖板、检测台丝杠副、底板、侧板四部分构成，盖板和底板之间的一侧设置侧板，检测台丝杠副设置在盖板上；检测台丝杠副上设置有检测台丝杠，检测台丝杠的一端设有检测台步进电机；检测台丝杠上设有检测台丝杠螺母，检测台丝杠螺母与机械臂装置连接；
捋线装置设置在侧板上，捋线装置步进电机设置在上，捋线装置步进电机的输出轴与一个正反牙丝杠连接，正反牙丝杠通过连接装置与捋线装置舵机连接，捋线装置舵机与捋线轮连接；
线束支撑架设置在底板上，线束支撑架由线束支杆和线束支撑架支座构成；在侧板上设置有圆孔，线束支撑架支座与圆孔配合定位；
机械臂装置的机械臂丝杠步进电机与机械臂装置丝杠连接，机械臂装置丝杠通过连接装置与凸轮机构连接，凸轮机构通过连接装置与机械爪装置连接；
在侧板的圆孔处安装有工业相机。
优选的，该线束支撑架、捋线装置和机械臂装置设置为多组。
优选的，底板上设有V型槽。
优选的，侧板上设有横板，捋线装置设置在该横板上。
优选的，所述机械臂装置上的凸轮机构由机械臂推杆步进电机、凸轮和凸轮推杆、弹簧、凸轮支撑板、机械臂短六角铜柱构成；弹簧的两端分别焊接在凸轮推杆的末端以及凸轮支撑板上，保持凸轮推杆末端的触点始终在凸轮表面上；凸轮推杆首端安装机械爪装置；所述的凸轮机构通过的连接装置为四个机械臂长六角铜柱以及螺钉安装在机械臂丝杠螺母上。
优选的，所述的机械爪装置由一对齿轮、夹具舵机、一对夹具、一对连杆、夹具舵机支撑板、圆形铜柱和一对安装扣构成，夹具舵机设置在夹具舵机支撑板上，夹具舵机与一对齿轮连接，一对齿轮的另一端与一对夹具连接，一对夹具之间设有一对连杆。
优选的，所述的工业相机为OV2640相机，其分辨率的8位或10位的图像帧数据需要达到15fps。
优选的，所述的步进电机为110BYG350E步进电机，该电机能够保持25N·m 的转矩，转子惯量为20.8Kg·cm2，步距角为1.2°，响应频率为200KHz。
优选的，所述舵机为TBS2701舵机，舵机PWM脉宽调节角度，周期为20ms，占空比为0.5ms～2.5ms的脉宽电平对应舵机0～180度角度范围，且成线性关系；且该舵机控制精度可达3μs，在2000个脉冲范围内最小控制精度能达到0.27°，能够提供15N·m扭矩。
本发明具有以下有益效果：
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，能够同时对多根线束进行捋线和在线检测，该机器人通过工业相机对槽内线束端部的坐标、线束直径进行识别来控制多自由度机械臂把目标线束夹取到捋线口处，在捋线的同时，环形相机矩阵对线束四周表面进行质量检测，同时腾空的机械臂协助捋线动作。该技术方案能够完全替代人工操作，具有准确、效率高等特点。
附图说明：
图1是基于机器视觉的捋线和检测机器人整体结构图；
图2是基于机器视觉的捋线和检测机器人机身机构图；
图3是机器人机身的盖板结构图；
图4是机器人机身的检测台丝杠副结构图；
图5是机器人机身的底板结构图；
图6是机器人机身的侧板结构图；
图7是线束支撑架结构图；
图8是基于机器视觉的捋线和检测机器人捋线装置结构图；
图9是基于机器视觉的捋线和检测机器人机械臂装置结构图；
图10是机器人机械臂装置处机械爪装置结构图。
附图标记说明：1.机身、2.线束支撑架、3.捋线装置、4.机械臂装置、5. 盖板、6.检测台丝杠副、7.底板、8.侧板、9.V型滑轨、10.检测台轴承座、11. 检测台丝杠螺母、12.检测台丝杠、13.检测台丝杠六角铜柱、14.检测台步进电机、15.工业相机、16.V型槽、17.横板、18.环形工业相机阵列、19.线束支杆、 20.线束支撑架支座、21.正反牙丝杠、22.捋线装置丝杠螺母、23.捋线装置长六角铜柱、24.捋线轮、25.捋线舵机支撑板、26.捋线装置舵机、27.捋线装置短六角铜柱、28.捋线装置步进电机、29.捋线装置轴承座、30.机械臂装置轴承座、31.机械臂丝杠步进电机、32.机械臂短六角铜柱、33.机械臂长六角铜柱、 34.机械臂短六角铜柱、35.机械爪装置、36.凸轮推杆、37.凸轮支撑板、38.凸轮、39.弹簧、40.机械臂推杆步进电机、41.机械臂装置丝杠螺母、42.机械臂装置丝杠、43.左齿轮、44.左夹具、45.右夹具、46.连杆、47.右齿轮、48.圆形铜柱、49.夹具舵机、50.夹具舵机支撑板、51.安装扣。
