CN211294467U - 一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，包含机器视觉检测装置、三维坐标机器人装置、控制系统，所述的机器视觉检测装置安装在三维坐标机器人装置上，用于检测产品特征信息，实现被检测物特征信息的采集，所述的三维坐标机器人装置根据机器视觉检测装置检测到的产品特征信息按照控制系统的指令运动到相应位置并做出执行动作，所述的控制系统控制机器视觉检测装置、三维坐标机器人装置，该教学实验平台，能够完成定位引导、字符检测、缺陷检测等工业常用检测项目的学习，PLC控制三维坐标机器人运动的学习，使学生将专业知识应用于实践，培养学生的工程实践能力，提升就业能力。

Description

一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台

技术领域

本实用新型涉及机器视觉技术领域，尤其是涉及一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台。

背景技术

机器视觉技术主要是使用计算机模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制，随着我国劳动力成本快速上涨，人口红利逐渐消失，不同类型的机器人代替人工应用到工业生产中的各个环节，以此提高生产效率，弥补劳动人口不足带来的经理下行压力，因此，机器人技术日益得到重视和广泛应用，将机器视觉技术应用到机器人技术中，能够使机器人更加智能化，适应更多工业生产现场的需求。

为适应社会人才培养需求，提升学生就业率，高校实验室急需基于机器视觉的机器人实训平台支撑人才培养，目前市场上基于机器视觉的机器人大部分针对企业和工厂，几乎没有可直接应用于实验教学的实验平台，通过设计新型基于机器视觉的机器人实训平台能够让学生了解目前工业发展情况，在实验室进行相关实战试验，培养和锻炼一批优秀的技术人员和科研人员。

实用新型内容

为了实现上述的基于机器视觉的机器人实训平台，本实用新型提出一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，该实验平台模块高度集成化、体积小巧，便于安装、检修和维护，能够实现基于机器视觉的机器人引导定位、缺陷检测、字符识别等，使学生将理论知识应用于工程实践，是高校学生进入企业大门的一把钥匙。

本实用新型采用的技术方案，包括实验平台、三维坐标机器人装置、机器视觉检测装置，所述的三维坐标机器人装置安装在实验平台上，所述的机器视觉检测装置安装在三维坐标机器人装置上。

所述的实验平台为矩形体结构，包含按钮板、接线板、电源板、可调节底座，所述的按钮板设置在实验平台上表面右下方位置，所述的接线板设置在实验平台后表面，所述的电源板设置在实验平台前表面右侧位置，电源板由电源开关构成，所述的可调节底座安装在实验平台下方。

所述的三维坐标机器人装置包含左立柱、右立柱、X轴运动机构、X轴电机、Y轴运动机构、Y轴电机、Z轴运动机构、Z轴电机、托盘，所述的左立柱安装在实验平台左侧后方位置，所述的右立柱安装在实验平台右侧后方位置，所述的X轴运动机构安装在左立柱和右立柱之间上方位置，所述的X轴电机安装在X轴运动机构左后方位置，所述的Y轴运动机构安装在实验平台上表面中间位置，所述的Y轴电机安装在实验平台内部，位于Y轴运动机构下方前侧位置，所述的Z轴运动机构安装在X轴运动机构前方中间位置，与X轴运动机构互相垂直，所述的Z轴电机安装在Z轴运动机构内部，位于Z轴运动机构上方位置，所述的托盘安装在Y轴运动机构上。

所述的机器视觉检测装置包含相机固定架、工业相机、工业镜头、光源固定架、视觉光源、磁铁固定架、磁铁、拖链，所述的相机固定架安装在Z轴运动机构前方中间位置，所述的工业相机安装在相机固定架上，所述的工业镜头连接工业相机，所述的光源固定架安装在相机固定架下方，所述的视觉光源安装在光源固定架上，所述的磁铁固定架安装在相机固定架下方，位于光源固定架下方，所述的磁铁安装在磁铁固定架上，所述的拖链放置在Z轴运动机构后方，位于X轴运动机构上方。

作为本实用新型的一种优选实施方式，还包含控制系统，所述的控制系统控制三维坐标机器人装置、机器视觉检测装置；所述的控制系统包含计算机、 PLC可编程逻辑控制器、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z 轴电机控制器，所述的计算机连接PLC可编程逻辑控制器，所述的PLC可编程逻辑控制器连接计算机、工业相机、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z轴电机控制器，所述的光源控制器控制视觉光源，所述的X轴电机控制器控制X轴电机，所述的Y轴电机控制器控制Y轴电机，所述的Z轴电机控制器控制Z轴电机。

进一步地，所述的按钮板由手动触发按钮、复位按钮、紧急停止按钮、启动/停止按钮构成，所述的复位按钮设置在手动触发按钮右侧，所述的紧急停止按钮设置在复位按钮右侧，所述的启动/停止按钮设置在紧急停止按钮右侧。

