CN114619464A - 一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明专利公开了一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置，由智能传送控制系统、机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。针对传送带上快速输送的被加工物体，设计对被加工物体成像的机器视觉装置确定坐标信息、智能传输控制系统控制传送带启停和变速将被加工物体送到指定位置，定位机构将被加工物体固定，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，实现在线、快速、自适应智能生产。
Description
技术领域
本发明属于机器视觉、人工智能和智能制造技术领域。
背景技术
在流水线上对不同型号的被加工物体实现柔性生产是制造也从自动化向智能化转型的关键。对于鞋类产品的生产，由于尺码型号不一样，要使机器人能在流水线上对不同尺码的鞋自动加工处理，同时又要保证生产节拍，已经成为业界的难题。目前的实现方法是在流水线上，鞋底与鞋面分开在两个传送带上分别处理，鞋底在运动中用线激光相机扫描，机器人喷涂鞋底后，再把鞋底和鞋面放在一起。这个方法只能完成对鞋底单一工艺的加工处理，在鞋底需要喷涂多种处理剂时，这种方法就无法实现，另外，由于鞋底处理与鞋面分开在两条传送带上处理，造成生产节拍时间的增加和成本的增加。
另外一种用托盘搬运被加工物体的方案，为防止物体在传送带运动中移动，而导致机器人无法准确加工处理，在托盘上设计夹紧机构夹住被加工物体。这种方案增加了流水线上下被加工物体的工作量。
发明内容
本发明专利公开了一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置，由智能传送控制系统、机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。针对传送带上快速输送的被加工物体，无需增加夹紧机构夹住被加工物体，本专利设计了对被加工物体成像的机器视觉装置确定坐标信息、智能传输控制系统控制传送带启停和变速将被加工物体送到指定位置，定位机构将被加工物体固定，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，实现了在一条流水线上针对不同被加工物体的快速自适应智能生产，且不用为被加工物体设计额外的夹具进行固定。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置，由智能传送控制系统，机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。
针对传送带上快速输送的各种不同尺寸的被加工物体，设计对被加工物体成像的机器视觉装置确定坐标信息、智能传输控制系统控制传送带启停和变速将被加工物体送到指定位置，定位机构将被加工物体固定，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，对不同尺寸的被加工物体可实现在线、快速、自适应智能生产。
该发明专利装置还包括以下步骤：
步骤1、事先标定视觉装置工位与机器人加工处理工位的坐标系；
步骤2、智能传输控制系统感知被加工物体到视觉装置工位，阻挡被加工物体停止，启动定位机构固定被加工物体；
步骤3、视觉装置对被加工物体成像，采集图像数据，生成被加工物体的坐标信息；
步骤4、智能传输控制系统控制传送带速度，在保持被加工物体相对位置稳定不变化的条件下，将被加工物体传送到机器人控制系统的机器人加工处理工位，启动定位机构固定被加工物体；
步骤5、机器人控制系统根据视觉装置生成的被加工物体的坐标信息生成机器人工作处理运动轨迹信息，控制机器人对被加工物体进行加工处理；
步骤6、重复步骤2，直到批量成产完成。
为保证机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，当被加工物体在视觉装置工位成像后，通过流水线输送到机器人加工处理工位时，机器人看到的被加工物体的坐标信息与在视觉装置工位一致，需要事先在视觉装置工位和机器人加工处理工位进行坐标标定。该标定方法进一步由如下步骤实现