具体实施方式：
一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，由机身1、线束支撑架2、捋线装置3、机械臂装置4四部分构成，如图1所示。其中机身1由盖板5、检测台丝杠副6、底板7、侧板8四部分构成，如图2所示。盖板5上设计有6个V型滑轨9，检测台丝杠副6由两个检测台轴承座10、六根检测台丝杠12、六个检测台丝杠螺母11、六个检测台步进电机14、以及24个检测台丝杠六角铜柱13构成，如图3、4所示。每个检测台步进电机14通过四个检测台丝杠六角铜柱13 安装在其中一个检测台轴承座10上，检测台步进电机14输出轴连接检测台丝杠12，检测台丝杠12的两端与两个检测台轴承座10的轴承过盈配合，检测台丝杠12上的检测台丝杠螺母11上部分有V型滑块，该滑块与盖板处的V型滑轨9进行配合，保证了检测台丝杠螺母11可以在丝杠机构传动下保持平行地面的滑动，同时V型结构可以减小摩擦磨损。底板7处设计有6个槽，用于放置待检测的线束，该槽的形状被设计成V型，方便机械爪的夹取动作，见图5所示。在每个槽的顶端安装有工业相机，用于识别槽内线束端部的坐标、线束直径，并把获取的信息传输给单片机，单片机控制机械臂的动作以及捋线装置的动作。侧板8的6个圆孔处安装有环形工业相机阵列18，用于检测线束绝缘层质量，如图6所示。侧板8上安装一个横板17，该横板17用于定位和固定捋线装置3。机身的四个部分均通过螺钉进行定位并固定。线束支撑架2一共有两个，安装在底板7上，用于支撑正在被捋线装置3处理的线束，让该线束局部保持水平状态，方便捋线并为后面的绝缘层检测提供较好的检测角度。
线束支撑架2由线束支杆19、线束支撑架支座20构成，如图7所示；线束支撑架支座20于底板7处圆孔进行配合定位。
捋线装置3由捋线装置轴承座29、正反牙丝杠21、捋线装置丝杠螺母22、捋线装置长六角铜柱23、捋线装置舵机26、捋线轮24、捋线装置短六角铜柱 27、捋线装置舵机26和捋线装置步进电机28构成，如图8所示。正反牙丝杠 21上安装有两个捋线装置丝杠螺母22，正反牙丝杠21在捋线装置步进电机28 的带动下推动两个捋线装置丝杠螺母22进行相对运动，正反牙丝杠21通过过盈配合安装在轴承座两端处的轴承上，捋线装置舵机26通过捋线装置长六角铜柱23以及螺钉安装在轴承座上。捋线装置舵机26的输出轴都安装有捋线轮24，捋线轮24具有高摩擦系数用于拉动线束。捋线装置3设置在捋线装置轴承座29 上，捋线装置轴承座29通过四个螺钉安装在机身的侧板8上。
机械臂装置如图9所示，由机械臂装置轴承座30、机械臂装置丝杠42、械臂装置丝杠螺母41、机械臂丝杠步进电机31、机械臂长六角铜柱33、机械爪装置35、凸轮支撑板37、凸轮机构、凸轮推杆36和弹簧39构成。机械臂装置丝杠42通过过盈配合安装在轴承座两端处的轴承上，机械臂丝杠步进电机31通过四个螺钉和机械臂短六角铜柱32安装在轴承座上，机械臂丝杠步进电机31 输出轴安装在机械臂装置丝杠42一端，带动机械臂装置丝杠42转动，使得械臂装置丝杠螺母41进行直线移动。凸轮机构由机械臂推杆步进电机40、凸轮 38和凸轮推杆36、弹簧39、凸轮支撑板37、机械臂短六角铜柱34构成，弹簧 39的两端分别焊接在凸轮推杆36的末端以及凸轮支撑板37上，用于保持凸轮推杆36末端的触点始终在凸轮38表面上，凸轮机构通过四个机械臂长六角铜柱33以及螺钉安装在机械臂丝杠螺母41上，凸轮推杆36首端安装机械爪装置 35。
