CN210787971U - 一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，属于涂胶设备。包括支撑驱动组件、实时检测组件、涂胶组件和控制组件四部分。其中，支撑驱动组件包括X轴向运动单元、Y轴向运动单元和Z轴向运动单元；实时检测组件，包括激光发生器、光束调整器和CCD摄像头。本实用新型通过激光发生器向待涂胶物体表面发射一束平行光束，在待涂胶物体表面上形成一个特定形状光斑，根据相关参数计算测量点的三维坐标，然后通过X轴向运动单元、Y轴向运动单元和Z轴向运动单元组成一个三维坐标系，将检测数据向量化，自动调整涂胶位姿，提高检测和运动执行精度，以此提高涂胶质量。

Description

一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人

技术领域

本实用新型属于机械涂胶设备，尤其是一种位姿自纠正涂胶设备。

背景技术

随着机器人工业的日益成熟，现阶段汽车工业上，大多采用机器人涂胶进行自动化涂胶，而且涂胶机器人具有良好的适应性，不仅提高了涂胶的质量和生产效率，而且大大的提高了工人的工作环境。目前，采用机器人进行涂胶作业已经成为一个涂胶领域的一个主流方向。

现有的涂胶机器人主要通过实现示教再现的模式进行涂胶，在涂胶过程不仅不能感知周围环境的变化，也不能随着周围涂胶的具体情况进行修正。有鉴于此，目前市场上也出现了少量检测跟系统，以检测工具的尺寸和位置等变化，以调整涂胶位姿，提高涂胶质量。

但是现有的检测跟踪系统大多采用双目视觉测量和飞行时间测量。其中，双目视觉测量是使用左右摄像机CCD或激光传感器在加工材料成像点位置的差异来进行测量涂胶缝隙的距离，以及涂胶材料的偏角；但是立体匹配始终是双目视觉测量的一个主要难点，因此该方法得到的数据精度较低。飞行时间测量是指向场景发射能量（如激光、超声波、X射线等），利用特别光源所提供的结构信息来获取深度信息。但是由于光速极快，因此这对传感器精度有很高要求，现有的普及程度有限。

实用新型内容

实用新型目的：提供一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，以解决现有的涂胶机器人不能实时调整涂胶位姿和检测跟踪系统的检测精度偏低的问题。

技术方案：一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，包括：支撑驱动组件、实时检测组件、涂胶组件和控制组件四部分。

支撑驱动组件，包括由若干型材搭建而成的“ㄇ”形的龙门框架，与所述龙门框架固定连接的水平框架，以及固定安装在所述龙门框架和水平框架上的X轴向运动单元、Y轴向运动单元和Z轴向运动单元；其中，在其输出端固定安装有涂胶安装板；

实时检测组件，包括设置在涂胶安装板一侧的激光发生器，设置在所述激光发生器光源输出端的光束调整器，设置涂胶安装板与激光发生器同侧的CCD摄像头；

涂胶组件，包括设置在涂胶安装板的另一侧的胶枪，设置在胶枪上的喷嘴，以及胶枪运动保持一致的路径跟踪装置；

控制组件，与X轴向运动单元、Y轴向运动单元、Z轴向运动单元、实时检测组件和涂胶组件之间信息连接的控制终端。

在进一步的实施例中，所述X轴运动单元包括：在竖直方向上固定安装在所述水平框架内的两个X轴水平导轨，固定安装在所述水平框架一端的X轴伺服电机，与所述X轴伺服电机输出轴相连接的X轴主动轮，固定在所述水平框架另一端、且与所述X轴主动轮相对齐的X轴随动轮，套装在所述X轴主动轮和X轴随动轮之间的第一皮带，通过直线轴承安装在所述X轴水平导轨上的加工平台，在所述加工平台底部中心位置设置有与第一皮带相连接的第一紧固器；其中，所述第一紧固器与所述第一皮带之间无相对滑动。