步骤1、在被加工物体上做标记，在视觉装置工位对标记成像，生成坐标信息；
步骤2、在机器人加工处理工位，对步骤1被加工物体上做标记的点，用机器人做实际的对准标定坐标。
由于要保证被加工物体从视觉装置工位经传送带运动到机器人加工处理工位，且保证被加工物体在运动中保持位置不变，本专利设计了智能传送控制系统，该系统组成由：1)传感器；2)流水线阻挡器；3)控制传送带速度的电机系统；4)视觉装置工位定位机构；5)机器人加工处理工位定位机构。该系统工作原理包括以下步骤：
步骤1、传感器检测到传送带上接近的被加工物体；
步骤2、智能传送控制系统打开阻挡器，使被加工物体停止运动，定位机构将被加工物体固定，向成像装置成像发送拍照指令；
步骤3、成像装置成像并采集被加工物体的图像，生成坐标信息；
步骤4、关闭定位机构和阻挡器，被加工物体在传送带上运动；
步骤5、控制传送带电机减速，直到被加工物体抵达机器人加工处理工位且位置稳定无变化，控制定位机构固定被加工物体；
步骤6、通知机器人控制系统对被加工物体加工处理。
较佳地，传感器为接近传感器；
较佳地，传感器为光电传感器；
较佳地，传感器为读被加工物体上的二维码传感器。
更进一步，要使被加工物体在从视觉装置工位流向机器人加工处理工位时，机器人可以准确地工作，需要视觉装置工位定位机构与机器人加工处理工位定位机构采用同一设计，且事先标定视觉装置定位机构和机器人加工处理定位机构在各自工位的坐标位置一致。
较佳地，定位机构的设计方法至少包含一种顶升机构，使被加工物体脱离传输带。
较佳地，为保证在机器人加工处理工位保持被加工物体相对位置稳定不变化，被加工物体包含但不仅限于一个可以在传送带上运动的托盘，托盘与定位机构之间设计相互紧扣的机构。定位机构与被加工物体托盘之间设计精确的定位孔和定位销。
机器视觉装置在接收到智能传输控制系统的拍照指令后，对被加工物体成像，采集并生成被加工物体的坐标信息包含但不仅限于：1) 2D坐标信息；2)3D点云坐标信息。
更进一步，机器人控制系统在接收到视觉装置工位传送的被加工物体的坐标信息后，生成机器人运动轨迹，将机器人运动轨迹发送给机器人，完成对被加工物体的加工处理。
较佳地，为实现对被加工物体不同部位不同加工工艺的要求，视觉装置在采集被加工物体图像时，可以识别出被加工物体所需要做的不同工艺处理的部位并生成坐标信息，机器人控制系统可以按照对被加工物体不同部位的工艺处理要求自动进行加工工作。
附图说明
图1所示为本发明专利的原理示意图
图2所示为本专利处理流程实施例
图3所示为本专利制鞋智能线实施例
具体实施方式
本发明专利的思路是：一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置，由智能传送控制系统、机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。针对传送带上快速输送的被加工物体，无需增加夹紧机构夹住被加工物体，本专利设计了对被加工物体成像的机器视觉装置确定坐标信息、智能传输控制系统控制传送带启停和变速将被加工物体送到指定位置，定位机构将被加工物体固定，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，实现了在一条流水线上针对不同被加工物体的快速自适应智能生产。
图1所示为本发明专利的原理示意图
本专利包括：由智能传送控制系统、机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。
101、机器视觉装置，由2D工业相机或3D工业相机与计算系统组成，工业相机负责采集被加工物体的2D或3D点云坐标信息，计算机系统对坐标信息进行提取处理，生成适合机器人轨迹生成的坐标点；
102、定位机构，为了固定被加工物体，视觉装置工位定位机构与机器人加工处理工位定位机构采用同一设计，且事先标定视觉装置定位机构和机器人加工处理定位机构在各自工位的坐标位置一致，定位机构可采用顶升设计使被加工物体脱离传送带，从而不受传送带的干扰，保持位置坐标不变；