机械爪装置由一对齿轮(左齿轮43、右齿轮47)、夹具舵机49、一对夹具 (左夹具44、右夹具45)、一对连杆46、夹具舵机支撑板50、圆形铜柱48、一对安装扣51构成，见图10所示。夹具舵机49输出轴带动其中一个齿轮，从而带动两个夹具进行夹取动作。夹具舵机49通过圆形铜柱螺钉安装在夹具舵机支撑板50上。一对安装扣51将机械爪装置安装在凸轮机构推杆的首端。在检测台丝杠12、机械臂装置丝杠42、凸轮机构的综合带动下，机械爪可以在三维空间进行自由移动。
所述工业相机为OV2640相机，OV2640具有体积小、工作电压低、兼容I2C 总线接口等特点。通过SCCB总线控制，支持RawRGB、RGB(GRB4:2:2、 RGB565/555/444)、YUV(4:2:2)和YCbCr(4:2:2)输出格式，可以输出整帧、二次转换分辨率、取特定区域等方式的各种分辨率的8位或10位的图像帧数据，UXGA (1632×1232)图像最高达到15fps。可以选择不同图像质量、数据格式，而且，OV2640的高灵敏度适合低照度环境。
所述环形相机阵列为六个OV2640相机构成的圆周相机阵列，该相机阵列提供了非常好的圆柱区域曝光条件，可以对圆柱型物体表面进行无死角精准检测。
所述步进电机采用110BYG350E步进电机，该电机能够保持25N·m的转矩，转子惯量为20.8Kg·cm2，步距角为1.2°。使用温度为0～50°，响应频率为 200KHz。
所述舵机为TBS2701舵机，舵机PWM脉宽调节角度，周期为20ms，占空比为0.5ms～2.5ms的脉宽电平对应舵机0～180度角度范围，且成线性关系。该舵机控制精度可达3μs，在2000个脉冲范围内最小控制精度能达到0.27°。同时，该舵机能够提供15N·m扭矩。
单片机与电机的控制部分为常规的现有技术，在此不做赘述。
在汽车线束制造加工领域，该机器人能够对大量的汽车线束进行捋线和检测。在生产线中，复杂凌乱的线束被放置在该机器人的底板7的六个槽内，机器人底板处的工业相机识别并获取槽内线束端部坐标以及线束的直径，并将这些信息反馈给单片机，单片机通过工业相机反馈的线束端部坐标控制检测台丝杠副以及机械臂装置电机的运转，使机械爪能够快速准确夹取线束的最佳位置，该最佳位置处于线束端部的某个距离的区域，在该区域夹取的线束的前部分能够保持一定刚性，方便后面的捋线动作以及提供一个良好的检测姿势。同时，单片机依据工业相机获取的线束直径，控制机械爪部分的舵机精准转动，保证机械爪能够抓牢线束，并不损坏线束。当该线束到达捋线区域时，单片机依据线束的直径信息控制捋线装置的丝杠副进行精准传动，使两个捋线轮相互移动，以形成一个最佳的捋线距离，在该距离的夹持下，线束表面不会收到影响，同时通过摩擦力，捋线轮拉动线束进行移动，两个线束支架保证在捋线过程以及线束绝缘层检测过程中的线束段能够保持水平状态。线束绝缘层检测区域处于机身侧板的圆孔处，该圆柱区域内嵌有环形工业相机阵列，该相机阵列可以精准检测圆柱状的物体表面缺陷。机器人一共有六个工位，每个工位都是独立运行的，可以保证高效率的工作，由于机器人多自由度控制，机器人可以同时处理不同型号的线束，极大提高了线束检测的效率，同时配合线束制造生产线，可以实现线束制造完全自动化。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：该机器人主要由机身(1)、线束支撑架(2)、捋线装置(3)、机械臂装置(4)四个部分构成；
其中的机身(1)由盖板(5)、检测台丝杠副(6)、底板(7)、侧板(8)四部分构成，盖板(5)和底板(7)之间的一侧设置侧板(8)，检测台丝杠副(6)设置在盖板(5)上；检测台丝杠副(6)上设置有检测台丝杠(12)，检测台丝杠(12)的一端设有检测台步进电机(14)；检测台丝杠(12)上设有检测台丝杠螺母(11)，检测台丝杠螺母(11)与机械臂装置(4)连接；
