CN209466246U - 基于视觉的机器人入库实训机构及机器人实训教学平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供基于视觉的机器人入库实训机构，包括机器人组件、仓储组件；机器人组件包括可编程控制移动的机械臂、机器人实训单元；机器人实训单元包括视觉采集单元、抓取单元；视觉采集单元用于采集工件图像并定位工件位置；仓储组件包括料盘，料盘上设有若干与工件外形相匹配的凹槽，用于存放工件；视觉采集单元捕捉并定位放置在工件载台上的工件，抓取单元抓取工件。本实用新型还涉及机器人实训教学平台。本实用新型通过视觉定位并结合自动化仓储，实现工件的快速而准确的自动化入库，充分锻炼并考察学生对机器人与仓储装置的协同能力。本实用新型构思巧妙，设计合理，充分调动学生动手能力，便于机器人教学实训推广应用。

Description

基于视觉的机器人入库实训机构及机器人实训教学平台

技术领域

本发明属于实训教学领域，具体涉及基于视觉的机器人入库实训机构及机器人实训教学平台。

背景技术

随着工业的发展的深度以及工业智能水平的提高，工业机器人因其自由度高，能独立完成多个工序过程，可靠性高，同时便于维护等优势而越来越多的在工业控制中被选择，至此面向机器人的实训教育也变得越来越重要，机器人教学实训平台也应运而生，机器人实训教学平台具有很好的演示教学效果。

目前，随着机器视觉在工业化中的应用，急需对学生的机器视觉运用能力进行培养，简单的课程以不能应对复杂的工业现状；另一方面，现有的机器人实训通常仅仅提供机器人教学演示作用，很大程度上不能提供给学生一个很好的动手的条件，对于机器人教学而言，学生的机器人调试及接线能力也是一个很重要的培训重点；在整体设计实训平台时，目前的教学平台恰恰没有考虑机器人如何锻炼学生实际驾驭机器人的问题，导致机器人仅仅实现的演示功能，教学实训效果相当有限，同时学生的合理调试与布线能力也没有得到锻炼。

对此，急需对现有的机器人实训平台进行改进。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出的基于视觉的机器人入库实训机构，通过视觉定位并结合自动化仓储，实现工件的快速而准确的自动化入库，充分锻炼并考察学生对机器人与仓储装置的协同能力。

本发明提供基于视觉的机器人入库实训机构，包括机器人组件、仓储组件；

所述机器人组件包括可编程控制移动的机械臂、机器人实训单元；所述机器人实训单元与所述机械臂连接；所述机器人实训单元包括视觉采集单元、抓取单元；所述视觉采集单元用于采集工件图像并定位工件位置；所述抓取单元用于抓取工件；

所述仓储组件包括料盘，所述料盘上设有若干与第一工件外形相匹配的凹槽，用于存放第一工件；所述机器人组件由机器人中控机控制，所述仓储组件由PLC设备和/或电气设备控制，以使得所述视觉采集单元捕捉并定位放置在第一工件载台上的第一工件，所述抓取单元抓取所述第一工件，并在机械臂的驱动下将所述第一工件放置在所述仓储组件的料盘上。

优选地，所述仓储组件还包括仓储壳体、料盘驱动装置；所述仓储壳体用于形成所述仓储组件的壳体；所述料盘驱动装置固定于所述仓储壳体上；所述料盘驱动装置与所述料盘固定连接；所述料盘驱动装置驱动所述料盘，以使得所述料盘伸出或缩回所述仓储壳体。

优选地，所述仓储壳体内配置有至少两料盘；两所述料盘连接的所述料盘驱动装置相互独立。

优选地，两所述料盘呈上下布置。

优选地，所述仓储组件还包括料盘固定板、导条；所述料盘通过所述料盘固定板与所述料盘驱动装置的料盘驱动滑块固定连接；所述导条固定于所述料盘固定板两侧。

优选地，所述仓储组件还包括挡片、料盘位置检测装置；所述挡片固定于所述料盘固定板一侧；所述料盘位置检测装置与所述挡片相互配合，用于检测所述料盘位置。

优选地，所述机器人组件还包括转动连接件、组件连接板；所述视觉采集单元与所述抓取单元固定安装在所述组件连接板上；所述组件连接板与所述机械臂通过所述转动连接件转动连接。

优选地，所述视觉采集单元包括工业相机、光源；所述工业相机通过传输接口与机器人中控机连接通信；所述工业相机通过相机固定板与所述组件连接板固定连接；所述光源通过光源连接板与所述组件连接板固定连接。