进一步地，所述的接线板由电源接口、网络接口、光源接口、通讯接口、风扇口构成，所述的网络接口设置在电源接口右侧，所述的光源接口设置在网络接口右侧，所述的通讯接口设置在光源接口右侧，所述的风扇口设置在通讯接口右侧。

进一步地，所述的光源固定架由固定面板、左固定杆、右固定杆构成，所述的固定面板安装在相机固定架，固定面板中间有凹槽，所述的左固定杆安装在固定面板凹槽内左边位置，所述的右固定杆安装在固定面板凹槽内右边位置。

进一步地，所述的视觉光源为环形光源或者条形光源。

本实用新型的有益效果：

本实用新型一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的三维坐标机器人装置安装在实验平台上，所述的机器视觉检测装置安装在三维坐标机器人装置上，该教学实验平台模块集成化、结构简单、体积小巧，提高公共资源利用率且便于安装、检修和维护，为高校实验教学提供便利。

本实用新型一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的三维坐标机器人装置、机器视觉检测装置使用的硬件都是参考工业设备的选型与布局，能够真实模拟工业现场的实际情况，使高校学生能够零距离贴近工业现场，将理论知识应用于实践。

本实用新型一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的机器视觉检测装置能够完成字符识别、缺陷检测、条码识别等典型图像处理示例，这些示例广泛应用于汽车行业、医药行业、电子产品行业、包装行业等，能够完全展现工业现场机器视觉视觉技术的应用。

本实用新型一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的三维坐标机器人装置、机器视觉检测装置相互配合，能够实现机器人视觉引导定位，在工业现场，应用机器人视觉引导定位代替人工使定位更加精确，且机器人能够适应恶劣的工作环境，提高工业现场生产效率与检测质量。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台三维结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台后方三维结构示意图；

图3为本实用新型提出的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台机器视觉检测装置结构示意图；

图4为本实用新型提出的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台控制系统流程图。

附图标记说明

100-实验平台，110-按钮板，111-手动触发按钮，112-复位按钮，113-紧急停止按钮，114-启动/停止按钮，120-接线板，121-电源接口，122-网络接口，123- 光源接口，124-通讯接口，125-风扇口，130-电源板，131-电源开关，140-可调节底座，200-三维坐标机器人装置，210-左立柱，220-右立柱，230-X轴运动机构，240-Y轴运动机构，250-Z轴运动机构，260-托盘，300-机器视觉检测装置， 310-相机固定架，320-工业相机，330-工业镜头，340-光源固定架，341-固定面板，342-左固定杆，343-右固定杆，350-磁铁固定架，360-磁铁，370-拖链。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构，比例，大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰，比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”，“下”，“左”，“右”，“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1～4所示，其示出了本实用新型的具体实施方式；本实用新型公开的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，包括实验平台100、三维坐标机器人装置200、机器视觉检测装置300、控制系统，所述的三维坐标机器人装置 200安装在实验平台100上，所述的机器视觉检测装置300安装在三维坐标机器人装置200上。

在本实用新型当中，所述的三维坐标机器人装置200安装在实验平台100 上，所述的机器视觉检测装置300安装在三维坐标机器人装置200上，该教学实验平台结构简单、体积小巧、模块集成化，便于安装、检修和维护。

如图1、图2所示，所述的实验平台100为矩形体结构，包含按钮板110、接线板120、电源板130、可调节底座140，所述的按钮板110设置在实验平台 100上表面右下方位置，所述的接线板120设置在实验平台100后表面，所述的电源板130设置在实验平台100前表面右侧位置，电源板130由电源开关131 构成，所述的可调节底座140安装在实验平台100下方。

在本实用新型当中，所述的实验平台100使用不锈钢铝型材制作，按钮板 110、接线板120设计在该教学实验平台100外侧，方便操作与连接，电源板130 上的电源开关131控制实验平台100上电源的打开与关闭，可调节底座140用于调节实验平台100的高度和水平度，确保实验结果的准确。

如图1所示，所述的三维坐标机器人装置200包含左立柱210、右立柱220、 X轴运动机构230、X轴电机、Y轴运动机构240)、Y轴电机、Z轴运动机构 250、Z轴电机、托盘260，所述的左立柱210安装在实验平台100左侧后方位置，所述的右立柱220安装在实验平台100右侧后方位置，所述的X轴运动机构230安装在左立柱210和右立柱220之间上方位置，所述的X轴电机安装在 X轴运动机构230左后方位置，所述的Y轴运动机构安240装在实验平台100 上表面中间位置，所述的Y轴电机安装在实验平台100内部，位于Y轴运动机构240下方前侧位置，所述的Z轴运动机构250安装在X轴运动机构230前方中间位置，与X轴运动机构230互相垂直，所述的Z轴电机安装在Z轴运动机构250内部，位于Z轴运动机构250上方位置，所述的托盘260安装在Y轴运动机构240上。