在进一步的实施例中，所述Y轴向运动单元与X轴向运动单元结构相同。

在进一步的实施例中，所述Z轴运动单元包括：固定安装在所述龙门框架底部的两个Z轴伺服电机，竖直安装在所述龙门框架上、且与所述Z轴伺服电机输出轴相连接两个滚珠丝杆，设置在所述滚珠丝杆一侧的两个Z轴固定导柱，以及通过滚珠轴承与直线轴承套装在所述滚珠丝杆和Z轴固定导柱上的Y轴安装板；其中，所述Y轴安装板上设置有Y轴运动单元。

在进一步的实施例中，所述激光发生器和光束调整器组成的组合件可在由激光发生器、光束调整器和CCD摄像头组成的平面内做预定角度的旋转。

在进一步的实施例中，所述Y轴向运动单元的运动方向始终由实时检测组件一向涂胶组件一侧运动。

在进一步的实施例中，所述激光发生器和直准器组成的光源，发出的光束至少为线结构光束，优选为网络结构光束。

有益效果：本实用新型涉及一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，通过设置实时检测组件以满足对待涂胶材料的尺寸、位置等变化的检测，然后自动调整涂胶位姿，提高涂胶质量；通过X轴向运动单元、Y轴向运动单元和Z轴向运动单元组成一个三维坐标系，将检测数据向量化，提高检测和运动执行精度。通过激光发生器向待涂胶物体表面发射一束平行光束，在待涂胶物体表面上形成一个特定形状光斑，然后根据光斑在CCD摄像头的成像后的位置信息、CCD摄像头的位置信息与投影光束间的几何结构参数计算测量点的三维坐标。解决了现有的涂胶机器人不能实时调整涂胶位姿和检测跟踪系统的检测精度偏低的问题，以此提高涂胶质量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型中X轴向运动单元的结构示意图。

图3是本实用新型中Y轴向运动单元的局部放大图。

图4是本实用新型中实时检测组件的原理示意图。

附图标记为：龙门框架1、水平框架2、X轴向运动单元3、Y轴向运动单元4、Z轴向运动单元5、涂胶安装板6、激光发生器7、光束调整器8、CCD摄像头9、胶枪10、X轴水平导轨301、X轴伺服电机302、X轴主动轮303、X轴随动轮304、第一皮带305、加工平台306、第一紧固器307、Y轴水平导轨401、Y轴伺服电机402、Y轴主动轮403、Y轴随动轮404、第二皮带405、第二紧固器406、涂胶安装板407、Z轴伺服电机501、滚珠丝杆502、Z轴固定导柱503、Y轴安装板504、CCD阵列901、镜头902。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如附图1所示，一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，包括：支撑驱动组件、实时检测组件、涂胶组件和控制组件四部分。

其中，支撑驱动组件包括：龙门框架1、水平框架2、X轴向运动单元3、Y轴向运动单元4、Z轴向运动单元5和涂胶安装板6。龙门框架1由若干型材搭建而成，其形状为的“ㄇ”形；水平框架2与所述龙门框架1固定连接，水平设置；龙门框架1和水平框架2起支撑固定作用。Z轴向运动单元5和Y轴向运动单元4固定安装在所述龙门框架1的竖直和水平方向，X轴向运动单元3固定安装在所述水平框架2上；在Z轴向运动单元5的输出端固定安装有涂胶安装板6，X轴向运动单元3、Y轴向运动单元4和Z轴向运动单元5组成三维坐标系，以向量的形式进行运动，用于调整涂胶安装板6的位置。

更具体的，如附图2所示，所述X轴运动单元包括：、X轴水平导轨301、X轴伺服电机302、X轴主动轮303、X轴随动轮304、第一皮带305、加工平台306、第一紧固器307。在所述水平框架2内的竖直方向上固定安装有两个X轴水平导轨301，X轴伺服电机302固定安装在所述水平框架2一端，X轴主动轮303与所述X轴伺服电机302输出轴相连接，X轴随动轮304固定在所述水平框架2另一端，且与所述X轴主动轮303相对齐，第一皮带305套装在所述X轴主动轮303和X轴随动轮304之间，加工平台306通过直线轴承安装在所述X轴水平导轨301上，第一紧固器307设置在所述加工平台306底部中心位置，并与第一皮带305相连接，其中，所述第一紧固器307与所述第一皮带305之间无相对滑动。通过X轴伺服电机302带动皮带沿着X轴主动轮303和X轴随动轮304转动，由于所述第一紧固器307与所述第一皮带305之间无相对滑动，故带动加工平台306沿着皮带移动。