优选地，所述抓取单元包括抓取驱动装置、夹块固定件、夹块；所述夹块与所述夹块固定件固定连接；所述抓取驱动装置驱动所述夹块固定件，以使得所述夹块夹紧或松开所述第一工件。

机器人实训教学平台，包括机器人教学实训本体；所述机器人教学实训本体包括壳体、操作台、辅助设备载台、机器人中控机；所述机器人教学实训本体还包括机器人组件与仓储组件、第一工件载台；

所述壳体用于包裹机器人教学实训本体基架并形成一整体；所述操作台上固定安装有机器人组件、仓储组件、第一工件载台；所述机器人中控机与所述机器人组件电连接，所述机器人中控机用于控制所述机器人组件运动；所述辅助设备载台上安装有与所述仓储组件连接的辅助设备，所述辅助设备用于控制所述仓储组件运动；

所述操作台水平布置；所述辅助设备载台收纳于所述壳体内；通过调试机器人中控机与辅助设备，以使得视觉采集单元捕捉并定位放置在第一工件载台上的第一工件，抓取单元抓取第一工件，并在机械臂的驱动下将第一工件放置在所述仓储组件的料盘上。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供基于视觉的机器人入库实训机构，包括机器人组件、仓储组件；机器人组件包括可编程控制移动的机械臂、机器人实训单元；机器人实训单元与机械臂连接；机器人实训单元包括视觉采集单元、抓取单元；视觉采集单元用于采集工件图像并定位工件位置；抓取单元用于抓取工件；仓储组件包括料盘，料盘上设有若干与第一工件外形相匹配的凹槽，用于存放第一工件；机器人组件由机器人中控机控制，仓储组件由PLC设备和/或电气设备控制，以使得视觉采集单元捕捉并定位放置在第一工件载台上的第一工件，抓取单元抓取第一工件，并在机械臂的驱动下将第一工件放置在仓储组件的料盘上。本发明还涉及机器人实训教学平台。本发明通过视觉定位并结合自动化仓储，实现工件的快速而准确的自动化入库，充分锻炼并考察学生对机器人与仓储装置的协同能力。本发明构思巧妙，设计合理，充分调动学生动手能力，便于机器人教学实训推广应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的在一实施例中的机器人实训教学平台整体结构示意图；

图2为本发明的基于视觉的机器人入库实训机构整体结构示意图；

图3为本发明的机器人实训单元分解结构示意图图；

图4为本发明的仓储组件结构示意图一；

图5为本发明的仓储组件结构示意图二；

图6为本发明的仓储组件结构示意图三；

图7为本发明在另一实施例中的机器人实训教学平台整体结构示意图；

图8为本发明在另一实施例中的机器人实训教学平台使用状态示意图；

图9为本发明在另一实施例中的机器人实训教学平台内部示意图；

图10为本发明的辅助设备载台结构示意图；

图11为本发明的辅助设备载台的局部结构示意图。

图中所示：

机器人教学实训本体100、壳体10、门板11、散热槽12、机器人中控机18、工控机19、操作台20、辅助设备载台30、滑动链板31、滑动固定板32、载台板33、纵向固定孔331、横向固定孔332、拉手34、抵触块35、侧固定条36、基框37、机器人组件40、转动连接件41、机器人实训单元42、视觉采集单元421、工业相机4211、光源4212、抓取单元423、抓取驱动装置4231、夹块固定件4232、夹块4233、组件连接板43、仓储组件60、仓储壳体61、料盘62、料盘驱动装置63、料盘固定板64、导条65、挡片66、料盘位置检测装置67、第一工件载台70、第一工件701。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

接下来，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

基于视觉的机器人入库实训机构，如图1-6所示，包括机器人组件40、仓储组件60；

机器人组件40包括可编程控制移动的机械臂、机器人实训单元42；机器人实训单元42与机械臂连接；机器人实训单元42包括视觉采集单元421、抓取单元423；视觉采集单元421用于采集工件图像并定位工件位置；抓取单元423用于抓取工件；

仓储组件60包括料盘62，料盘62上设有若干与第一工件701外形相匹配的凹槽，用于存放第一工件701；机器人组件40由机器人中控机18控制，仓储组件60由PLC设备和/或电气设备控制，以使得视觉采集单元421捕捉并定位放置在第一工件载台70上的第一工件701，抓取单元423抓取第一工件701，并在机械臂的驱动下将第一工件701放置在仓储组件60的料盘62上。