在本实用新型当中，左立柱210和右立柱220分别安装在实验平台100两侧，起到固定支撑的作用，所述的X轴电机用于控制X轴运动机构230左右移动，所述的Y轴电机用于控制Y轴运动机构240前后移动，所述的Z轴电机用于控制Z轴运动机构250上下移动，通过X轴运动机构230、Y轴运动机构240、 Z轴运动机构250实现空间位置定位，所述的托盘260被分为检测区与结果放置区，检测区放置待检测产品，当机器视觉检测装置300完成检测，控制系统根据检测结果发送指令给三维坐标机器人装置200，三维坐标机器人装置200根据指令运动到相应位置，磁铁360将产品放置到正确位置，这就实现了一个简单的机器视觉引导定位案例。

如图3所示，所述的机器视觉检测装置300包含相机固定架310、工业相机320、工业镜头330、光源固定架340、视觉光源、磁铁固定架350、磁铁360、拖链370，所述的相机固定架310安装在Z轴运动机构250前方中间位置，所述的工业相机320安装在相机固定架310上，所述的工业镜头330连接工业相机 320，所述的光源固定架350安装在相机固定架310下方，所述的视觉光源安装在光源固定架350上，所述的磁铁固定架350安装在相机固定架310下方，位于光源固定架340下方，所述的磁铁360安装在磁铁固定架350上，所述的拖链370放置在Z轴运动机构250后方，位于X轴运动机构230上方。

在本实用新型当中，所述的相机固定架310使用螺钉固定在Z轴运动机构 250上，光源固定架340安装固定在相机固定架310下方，所述的工业相机320 通过螺钉安装在相机固定架310上，所述的工业镜头330连接工业相机320，工业相机320用于采集产品数据，所述的视觉光源通过螺钉安装在光源固定架340 上，为工业相机320采集产品数据提供光照，使产品数据更加准确，所述的拖链370用于将工业相机320和视觉光源上的连接线整理起来，使整个实验平台整洁有序，避免因连接线乱放引起的意外情况，所述的磁铁360将产品拿起并放置在正确位置。

如图4所示，作为本实用新型的一种优选实施例，还包含控制系统，所述的控制系统控制三维坐标机器人装置200、机器视觉检测装置300；所述的控制系统包含计算机、PLC可编程逻辑控制器、光源控制器、X轴电机控制器、Y 轴电机控制器、Z轴电机控制器，所述的计算机连接PLC可编程逻辑控制器，所述的PLC可编程逻辑控制器连接计算机、工业相机320、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z轴电机控制器，所述的光源控制器控制视觉光源，所述的X轴电机控制器控制X轴电机，所述的Y轴电机控制器控制Y轴电机，所述的Z轴电机控制器控制Z轴电机。本实用新型公开的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的三维坐标机器人装置、机器视觉检测装置、控制系统包含PLC应用、电机控制、机器视觉图像处理等专业知识的应用，通过该教学实验平台，能够帮助同学们更好的理解学习相关专业课程的实际应用，更加深刻的理解学习专业知识。

在本实用新型当中，所述的计算机连接PLC可编程逻辑控制器，计算机与 PLC可编程逻辑控制器之间进行数据接收与发送，所述的PLC可编程逻辑控制器控制工业相机、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z轴电机控制器，X轴电机控制器控制X轴电机的速度，Y轴电机控制器控制Y轴电机的速度，Z轴电机控制器控制Z轴电机的速度，光源控制器控制视觉光源的亮度及开关。

优选的，如图1所示，所述的按钮板110由手动触发按钮111、复位按钮112、紧急停止按钮113、启动/停止114按钮构成，所述的复位按钮112设置在手动触发按钮111右侧，所述的紧急停止按钮113设置在复位按钮112右侧，所述的启动/停止按钮114设置在紧急停止按钮113右侧。

优选的，如图2所示，所述的接线板120由电源接口121、网络接口122、光源接口123、通讯接口124、风扇口125构成，所述的网络接口122设置在电源接口121右侧，所述的光源接口123设置在网络接口122右侧，所述的通讯接口124设置在光源接口123右侧，所述的风扇口125设置在通讯接口124右侧。

优选的，如图3所示，所述的光源固定架340由固定面板341、左固定杆 342、右固定杆343构成，所述的固定面板341安装在相机固定架310，固定面板341中间有凹槽，所述的左固定杆342安装在固定面板341凹槽内左边位置，所述的右固定杆343安装在固定面板341凹槽内右边位置，左固定杆342和右固定杆343能够在固定面板341凹槽内移动，根据视觉光源大小调整位置。