捋线装置(3)设置在侧板(8)上，捋线装置步进电机(28)设置在捋线装置轴承座(29)一端上，捋线装置步进电机(28)的输出轴与一个正反牙丝杠(21)连接，正反牙丝杠(21)通过连接装置与捋线装置舵机(26)连接，捋线装置舵机(26)与捋线轮(24)连接；
线束支撑架(2)设置在底板(7)上，线束支撑架(2)由线束支杆(19)和线束支撑架支座(20)构成；在底板(7)上设置有圆孔，线束支撑架支座(20)与圆孔配合定位；
机械臂装置(4)的机械臂丝杠步进电机(31)与机械臂装置丝杠(42)连接，机械臂装置丝杠(42)通过连接装置与凸轮机构连接，凸轮机构通过连接装置与机械爪装置(35)连接；
在侧板(8)的圆孔处安装有工业相机(15)。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：该线束支撑架(2)、捋线装置(3)和机械臂装置(4)和检测台丝杠副(6)设置为多组。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：底板(7)上设有V型槽(16)。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：侧板(8)上设有横板(17)，捋线装置(3)设置在该横板(17)上。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：所述机械臂装置(4)上的凸轮机构由机械臂推杆步进电机(40)、凸轮(38)和凸轮推杆(36)、弹簧(39)、凸轮支撑板(37)、机械臂短六角铜柱(34)构成；弹簧(39)的两端分别焊接在凸轮推杆(36)的末端以及凸轮支撑板(37)上，保持凸轮推杆(36)末端的触点始终在凸轮(38)表面上；凸轮推杆(36)首端安装机械爪装置(35)；所述的凸轮机构通过的连接装置为四个机械臂长六角铜柱(33)以及螺钉安装在机械臂丝杠螺母(41)上。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：所述的机械爪装置由一对齿轮、夹具舵机(49)、一对夹具、一对连杆(46)、夹具舵机支撑板(50)、圆形铜柱(48)和一对安装扣(51)构成，夹具舵机(49)设置在夹具舵机支撑板(50)上，夹具舵机(49)与一对齿轮连接，一对齿轮的另一端与一对夹具连接，一对夹具之间设有一对连杆(46)。
7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：所述的工业相机为OV2640相机，其分辨率的8位或10位的图像帧数据需要达到15fps。
8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：所述的步进电机为110BYG350E步进电机，该电机能够保持25N·m的转矩，转子惯量为20.8Kg·cm2，步距角为1.2°，响应频率为200KHz。
9.根据权利要求1所述的基于机器视觉的捋线和检测机器人，其特征在于：所述舵机为TBS2701舵机，舵机PWM脉宽调节角度，周期为20ms，占空比为0.5ms～2.5ms的脉宽电平对应舵机0～180度角度范围，且成线性关系；且该舵机控制精度可达3μs，在2000个脉冲范围内最小控制精度能达到0.27°，能够提供15N·m扭矩。
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|---|
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Also Published As
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