103、智能传输控制系统，由以下5部分组成：1)传感器，检测传送带上是否有被加工物体接近视觉装置工位，如果有，则通知智能传输控制系统开启阻挡器，2)流水线阻挡器，启动阻挡器将被加工物体停留在视觉装置工位；3)视觉装置工位定位机构，将被加工物体固定在视觉装置工位，智能传输控制系统发指令给视觉装置拍照采集；4)控制传送带速度的电机系统，自适应控制传送带电机速度，将视觉装置工位成像完成的被加工物体在传送带上均匀减速送到机器人加工处理工位，且保证被加工物体的相对位置坐标不会因随传送带运动而产生变化；5)机器人加工处理工位定位机构，将被加工物体固定在机器人加工处理工位，并保持被加工物体的相对坐标不变；
104、机器人控制系统，在接收到视觉装置工位传送的被加工物体的坐标信息后，生成机器人运动轨迹，将机器人运动轨迹发送给机器人，完成对被加工物体的加工处理。
图2所示为本专利处理流程实施例
本专利实在流水线传送带上对不同尺寸的被加工物体进行坐标生成并自动完成加工处理。主要工作处理流程如下：
201、在批量生产前，事先标定视觉装置工位和机器人加工处理工位的坐标，使两个工位的坐标系相同，保证视觉装置工位对被加工物体成像生成的坐标与机器人加工处理工位的坐标一致；
202、传感器在智能传输控制系统监听下，感知被加工物体到视觉装置工位，阻挡被加工物体停止；
203、智能传输控制系统启动定位机构固定被加工物体；
204、视觉装置对被加工物体成像，采集图像数据，生成被加工物体的坐标信息；
205、智能传输控制系统控制传送带速度，在保持被加工物体相对位置稳定不变化的条件下，将被加工物体传送到机器人控制系统的机器人加工处理工位，启动定位机构固定被加工物体；
206、机器人控制系统根据视觉装置生成的被加工物体的坐标信息生成机器人工作处理运动轨迹信息，控制机器人对被加工物体进行加工处理；
207、判断批量生产是否完成，如果没有完成，则重复202，如果完成，则转208；
208、批量生产完成
图3所示为本专利制鞋智能线实施例
本实施例为智能制鞋生产线，设计承载鞋底和鞋面的托盘，被加工物体由托盘、鞋底和鞋面组成。鞋底可以以任意方式放在托盘上，无需在托盘上专门设计固定鞋底的夹具。通过事先标定视觉装置工位托盘坐标与机器人加工处理工位托盘坐标，在视觉装置工位的3D工业相机对鞋底成像之后，在智能传输控制系统控制传送带把托盘传送到机器人加工工位过程中，智能传输控制系统通过调整变频传送带电机的速度，从而保证在从视觉装置工位到机器人加工处理工位传输过程中被处理的鞋底在托盘上的相对位置坐标不变，使机器人在机器人加工处理工位可以精确地按视觉装置工位成像生成的鞋底3D点云坐标生成机器人轨迹完成对鞋底喷涂处理剂或胶水的加工工作。
本实施例具体设计描述如下：
301双列柔性板链输送机。由变频电机驱动，可以变速控制，链板材质为超高分子聚合物，其表面具有低摩擦系数，及高耐磨性，可以在流水线上带动或阻止托盘；
302托盘。在输送机上流转，主要用来承载被加工物体，以及在不同工位为被加工物体提供准确的基准位置。其底部有内锥形定位套和定位柱。托盘底部设计与定位机构精确锁定的定位孔，定位机构设计与之对应的定位销，当托盘移动到视觉装置工位或机器人加工处理工位时，定位机构的定位销插入托盘的定位孔实现精确的定位；
303顶升定位机构。主体由支架和升降板、导向轴及直线轴承组成，其中升降板上安装有球状顶部的定位销，配合托盘上的定位套，可以对托盘精确定位；
304阻挡器。用来挡停输送机上的托盘，具有单向阻挡功能。阻挡器内部有气缸和活塞杆，通过压缩气释放阻挡头。阻挡器具有缓冲功能，可以吸收小车的冲击；
305相机，作为机器视觉装置，本实施例使用3D相机，可以生成被加工物体表面的3D点云坐标，并将3D坐标传送给机器人控制系统，机器人控制系统根据鞋底的3D点云信息，生成喷涂鞋底的轨迹信息，包括机器人运动坐标，机器人的姿态，机器人运动速度，机器人运动的加速度。
306六轴机械臂，执行机构，其末端关节可以安装所需工具。用来执行基于被加工物体机器人轨迹信息的各种操作。
