CN115638814A - 一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法，装置包括变位机和四自由度自动检测机械手；变位机包括底座、左右支撑架和回转驱动机构；两个左右支撑架分别通过一号导轨滑块安装在底座上，每个左右支撑架上均设有一个回转驱动机构；回转驱动机构包括回转支承轴承、连接圆板、二号导轨滑块、步进电机和驱动齿轮；回转支承轴承和步进电机分别安装在左右支撑架上，驱动齿轮位于步进电机的输出轴上，驱动齿轮与回转支承轴承啮合；连接圆板安装在回转支承轴承的端面上，四个二号导轨滑块呈圆周均匀安装在连接圆板上，每个二号导轨滑块上均安装有一个L型夹具。本发明可以对检测速度进行控制，解决目前材料属性检测装置速度过快引起的精度过低以及检测速度过慢造成的检测效率问题。
Description
技术领域
本发明属于智能检测技术领域，尤其涉及一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法。
背景技术
随着科学技术的进步和社会的发展，人们对工件材料的质量和检测方法都提出了更高的要求，工件质量包括尺寸、形状、材质以及表面状况等多个方面，工件材料属性质量的判定对工件的使用性能具有重要意义，因此需要对工件材料属性进行检测。
现有检测装置采用手持探头扫查，根据实时信息对材料属性信息和位置进行判断，受操作等主观因素影响，效率低，不能自动化检测，且不易记录保存分析；现有检测装置，难以适应曲面，检测速度也无法得到有效控制，检测速度过快，则无法保证检测质量，检测速度过慢，则会影响检测效率。同时，保证检测过程的匀速，对于检测结果的分析具有重要意义。鉴于目前检测装置的检测效率低、无法自动化，或自动化检测时受限于工件结构无法实现检测过程的匀速自动化检测，目前亟需一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的问题是，提供一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种用于狭小空间的机器人智能检测装置，包括变位机和四自由度自动检测机械手；所述变位机包括底座、左右支撑架和回转驱动机构；两个左右支撑架分别通过一号导轨滑块安装在底座上，每个左右支撑架上均设有一个回转驱动机构；回转驱动机构包括回转支承轴承、连接圆板、二号导轨滑块、步进电机和驱动齿轮；回转支承轴承和步进电机分别安装在左右支撑架上，驱动齿轮位于步进电机的输出轴上，驱动齿轮与回转支承轴承啮合；连接圆板安装在回转支承轴承的端面上，四个二号导轨滑块呈圆周均匀安装在连接圆板上，每个二号导轨滑块上均安装有一个L型夹具；所述四自由度自动检测机械手包括导向驱动组件和安装在导向驱动组件上的三自由度机械手臂，通过导向驱动组件实现三自由度机械手臂沿工件轴向的移动。
另一方面，本发明还提供一种用于狭小空间的机器人智能检测方法，包括以下内容：
一、对工件三维模型进行切片处理，获得工件截面图像；对工件截面图像进行处理，获得工件内部轮廓，将内部轮廓作为机械臂末端的运动路径；
二、提取运动路径上各个路径点的坐标，得到路径点pi＝(xi,yi)，i表示路径点编号；根据路径点的坐标信息计算各个路径点与水平方向的夹角为βi＝atan2(yi,xi)，相邻两个路径点的角度差为Δβ＝βi-βi-1；各个路径点到工件截面中心位置的距离为
三、假设工件绕轴向旋转的角速度为
则各个路径点在检测位置的线速度大小为
方向沿水平方向；t＝l/v表示工件旋转时间步长，l为一个旋转时间步长内工件旋转走过的弧长，v表示检测速度；
四、三自由度机械手臂末端沿竖直方向运动，得到末端运动速度为
方向沿竖直方向；三自由度机械手臂末端与水平方向的夹角为
在三自由度机械手臂末端位姿已知的情况下，利用末端位姿求逆解，得到三自由度机械手臂各个关节角度，根据各个关节角度和工件绕轴向旋转的角速度，对装置进行控制，实现狭小空间内机器人的匀速智能检测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明利用变位机与三自由度机械臂配合工作，实现工件材料属性的自动化检测。可对尺寸相近，形状差距较大的工件进行检测策略规划。利用机械臂代替工人检测，提高工件材料属性检测的自动化程度、提高智能检测过程中的可达性、提高检测精度。通过对工件三维模型切片等处理，可以对不同形状的工件进行路径提取，对机械臂进行轨迹规划，对约束狭小空间的工件具有一定的普适性。解决了目前检测难、周期长的问题。本发明可以对检测过程中的检测速度进行控制，通过控制变位机和机械臂的检测速度，可以实现对检测速度的控制，解决目前检测速度过快引起的精度过低以及检测速度过慢造成的检测效率问题。同时，检测过程的匀速可以提高检测精度，对于检测结果的分析也具有重要的意义。针对检测不同的材料属性，例如材料缺陷和材料厚度，可以通过更换检测探头实现不同的检测功能。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图；
图2为本发明的变位机的结构示意图；
图3为本发明的双四自由度自动检测机械手的结构示意图；
附图标记说明：1-变位机；2-四自由度自动检测机械手；11-底座；12-左右支撑架；13-回转驱动机构；14-一号导轨滑块；15-回转支承轴承；16-连接圆板；17-二号导轨滑块；18-L型夹具；19-步进电机；20-驱动齿轮；21-三自由度机械手臂；22-导向驱动组件；23-关节电机；24-手臂板；25-横梁；26-直线导轨；27-交流伺服电机；28-同步带。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述，但并不以此限定本申请的保护范围。
本发明提供一种用于狭小空间的机器人智能检测装置，包括变位机1和四自由度自动检测机械手2；
所述变位机1用于安装工件并实现工件的变位，包括底座11、左右支撑架12和回转驱动机构13；底座11用于整体装置的支撑，两个左右支撑架12分别通过一号导轨滑块14安装在底座11上，通过一号导轨滑块14实现左右支撑架12在底座11上的移动，由此适应不同大小的工件；每个左右支撑架12上均设有一个回转驱动机构13，回转驱动机构13用于工件的旋转变位，包括回转支承轴承15、连接圆板16、二号导轨滑块17、步进电机19和驱动齿轮20；回转支承轴承15和步进电机19分别通过螺栓安装到左右支撑架12上，驱动齿轮20固定在步进电机19的输出轴上，驱动齿轮20与回转支承轴承15啮合；连接圆板16通过螺栓安装在回转支承轴承15的端面上，四个二号导轨滑块17通过螺栓呈圆周均匀安装在连接圆板16上，每个二号导轨滑块17上均安装有一个L型夹具18，一共有四个L型夹具18用于工件的夹装；步进电机19带动驱动齿轮20转动，使回转支承轴承15同步转动，可以实现工件绕着轴向的旋转变位。
所述四自由度自动检测机械手2包括导向驱动组件22和安装在导向驱动组件22上的三自由度机械手臂21，通过导向驱动组件22实现三自由度机械手臂21沿工件轴向的移动；所述导向驱动组件22包括横梁25、直线导轨26、交流伺服电机27、同步带28和同步带轮，横梁25通过直线导轨26安装到左右支撑架12上，横梁25的两端分别安装有同步带轮，交流伺服电机27固定在横梁25的一端，与相应的同步带轮连接，同步带28套装在两个同步带轮上，三自由度机械手臂21的上端与同步带28固定连接；交流伺服电机27通过齿轮传动带动同步带28运动，同步带28带动三自由度机械手臂21沿着工件轴向运动；所述三自由度机械手臂21包括关节电机23和手臂板24，关节电机23通过电机座与同步带28连接，手臂板24与关节电机23连接，三自由机械手臂21的末端安装有检测探头，用于采集材料属性信息。
本发明还提供一种用于狭小空间的机器人智能检测方法，包括以下内容：
一、对工件三维模型进行切片处理，获得工件截面图像；对工件截面图像进行处理，获得工件内部轮廓，将工件内部轮廓作为机械臂末端的运动路径；
二、提取运动路径上各个路径点的坐标，得到路径点pi＝(xi,yi)，i表示路径点编号；根据路径点的坐标信息计算各个路径点与水平方向的夹角为βi＝atan2(yi,xi)，相邻两个路径点的角度差为Δβ＝βi-βi-1；各个路径点到工件截面中心位置的距离为
三、假设工件绕轴向旋转的角速度为
则各个路径点在检测位置的线速度大小为
方向沿水平方向；t＝l/v表示工件旋转时间步长，l为一个旋转时间步长内工件旋转走过的弧长，v表示检测速度；
四、三自由度机械手臂末端沿竖直方向运动，得到末端运动速度为