作为一个优选方案，所述Z轴运动单元包括：Z轴伺服电机501、滚珠丝杆502、Z轴固定导柱503、Y轴安装板504。在所述龙门框架1底部固定安装有两个Y轴伺服电机402；在所述龙门框架上竖直安装有两个滚珠丝杆502，且两个滚珠丝杆502分别与所述Y轴伺服电机402输出轴相连接；Z轴固定导柱503设置在所述滚珠丝杆502一侧的龙门框架1上，Y轴安装板504通过滚珠轴承与直线轴承套装在所述滚珠丝杆502和Z轴固定导柱503上。Z轴伺服电机501带动滚珠丝杆502转动，通过固定导柱的限位，将旋转运动，变为往复直线运动。

如附图3所示，其中，所述Y轴安装板504上设置有Y轴运动单元，且Y轴运动单元与X轴向运动单元3结构相同。所述Y轴运动单元包括：Y轴水平导轨401、Y轴伺服电机402、Y轴主动轮403、Y轴随动轮404、第二皮带405、第二紧固器406、涂胶安装板6。在所述Y轴安装板504的两侧固定安装有两个Y轴固定导轨；在所述Y轴安装板504一端、Y轴固定导轨的上部设置有一个Y轴伺服电机402；Y轴主动轮403与所述Y轴伺服电机402输出轴相连接；在所述Y轴安装板504另一端与Y轴主动轮403相平齐的位置设置有Y轴随动轮404；在所述Y轴主动轮403和Y轴随动轮404之间套装有一个第二皮带405；第二紧固器406固定安装在所述涂胶安装板6上，与第二皮带405相连接；且所述第二紧固器406与所述第二皮带405之间无相对滑动。通过Y轴伺服电机402带动皮带沿着Y轴主动轮403和Y轴随动轮404转动，由于所述第二紧固器406与所述第二皮带405之间无相对滑动，故带动涂胶安装板6沿着皮带移动。

实时检测组件包括：设置在涂胶安装板6一侧的激光发生器7，设置在所述激光发生器7光源输出端的光束调整器8，设置涂胶安装板6与激光发生器7同侧的CCD摄像头9。实时检测组件通过激光发生器7向待涂胶物体表面发射一束平行光束，在待涂胶物体表面上形成一个特定形状光斑，然后根据光斑在CCD摄像头9的位置信息及CCD摄像头9的位置信息与投影光束间的几何结构参数计算测量点的三维坐标。如附图4所示，M为待涂胶物体上的一个待测点，N为参考点，当激光光束以预定角度θ照射待涂胶平面，通过CCD摄像头9内部的CCD阵列901，检测两个参考点之间的X轴方向上的投影距离为ΔX，根据激光光束的预定角度θ、X轴方向上的投影距离为ΔX以及镜头902的焦距f，可以计算出M点相对于N点的Z轴投影距离为ΔZ，由于M点的空间位置不同，在CCD上的成像位置不同，由此ΔZ与ΔX之间存在

一个函数关系；而M点相对于N点在X轴和Y轴的投影距离也可根据相似三角形可求出；从而得到待涂胶区域的实际坐标集合。

作为一个优选方案，所述激光发生器7和光束调整器8组成的光源，发出的光束至少为线结构光束，优选为网络结构光束。对于线结构光束，仅能得到一个待涂胶物体上的一个剖面，需要配合一个运动机构，实现三维扫描。如果采用网络结构光束，可以直接完成视场内的三维形貌扫描。在进步实施过程中，所述激光发生器7和光束调整器8组成的组合件可在由激光发生器7、光束调整器8和CCD摄像头9组成的平面内做预定角度的旋转。一方面，用于调整预定角度θ，保证激光光斑能够在CCD摄像头9上成像；另一方面可配合线结构光束完成扫描。

涂胶组件包括：设置在涂胶安装板6的另一侧的胶枪10，设置在胶枪10上的喷嘴，以及胶枪10运动保持一致的路径跟踪装置。其中，所述Y轴向运动单元4的运动方向始终由实时检测组件一向涂胶组件一侧运动。实时检测组件的得到待涂胶区域的坐标信息后，涂胶组件可直接对待涂胶目标涂胶，保证检测过程和涂胶过程中两次Y轴向运动单元4运动方向的一致性，可进一步提高涂胶加工的精度。

控制组件，与X轴向运动单元3、Y轴向运动单元4、Z轴向运动单元5、实时检测组件和涂胶组件之间信息连接的控制终端。用于整个涂胶设备的信息输入、信息处理和信息输出。

为了方便理解位姿自纠偏式自动涂胶机器人的技术方案，对其工作流程做出简要说明：

步骤一：将待涂胶物体固定在加工平台306上，在控制终端中输入待加工物体相关参数；

步骤二：控制支撑驱动组件带动实时检测组件运动至指定位置，激光发生器7以于预定角度照射待涂胶物体的涂胶平面；

步骤三：根据CCD摄像头9成像信息，计算得到待涂胶区域的涂胶缝隙的实际坐标集合；

步骤四：控制终端以向量的形式输出信息，控制涂胶组件，以预定的速度和运动轨迹完成涂胶过程。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，包括：

支撑驱动组件，包括由若干型材搭建而成的“ㄇ”形的龙门框架，与所述龙门框架固定连接的水平框架，以及固定安装在所述龙门框架和水平框架上的X轴向运动单元、Y轴向运动单元和Z轴向运动单元；其中，在其输出端固定安装有涂胶安装板；

实时检测组件，包括设置在涂胶安装板一侧的激光发生器，设置在所述激光发生器光源输出端的光束调整器，设置涂胶安装板与激光发生器同侧的CCD摄像头；

涂胶组件，包括设置在涂胶安装板的另一侧的胶枪，设置在胶枪上的喷嘴，以及胶枪运动保持一致的路径跟踪装置；

控制组件，与X轴向运动单元、Y轴向运动单元、Z轴向运动单元、实时检测组件和涂胶组件之间信息连接的控制终端。

2.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述X轴运动单元包括：在竖直方向上固定安装在所述水平框架内的两个X轴水平导轨，固定安装在所述水平框架一端的X轴伺服电机，与所述X轴伺服电机输出轴相连接的X轴主动轮，固定在所述水平框架另一端、且与所述X轴主动轮相对齐的X轴随动轮，套装在所述X轴主动轮和X轴随动轮之间的第一皮带，通过直线轴承安装在所述X轴水平导轨上的加工平台，在所述加工平台底部中心位置设置有与第一皮带相连接的第一紧固器；其中，所述第一紧固器与所述第一皮带之间无相对滑动。

3.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述Y轴向运动单元与X轴向运动单元结构相同。

4.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述Z轴运动单元包括：固定安装在所述龙门框架底部的两个Z轴伺服电机，竖直安装在所述龙门框架上、且与所述Z轴伺服电机输出轴相连接两个滚珠丝杆，设置在所述滚珠丝杆一侧的两个Z轴固定导柱，以及通过滚珠轴承与直线轴承套装在所述滚珠丝杆和Z轴固定导柱上的Y轴安装板；其中，所述Y轴安装板上设置有Y轴运动单元。

5.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述激光发生器和光束调整器组成的组合件可在由激光发生器、光束调整器和CCD摄像头组成的平面内做预定角度的旋转。

6.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述Y轴向运动单元的运动方向始终由实时检测组件一向涂胶组件一侧运动。

7.根据权利要求1所述的位姿自纠偏式自动涂胶机器人，其特征在于，所述激光发生器和直准器组成的光源，发出的光束为线结构光束或网络结构光束。

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