优选的，所述的视觉光源为环形光源或者条形光源，当安装环形光源时，环形光源固定在左固定杆342和右固定杆343之间，当安装条形光源时，应分别安装在左固定杆342和右固定杆343上，确保视野范围内光照均匀。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，其特征在于:包括实验平台(100)、三维坐标机器人装置(200)、机器视觉检测装置(300)，所述的三维坐标机器人装置(200)安装在实验平台(100)上，所述的机器视觉检测装置(300)安装在三维坐标机器人装置(200)上；

所述的实验平台(100)为矩形体结构，包含按钮板(110)、接线板(120)、电源板(130)、可调节底座(140)，所述的按钮板(110)设置在实验平台(100)上表面右下方位置，所述的接线板(120)设置在实验平台(100)后表面，所述的电源板(130)设置在实验平台(100)前表面右侧位置，电源板(130)由电源开关(131)构成，所述的可调节底座(140)安装在实验平台(100)下方；

所述的三维坐标机器人装置(200)包含左立柱(210)、右立柱(220)、X轴运动机构(230)、X轴电机、Y轴运动机构(240)、Y轴电机、Z轴运动机构(250)、Z轴电机、托盘(260)，所述的左立柱(210)安装在实验平台(100)左侧后方位置，所述的右立柱(220)安装在实验平台(100)右侧后方位置，所述的X轴运动机构(230)安装在左立柱(210)和右立柱(220)之间上方位置，所述的X轴电机安装在X轴运动机构(230)左后方位置，所述的Y轴运动机构(240)安装在实验平台(100)上表面中间位置，所述的Y轴电机安装在实验平台(100)内部，位于Y轴运动机构(240)下方前侧位置，所述的Z轴运动机构(250)安装在X轴运动机构(230)前方中间位置，与X轴运动机构(230)互相垂直，所述的Z轴电机安装在Z轴运动机构(250)内部，位于Z轴运动机构(250)上方位置，所述的托盘(260)安装在Y轴运动机构(240)上；

所述的机器视觉检测装置(300)包含相机固定架(310)、工业相机(320)、工业镜头(330)、光源固定架(340)、视觉光源、磁铁固定架(350)、磁铁(360)、拖链(370)，所述的相机固定架(310)安装在Z轴运动机构(250)前方中间位置，所述的工业相机(320)安装在相机固定架(310)上，所述的工业镜头(330)连接工业相机(320)，所述的光源固定架(340)安装在相机固定架(310)下方，所述的视觉光源安装在光源固定架(340)上，所述的磁铁固定架(350)安装在相机固定架(310)下方，位于光源固定架(340)下方，所述的磁铁(360)安装在磁铁固定架(350)上，所述的拖链(370)放置在Z轴运动机构(250) 后方，位于X轴运动机构(230)上方。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，其特征在于：还包含控制系统，所述的控制系统控制三维坐标机器人装置(200)、机器视觉检测装置(300)；

所述的控制系统包含计算机、PLC可编程逻辑控制器、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z轴电机控制器，所述的计算机连接PLC可编程逻辑控制器，所述的PLC可编程逻辑控制器连接计算机、工业相机(320)、光源控制器、X轴电机控制器、Y轴电机控制器、Z轴电机控制器，所述的光源控制器控制视觉光源，所述的X轴电机控制器控制X轴电机，所述的Y轴电机控制器控制Y轴电机，所述的Z轴电机控制器控制Z轴电机。

3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的按钮板(110)由手动触发按钮(111)、复位按钮(112)、紧急停止按钮(113)、启动/停止按钮(114)构成，所述的复位按钮(112)设置在手动触发按钮(111)右侧，所述的紧急停止按钮(113)设置在复位按钮(112)右侧，所述的启动/停止按钮(114)设置在紧急停止按钮(113)右侧。

4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的接线板(120)由电源接口(121)、网络接口(122)、光源接口(123)、通讯接口(124)、风扇口(125)构成，所述的网络接口(122)设置在电源接口(121)右侧，所述的光源接口(123)设置在网络接口(122)右侧，所述的通讯接口(124)设置在光源接口(123)右侧，所述的风扇口(125)设置在通讯接口(124)右侧。

5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的光源固定架(340)由固定面板(341)、左固定杆(342)、右固定杆(343)构成，所述的固定面板(341)安装在相机固定架(310)，固定面板(341)中间有凹槽，所述的左固定杆(342)安装在固定面板(341)凹槽内左边位置，所述的右固定杆(343)安装在固定面板(341)凹槽内右边位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的三维机器人教学实验平台，所述的视觉光源为环形光源或者条形光源。

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