307被加工物体。不局限于形状，不限鞋底的尺寸大小，并且在托盘上可以任意放置。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的快速自适应机器人处理装置，由智能传送控制系统，机器视觉装置以及定位机构组成的视觉装置工位、机器人控制系统以及定位机构组成的机器人加工处理工位组成。针对传送带上快速输送的被加工物体，设计对被加工物体成像的机器视觉装置确定坐标信息、智能传输控制系统控制传送带启停和变速将被加工物体送到指定位置，定位机构将被加工物体固定，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，实现在线、快速、自适应智能生产。
该装置的工作还包括以下步骤：
步骤1、事先标定视觉装置工位与机器人加工处理工位的坐标系；
步骤2、智能传输控制系统感知被加工物体到视觉装置工位，阻挡被加工物体停止，启动定位机构固定被加工物体；
步骤3、视觉装置对被加工物体成像，采集图像数据，生成被加工物体的坐标信息；
步骤4、智能传输控制系统控制传送带速度，在保持被加工物体相对位置稳定不变化的条件下，将被加工物体传送到机器人控制系统的机器人加工处理工位，启动定位机构固定被加工物体；
步骤5、机器人控制系统根据视觉装置生成的被加工物体的坐标信息生成机器人工作处理运动轨迹信息，控制机器人对被加工物体进行加工处理；
步骤6、重复步骤2，直到批量成产完成。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，机器人控制系统按照计算器视觉装置确定的坐标信息生成运动轨迹对被加工物体进行处理，事先在视觉装置工位和机器人加工处理工位进行坐标标定。该标定方法进一步由如下步骤实现
步骤1、在被加工物体上做标记，在视觉装置工位对标记成像，生成坐标信息；
步骤2、在机器人加工处理工位，对步骤1被加工物体上做标记的点，用机器人做实际的对准标定坐标。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述智能传送控制系统，进一步包括但不仅限于：1)传感器；2)流水线阻挡器；3)控制传送带速度的电机系统；4)视觉装置工位定位机构；5)机器人加工处理工位定位机构。该系统工作进一步包括以下步骤：
步骤1、传感器检测到传送带上接近的被加工物体；
步骤2、智能传送控制系统打开阻挡器，使被加工物体停止运动，定位机构将被加工物体固定，向成像装置成像发送拍照指令；
步骤3、成像装置成像并采集被加工物体的图像，生成坐标信息；
步骤4、关闭定位机构和阻挡器，被加工物体在传送带上运动；
步骤5、控制传送带电机减速，直到被加工物体抵达机器人加工处理工位且位置稳定无变化，控制定位机构固定被加工物体；
步骤6、通知机器人控制系统对被加工物体加工处理。
4.根据权利要求1和权利要求3所述的装置，其特征在于，视觉装置工位定位机构与机器人加工处理工位定位机构采用同一设计，且事先标定视觉装置定位机构和机器人加工处理定位机构在各自工位的坐标位置一致。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于机器视觉装置在接收到智能传输控制系统的拍照指令后，对被加工物体成像，采集并生成被加工物体的坐标信息包含但不仅限于：1)2D坐标信息；2)3D点云坐标信息。
6.根据权利要求1所述装置和权利要求2所述坐标标定方法，其特征在于机器人控制系统在接收到视觉装置工位传送的被加工物体的坐标信息后，生成机器人运动轨迹，将机器人运动轨迹发送给机器人，完成对被加工物体的加工处理。
7.根据权利要求1和权利要求4所述的装置，其特征在于，定位机构的设计方法至少包含一种顶升机构，使被加工物体脱离传输带。
8.根据权利要求1和权利要求6所述装置，其特征在于，视觉装置在采集被加工物体图像时，可以识别出被加工物体所需要做的不同工艺处理的部位并生成坐标信息，机器人控制系统可以按照对被加工物体不同部位的工艺处理要求自动进行加工工作。
9.根据权利要求1和权利要求4所述装置，其特征在于，在机器人加工处理工位保持被加工物体相对位置稳定不变化，被加工物体包含但不仅限于一个可以在传送带上运动的托盘，托盘与定位机构之间设计相互紧扣的机构。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20220614 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |