CN116352738B - 一种自定义形状的静电吸附装置及其吸附方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自定义形状的静电吸附装置及其吸附方法，静电吸附装置包括有控制器、吸附机械手、充电板和视觉识别系统，吸附机械手包括有机械臂和连接于机械臂末端的导电吸附板；导电吸附板包括有光源板和感光板，光源板上的光源朝向感光板，感光板和充电板分别与供电电源的正负极串联连接，视觉识别系统包括有相互连接的摄像头和图像处理模块，摄像头朝向待吸附物体的顶面，机械臂、光源板、视觉识别系统的图像处理模块均与控制器连接。本发明根据待吸附物体的形状和大小，采用静电潜像的原理设定不同形状的静电吸附区域，实现不同形状物体稳定吸附拾取的目的。
Description
技术领域
本发明涉及吸附装置技术领域，具体是一种自定义形状的静电吸附装置及其吸附方法。
背景技术
柔软薄片物体的拾取在工业上一致难度比较大，一般采用真空吸盘或者静电吸盘进行吸附拾取，但是吸盘的形状为固定形状，且大多数为圆形，很难适应不同形状物体的抓取。对于大型薄片物体可以用吸盘阵列来保证物体不下垂掉落，但是对于小型物体或者每次需要抓取不固定形状物体时，就难以实现稳定拾取的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种自定义形状的静电吸附装置及其吸附方法，根据待吸附物体的形状和大小，采用静电潜像的原理设定不同形状的静电吸附区域，实现不同形状物体稳定吸附拾取的目的。
本发明的技术方案为：
一种自定义形状的静电吸附装置，包括有控制器、吸附机械手、充电板和视觉识别系统，吸附机械手包括有机械臂和连接于机械臂末端的导电吸附板；导电吸附板包括有光源板和感光板，光源板上的光源朝向感光板，感光板和充电板分别与供电电源的正负极串联连接，视觉识别系统包括有相互连接的摄像头和图像处理模块，摄像头朝向待吸附物体的顶面，机械臂、光源板、视觉识别系统的图像处理模块均与控制器连接。
所述的导电吸附板包括有底端开口的绝缘外壳，所述的光源板和感光板均固定于绝缘外壳内，光源板置于感光板的上方且两者之间留有间隙，光源板底面上的光源朝向感光板，感光板底面的水平高度不高于绝缘外壳底端的水平高度。
所述的感光板包括有从上往下顺次排布且固定连接的透明导电基板、感光导电板和上导电保护膜，透明导电基板与供电电源串联连接。
所述的充电板包括有顶端开口的绝缘罩壳和固定于绝缘罩壳内的导电连接板，导电连接板顶面的水平高度不低于绝缘罩壳顶端的水平高度。
所述的导电连接板包括有从下往上顺次排布且固定连接的金属层、导电橡胶层和下导电保护膜，金属层与供电电源串联连接。
所述的上导电保护膜和下导电保护膜选用聚碳酸酯导电保护膜。
一种自定义形状的静电吸附装置的吸附方法，具体包括有以下步骤：
(1)、避光环境下，首先机械臂带动导电吸附板移至充电板上，导电吸附板和充电板接触导电，使得导电吸附板上富集有电荷，然后将导电吸附板和充电板分离；
(2)、视觉识别系统的摄像头获取待吸附物体的顶面图像，然后传输给图像处理模块，图像处理模块生成与待吸附物体顶面区域互补的光源区域图像，然后将光源区域图像发送给控制器，控制器控制光源板上与光源区域图像重叠的光源点亮，此时感光板上朝向点亮光源区域处的电荷消失，从而使得感光板上形成与待吸附物体顶面形状和大小一致的静电吸附区域；
(3)、控制器控制机械臂将导电吸附板移至待吸附物体处，通过静电吸附待吸附物体，然后将待吸附物体移动至目标位置，最后将光源板上的光源全部点亮，使得感光板上的电荷全部消失，待吸附物体与感光板分离被放下。
所述的图像处理模块生成光源区域图像的具体步骤为：
(a)、根据待吸附物体的实际大小缩放摄像头采集的图像，对图像中待吸附物体占据的矩形区域进行区域切割，使得切割后图像的面积与导电吸附板的面积一致；
(b)、将图像中待吸附物体的区域从背景中区分出来并删除图像中的背景；
(c)、将删除背景后的图像采用均值阈值法转化为二值图像；
(d)、将二值图像映射到导电吸附板的坐标中，将映射在待吸附物体区域内部的光源设为关闭、映射在待吸附物体区域外部的光源设为点亮，从而生成光源区域图像。
本发明的优点：
本发明通过视觉识别系统采集待吸附物体的顶面图像，并生成与待吸附物体顶面区域互补的光源区域图像，控制器控制光源板上与光源区域图像重叠的光源点亮，采用静电潜像原理，感光板上照射区域的电荷会消失，从而使得感光板上形成与待吸附物体顶面形状和大小一致的静电吸附区域，此静电吸附区域与待吸附物体顶面区域的形状和大小一致，从而实现了待吸附物体的全覆盖吸附，避免待吸附物体外围或侧方的其它物体被吸附，或是吸附区域过小，不能稳定吸附的问题。
附图说明
图1是本发明导电吸附板和充电板对接状态下的结构示意图。
图2是本发明导电吸附板的结构示意图。
图3是本发明感光板的结构示意图。
图4是发明充电板的结构示意图。
图5是本发明导电连接板的结构示意图。
附图标记：1-控制器，2-机械臂，3-导电吸附板，4-充电板，5-视觉识别系统，6-供电电源，7-待吸附物体，8-工作台，31-绝缘外壳，32-光源板，33-感光板，34-LED光源，331-透明导电基板，332-感光导电板，333-上导电保护膜，41-绝缘罩壳，42-导电连接板，421-金属层，422-导电橡胶层，423-下导电保护膜，51-摄像头，52-图像处理模块。
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。
见图1，一种自定义形状的静电吸附装置，包括有控制器1、吸附机械手、充电板4和视觉识别系统5，吸附机械手包括有机械臂2和连接于机械臂2末端的导电吸附板3；
见图2和图3，导电吸附板3包括有底端开口的绝缘外壳31、光源板32和感光板33，光源板32和感光板33均固定于绝缘外壳31内，光源板32置于感光板33的上方且两者之间留有间隙，光源板32底面上的LED光源34朝向感光板33，感光板33底面的水平高度等于绝缘外壳31底端的水平高度，感光板33包括有从上往下顺次排布且固定连接的透明导电基板331、感光导电板332和上导电保护膜333，透明导电基板331是由具有导电特性的透明材料制成，充电时作为感光板充电的回路，光源板32透过透明导电基板331照射到感光导电板332上时，使得感光导电板332上的电荷消失，感光导电板332可以选用OPC材料、硒或者陶瓷半导体材料制成，在无光照时电阻很大，有光照时电阻迅速变小，感光导电板332表面上的电荷也会流失；
见图4和图5，充电板4包括有顶端开口的绝缘罩壳41和固定于绝缘罩壳41内的导电连接板42，导电连接板42顶面的水平高度高于绝缘罩壳41顶端的水平高度，导电连接板42包括有从下往上顺次排布且固定连接的金属层421、导电橡胶层422和下导电保护膜423；
其中，上导电保护膜333和下导电保护膜423均选用聚碳酸酯导电保护膜，避免导电吸附板3底面和充电板4顶面接触时造成损伤，导电吸附板3的透明导电基板331与供电电源的正极串联连接，充电板4的金属层421与供电电源6的负极串联连接；
视觉识别系统5包括有相互连接的摄像头51和图像处理模块52(计算机)，摄像头51朝向待吸附物体7的顶面，机械臂2、光源板32、视觉识别系统的图像处理模块52均与控制器1连接。
一种自定义形状的静电吸附装置的吸附方法，具体包括有以下步骤：
(1)、避光环境下，首先机械臂带动导电吸附板移至充电板上，导电吸附板3和充电板4接触导电，使得导电吸附板3上富集有电荷，然后将导电吸附板3和充电板4分离；由于导电吸附板3的感光板33在避光环境下电阻率较高，因此电荷保留量比较大，即使供电电源6断开时，依然保留电荷；
(2)、将待吸附物体7平置于工作台8上(工作台8背景与待吸附物体7颜色相差较大)，将摄像头51移至工作台8的正上方，摄像头51获取待吸附物体7的顶面图像，然后传输给图像处理模块52，图像处理模块52生成与待吸附物体顶面区域互补的光源区域图像，然后将光源区域图像发送给控制器1，控制器1控制光源板32上与光源区域图像重叠的LED光源34点亮，此时感光板33上朝向点亮光源区域处的电荷消失，从而使得感光板33上形成与待吸附物体7顶面形状和大小一致的静电潜像，即静电吸附区域；其中，光源板32不仅局限于使用LED光源34的控制来实现不同静电潜像的效果，还可换为能够编程逐行扫描的激光束，照射到感光板33上，其原理是通过现有技术中的单束激光，通过控制偏转棱镜折射逐行扫描感光能达到同样的效果，其次，将整个光源板32上的LED光源阵列换成一个LCD屏幕也可达到类似的效果；
其中，图像处理模块52生成光源区域图像的具体步骤为：
(a)、根据待吸附物体7的实际大小缩放摄像头51采集的图像，对图像中待吸附物体占据的矩形区域进行区域切割，使得切割后图像的面积与导电吸附板的面积一致；
(b)、进行背景分割，利用MeanShift算法将图像中待吸附物体的区域从背景中区分出来并删除图像中的背景；
(c)、将删除背景后的图像采用均值阈值法转化为二值图像；
(d)、将二值图像映射到导电吸附板的坐标中，映射公式为：
其中，M(x,y)为坐标为(x,y)的LED光源的状态，1代表亮，0代表灭，C(x,y)代表LED光源在二值图像上映射的位置；
(e)、将映射在待吸附物体区域内部的LED光源设为关闭、映射在待吸附物体区域外部的LED光源设为点亮，从而生成光源区域图像；
(3)、控制器1控制机械臂2将导电吸附板3移至待吸附物体7处，通过静电吸附待吸附物体7，然后将待吸附物体7移动至目标位置，最后将光源板32上的LED光源34全部点亮，使得感光板33上的电荷全部消失，待吸附物体7与感光板33分离被放下。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：包括有控制器、吸附机械手、充电板和视觉识别系统，吸附机械手包括有机械臂和连接于机械臂末端的导电吸附板；导电吸附板包括有光源板和感光板，光源板上的光源朝向感光板，感光板和充电板分别与供电电源的正负极串联连接，视觉识别系统包括有相互连接的摄像头和图像处理模块，摄像头朝向待吸附物体的顶面，机械臂、光源板、视觉识别系统的图像处理模块均与控制器连接；
所述的静电吸附装置的吸附方法，具体包括有以下步骤：
（1）、避光环境下，首先机械臂带动导电吸附板移至充电板上，导电吸附板和充电板接触导电，使得导电吸附板上富集有电荷，然后将导电吸附板和充电板分离；
（2）、视觉识别系统的摄像头获取待吸附物体的顶面图像，然后传输给图像处理模块，图像处理模块生成与待吸附物体顶面区域互补的光源区域图像，然后将光源区域图像发送给控制器，控制器控制光源板上与光源区域图像重叠的光源点亮，此时感光板上朝向点亮光源区域处的电荷消失，从而使得感光板上形成与待吸附物体顶面形状和大小一致的静电吸附区域；
（3）、控制器控制机械臂将导电吸附板移至待吸附物体处，通过静电吸附待吸附物体，然后将待吸附物体移动至目标位置，最后将光源板上的光源全部点亮，使得感光板上的电荷全部消失，待吸附物体与感光板分离被放下。
2.根据权利要求1所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的导电吸附板包括有底端开口的绝缘外壳，所述的光源板和感光板均固定于绝缘外壳内，光源板置于感光板的上方且两者之间留有间隙，光源板底面上的光源朝向感光板，感光板底面的水平高度不高于绝缘外壳底端的水平高度。
3.根据权利要求2所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的感光板包括有从上往下顺次排布且固定连接的透明导电基板、感光导电板和上导电保护膜，透明导电基板与供电电源串联连接。
4.根据权利要求3所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的充电板包括有顶端开口的绝缘罩壳和固定于绝缘罩壳内的导电连接板，导电连接板顶面的水平高度不低于绝缘罩壳顶端的水平高度。
5.根据权利要求4所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的导电连接板包括有从下往上顺次排布且固定连接的金属层、导电橡胶层和下导电保护膜，金属层与供电电源串联连接。
6.根据权利要求5所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的上导电保护膜和下导电保护膜选用聚碳酸酯导电保护膜。
7.根据权利要求1所述的一种自定义形状的静电吸附装置，其特征在于：所述的图像处理模块生成光源区域图像的具体步骤为：
（a）、根据待吸附物体的实际大小缩放摄像头采集的图像，对图像中待吸附物体占据的矩形区域进行区域切割，使得切割后图像的面积与导电吸附板的面积一致；
（b）、将图像中待吸附物体的区域从背景中区分出来并删除图像中的背景；
（c）、将删除背景后的图像采用均值阈值法转化为二值图像；
（d）、将二值图像映射到导电吸附板的坐标中，将映射在待吸附物体区域内部的光源设为关闭、映射在待吸附物体区域外部的光源设为点亮，从而生成光源区域图像。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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