在本实施例中，第一工件701包括至少两部分外形轮廓；其中，以图4为例，第一工件701上部的圆形轮廓与抓取单元423的夹块4233内部轮廓一致，第一工件701下部的方形轮廓与料盘62的凹槽、第一工件载台70上的凹槽一致，特殊地，为方便抓取单元423抓取，上部轮廓区域小于下部轮廓区域，使夹块4233下表面抵触第一工件701下部上表面，起到限位作用。本实施例充分考察学生对机器人视觉的应用能力，结合仓储组件60，实现基于视觉的机器人入库课程实训。

在一优选实施例中，如图4-6所示，仓储组件60还包括仓储壳体61、料盘驱动装置63；仓储壳体61用于形成仓储组件60的壳体；料盘驱动装置63固定于仓储壳体61上；料盘驱动装置63与料盘62固定连接；料盘驱动装置63驱动料盘62，以使得料盘62伸出或缩回仓储壳体61。在本实施例中，料盘驱动装置63通过PLC设备或电气设备控制，配合机器人组件40，丰富基于视觉的机器人入库实训课程。

如图4、图6所示，在本实施例中，为增加课程难度，仓储壳体61内配置有至少两料盘62；两料盘62连接的料盘驱动装置63相互独立；通过独立控制的料盘62，可实现将简单的固定位置转变成复杂的随机位置。在一优选实施例中，如图6所示，两料盘62呈上下布置，将简单的平面入库转变成复杂的立体入库，进一步丰富基于视觉的机器人入库实训课程。

如图5所示，在一实施例中，仓储组件60还包括料盘固定板64、导条65；料盘62通过料盘固定板64与料盘驱动装置63的料盘驱动滑块631固定连接；导条65固定于料盘固定板64两侧；导条65可连接多节轨，实现料盘62的导向。

如图6所示，仓储组件60还包括挡片66、料盘位置检测装置67；挡片66固定于料盘固定板64一侧；料盘位置检测装置67与挡片66相互配合，用于检测料盘62位置。在本实施例中，料盘位置检测装置67为光电传感器，通过在挡片66运动的行程上设置多个光电传感器，实现料盘62位置的定位。

如图2、图3所示，机器人组件40还包括转动连接件41、组件连接板43；视觉采集单元421与抓取单元423固定安装在组件连接板43上；组件连接板43与机械臂通过转动连接件41转动连接。在一优选实施例中，视觉采集单元421包括工业相机4211、光源4212；工业相机4211通过传输接口与机器人中控机18连接通信；工业相机4211通过相机固定板与组件连接板43固定连接；光源4212通过光源连接板与组件连接板43固定连接。在本实施例中，视觉采集单元421作为捕捉第一工件701的装置，可通过配置第一工件701的轮廓模板，并在图像采集过程中进行不断的匹配，直至匹配到第一工件701，实现工件的视觉定位。

如图3所示，抓取单元423包括抓取驱动装置4231、夹块固定件4232、夹块4233；夹块4233与夹块固定件4232固定连接；抓取驱动装置4231驱动夹块固定件4232，以使得夹块4233夹紧或松开第一工件701。在本实施例中，抓取驱动装置4231与夹块固定件4232为手指气缸，通过手指气缸连接两夹块4233，可实现夹紧与放松、垂直操作台20方向上移动；特殊地，抓取过程中，充分考虑视觉定位误差，第一工件载台70的凹槽略大于第一工件701的下部轮廓，使夹块4233在夹紧过程中第一工件701在第一工件载台70的凹槽能窜动，避免误差导致抓取失败。

机器人实训教学平台，包括机器人教学实训本体100；如图1、图7所示，机器人教学实训本体100包括壳体10、操作台20、辅助设备载台30、机器人中控机18、机器人组件40、仓储组件60、第一工件载台70；其中

壳体10用于包裹机器人教学实训本体100基架并形成一整体；操作台20上固定安装有机器人组件40、仓储组件60、第一工件载台70；机器人中控机18与机器人组件40电连接，机器人中控机18用于控制机器人组件40运动；辅助设备载台30上安装有与仓储组件60连接的辅助设备，辅助设备用于控制仓储组件60运动；

操作台20水平布置；辅助设备载台30收纳于壳体10内；通过调试机器人中控机18与辅助设备，以使得视觉采集单元421捕捉并定位放置在第一工件载台70上的第一工件701，抓取单元423抓取第一工件701，并在机械臂的驱动下将第一工件701放置在仓储组件60的料盘62上。

在一实施例中，辅助设备包括电气设备；电气设备用于控制仓储组件60，其中，电气设备包括电气开关、电气控制装置；电气控制装置包括电磁阀、气源处理组件、真空发生器、负压表；电气开关为常用开关，包括但不限于空气开关、隔离开关、真空断路器、框架断路器、塑壳断路器、接触器、按钮开关。在本实施例中，通过电气开关与电气控制装置相互串联或并联，实现仓储组件60的机械工序控制，同时配合机器人中控机18控制机器人组件40，实现机器人组件40与仓储组件60协同工序控制。

在另一实施例中，辅助设备包括PLC设备，机器人教学实训本体100还包括工控机19；工控机19与PLC设备连接，用于将编译程序写入PLC设备中；PLC设备用于控制仓储组件60；在本实施例中，学生通过例如键盘鼠标等输入设备与显示器在工控机19内编译PLC设备的可执行程序，编译完成后写入PLC设备中，PLC设备种类繁多，故图中未示出；连接PLC设备与仓储组件60，通过控制按钮实现PLC程序的调试，同时配合机器人中控机18控制机器人组件40，实现机器人组件40与仓储组件60协同工序控制。在本实施例中，控制按钮包括点动控制按钮、联动控制按钮；点动控制按钮用于控制设备按顺序执行一次指令；联动控制按钮用于控制设备按顺序连续执行指令，便于学生根据需求调试。

应当理解，根据实训场景不同，还可将电气设备与PLC设备进行结合，同时采用面向电气控制、PLC控制、机器人控制的协同工序控制，达到多种控制方式的融合训练，提升实训难度，以达到更贴合实际的实训效果。

如图8-11所示，在一实施例中，辅助设备载台30包括载台板33、侧固定条36、基框37；载台板33固定在基框37上；基框37两侧与侧固定条36通过多节滑轨连接；基框37固定于壳体10内部；载台板33上设有用于安装辅助设备的安装孔；如图2所示，载台板33可沿侧固定条36长度方向滑出壳体10内部。在本实施例中，机器人中控机18、工控机19安装于载台板33下部，同时壳体10的门板11上开设有散热槽12，保证壳体10内部空气流通，避免温度过高导致电气故障。

如图10、图11所示，辅助设备载台30还包括滑动链板31、滑动固定板32；载台板33与滑动链板31通过滑动固定板32连接；滑动链板31由若干相互转动连接的链片组成。通过滑动链板31的链片逐一卷起或回收，使载台板33滑出过程匀速平稳，避免快速移动将连接线缆拉扯，造成不必要的损坏。

在一优选实施例中，辅助设备载台30还包括滑动驱动装置(图中未示出)；滑动驱动装置的可移动端与滑动固定板32固定连接；因载台板33上可能连接的设备种类多且重量大，通过滑动驱动装置，实现载台板33的自动化出仓，减少人工操作。在本实施例中，辅助设备载台30还包括拉手34；以载台板33拉出壳体10为前向，拉手设置于载台板33前端中部或前端两侧。如图4所示，拉手设置于载台板33前端中部；特殊地，辅助设备载台30还包括滑动传感器；滑动传感器用于检测载台板33与侧固定条36是否有相对运动，若检测到载台板33与侧固定条36有相对运动，则开启滑动驱动装置，滑动驱动装置驱动载台板33运动至极限位置并锁定；例如，滑动传感器采用光电传感器，当多节滑轨上的光电传感器检测到载台板33开始滑动后，启动滑动驱动装置，以使得使用者只需提供一个初始的使载台板33移动出光电传感器的力，而后便能在滑动驱动装置的驱动下自动滑出或滑入，滑动驱动装置可采用气动执行元件或液压执行元件。

在一优选实施例中，如图11所示，为防止载台板33运动过度而碰撞内部设备，辅助设备载台30还包括抵触块35，抵触块35位于载台板33后端；抵触块35用于抵触基框37；载台板33上设有纵向固定孔331、横向固定孔332；纵向固定孔331与横向固定孔332用于固定辅助设备，通过纵横设置的固定孔，供学生合理排布载台板33上的各设备，对训练学生合理规划提供基础。

需要说明的是，本发明不同于传统的机器人实训教学模式，仅仅起到演示作用，而无法给学生真实操作教学的体验，更重要的是，传统的实训教学无法提供合理的实训课程，同时无法采用合理的评价实训效果的手段；在本实施例中，传感器通过PLC设备与工控机连接，或者传感器与工控机直接连接，以传感器采集学生实训过程的数据，以此来进行实训效果的评价，例如，利用光电类传感器采集驱动装置的行程，用以判别驱动是否执行到位，同时结合工控机内部计时程序，记录每一实训过程的所用时间，形成综合的评价体系，实现机器人实训的数字化教学。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：包括机器人组件(40)、仓储组件(60)；

所述机器人组件(40)包括可编程控制移动的机械臂、机器人实训单元(42)；所述机器人实训单元(42)与所述机械臂连接；所述机器人实训单元(42)包括视觉采集单元(421)、抓取单元(423)；所述视觉采集单元(421)用于采集工件图像并定位工件位置；所述抓取单元(423)用于抓取工件；

所述仓储组件(60)包括料盘(62)，所述料盘(62)上设有若干与第一工件(701)外形相匹配的凹槽，用于存放第一工件(701)；所述机器人组件(40)由机器人中控机(18)控制，所述仓储组件(60)由PLC设备和/或电气设备控制，以使得所述视觉采集单元(421)捕捉并定位放置在第一工件载台(70)上的第一工件(701)，所述抓取单元(423)抓取所述第一工件(701)，并在机械臂的驱动下将所述第一工件(701)放置在所述仓储组件(60)的料盘(62)上。

2.如权利要求1所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述仓储组件(60)还包括仓储壳体(61)、料盘驱动装置(63)；所述仓储壳体(61)用于形成所述仓储组件(60)的壳体；所述料盘驱动装置(63)固定于所述仓储壳体(61)上；所述料盘驱动装置(63)与所述料盘(62)固定连接；所述料盘驱动装置(63)驱动所述料盘(62)，以使得所述料盘(62)伸出或缩回所述仓储壳体(61)。

3.如权利要求2所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述仓储壳体(61)内配置有至少两料盘(62)；两所述料盘(62)连接的所述料盘驱动装置(63)相互独立。

4.如权利要求3所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：两所述料盘(62)呈上下布置。

5.如权利要求2所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述仓储组件(60)还包括料盘固定板(64)、导条(65)；所述料盘(62)通过所述料盘固定板(64)与所述料盘驱动装置(63)的料盘驱动滑块(631)固定连接；所述导条(65)固定于所述料盘固定板(64)两侧。

6.如权利要求5所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述仓储组件(60)还包括挡片(66)、料盘位置检测装置(67)；所述挡片(66)固定于所述料盘固定板(64)一侧；所述料盘位置检测装置(67)与所述挡片(66)相互配合，用于检测所述料盘(62)位置。

7.如权利要求1所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述机器人组件(40)还包括转动连接件(41)、组件连接板(43)；所述视觉采集单元(421)与所述抓取单元(423)固定安装在所述组件连接板(43)上；所述组件连接板(43)与所述机械臂通过所述转动连接件(41)转动连接。

8.如权利要求7所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述视觉采集单元(421)包括工业相机(4211)、光源(4212)；所述工业相机(4211)通过传输接口与机器人中控机(18)连接通信；所述工业相机(4211)通过相机固定板与所述组件连接板(43)固定连接；所述光源(4212)通过光源连接板与所述组件连接板(43)固定连接。

9.如权利要求1所述的基于视觉的机器人入库实训机构，其特征在于：所述抓取单元(423)包括抓取驱动装置(4231)、夹块固定件(4232)、夹块(4233)；所述夹块(4233)与所述夹块固定件(4232)固定连接；所述抓取驱动装置(4231)驱动所述夹块固定件(4232)，以使得所述夹块(4233)夹紧或松开所述第一工件(701)。

10.机器人实训教学平台，包括机器人教学实训本体(100)；所述机器人教学实训本体(100)包括壳体(10)、操作台(20)、辅助设备载台(30)、机器人中控机(18)；其特征在于：所述机器人教学实训本体(100)还包括如权利要求1所述的机器人组件(40)与仓储组件(60)、第一工件载台(70)；

所述壳体(10)用于包裹机器人教学实训本体(100)基架并形成一整体；所述操作台(20)上固定安装有机器人组件(40)、仓储组件(60)、第一工件载台(70)；所述机器人中控机(18)与所述机器人组件(40)电连接，所述机器人中控机(18)用于控制所述机器人组件(40)运动；所述辅助设备载台(30)上安装有与所述仓储组件(60)连接的辅助设备，所述辅助设备用于控制所述仓储组件(60)运动；

所述操作台(20)水平布置；所述辅助设备载台(30)收纳于所述壳体(10)内；通过调试机器人中控机(18)与辅助设备，以使得视觉采集单元(421)捕捉并定位放置在第一工件载台(70)上的第一工件(701)，抓取单元(423)抓取第一工件(701)，并在机械臂的驱动下将第一工件(701)放置在所述仓储组件(60)的料盘(62)上。