方向沿竖直方向；三自由度机械手臂末端与水平方向的夹角为
在三自由度机械手臂末端位姿已知的情况下，利用末端位姿求逆解，得到三自由度机械手臂各个关节角度，根据各个关节角度和工件绕轴向旋转的角速度，对装置进行控制，实现工件材料属性的匀速检测。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (2)
1.一种用于狭小空间的机器人智能检测装置，包括变位机和四自由度自动检测机械手；其特征在于，所述变位机包括底座、左右支撑架和回转驱动机构；两个左右支撑架分别通过一号导轨滑块安装在底座上，每个左右支撑架上均设有一个回转驱动机构；回转驱动机构包括回转支承轴承、连接圆板、二号导轨滑块、步进电机和驱动齿轮；回转支承轴承和步进电机分别安装在左右支撑架上，驱动齿轮位于步进电机的输出轴上，驱动齿轮与回转支承轴承啮合；连接圆板安装在回转支承轴承的端面上，四个二号导轨滑块呈圆周均匀安装在连接圆板上，每个二号导轨滑块上均安装有一个L型夹具；所述四自由度自动检测机械手包括导向驱动组件和安装在导向驱动组件上的三自由度机械手臂，通过导向驱动组件实现三自由度机械手臂沿工件轴向的移动。
2.一种用于狭小空间的机器人智能检测方法，其特征在于，该方法包括以下内容：
一、对工件三维模型进行切片处理，获得工件截面图像；对工件截面图像进行处理，获得工件内部轮廓，将内部轮廓作为机械臂末端的运动路径；
二、提取运动路径上各个路径点的坐标，得到路径点pi＝(xi,yi)，i表示路径点编号；根据路径点的坐标信息计算各个路径点与水平方向的夹角为βi＝atan2(yi,xi)，相邻两个路径点的角度差为Δβ＝βi-βi-1；各个路径点到工件截面中心位置的距离为
三、假设工件绕轴向旋转的角速度为
则各个路径点在检测位置的线速度大小为
方向沿水平方向；t＝l/v表示工件旋转时间步长，l为一个旋转时间步长内工件旋转走过的弧长，v表示检测速度；
四、三自由度机械手臂末端沿竖直方向运动，得到末端运动速度为
方向沿竖直方向；三自由度机械手臂末端与水平方向的夹角为
在三自由度机械手臂末端位姿已知的情况下，利用末端位姿求逆解，得到三自由度机械手臂各个关节角度，根据各个关节角度和工件绕轴向旋转的角速度，对装置进行控制，实现工件材料属性的匀速检测。
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| CN202211391938.1A CN115638814A (zh) | 2022-11-08 | 2022-11-08 | 一种用于狭小空间的机器人智能检测装置及方法 |
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| CN115638814A true CN115638814A (zh) | 2023-01-24 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN115638814A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117102757A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 常州东仕豪机械制造有限公司 | 一种焊缝自检式套筒焊接机 |
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2022
- 2022-11-08 CN CN202211391938.1A patent/CN115638814A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117102757A (zh) * | 2023-10-23 | 2023-11-24 | 常州东仕豪机械制造有限公司 | 一种焊缝自检式套筒焊接机 |
| CN117102757B (zh) * | 2023-10-23 | 2024-01-09 | 常州东仕豪机械制造有限公司 | 一种焊缝自检式套筒焊接机 |
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