CN215401704U - 一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，包括拾取装置、视觉系统和控制装置，拾取装置、视觉系统分别通信连接于控制装置；拾取装置包括驱动组件和至少两个拾取部件，且各拾取部件沿X向、Y向保持矩阵状分布，X向垂直于Y向；控制装置用于接收视觉系统的拍摄结果，并根据拍摄结果控制驱动组件运行，以使驱动组件带动拾取部件沿X向和/或Y向移动。采用视觉系统可以拍摄物料图形，且拾取部件之间的位置关系是可调节的，可按需调整拾取部件的位置，使得足够多的拾取部件集中到物料所在位置拾取物料，确保对物料的拾取能力，降低物料掉落的可能性。由于拾取部件呈矩阵状分布，排布的规则性较高，便于位置的规划。

Description

一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统

技术领域

本实用新型涉及物料分拣技术领域，特别涉及一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统。

背景技术

目前的许多物料拾取系统中，用于拾取物料的拾取部件的拾取物料的位置是确定的，这就导致不能对不同形状或者重量的物料适应性提供足够的拾取力，物料掉落风险较大，容易造成安全事故。

因此，如何降低落料风险，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，可降低落料风险。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，包括拾取装置、视觉系统和控制装置，所述拾取装置、所述视觉系统分别通信连接于所述控制装置；

所述拾取装置包括驱动组件和至少两个拾取部件，且各所述拾取部件沿X向、Y向保持矩阵状分布，所述X向垂直于所述Y向；

所述控制装置用于接收所述视觉系统的拍摄结果，并根据所述拍摄结果控制所述驱动组件运行，以使所述驱动组件带动所述拾取部件沿所述X向和/或所述Y向移动。

优选地，所述拾取装置还包括滑块和两个连杆组件，所述连杆组件包括沿着线性方向依次设置的连杆结构，且其中一个所述连杆组件中，所述线性方向为所述X向，各所述连杆结构分别构成X轴连杆，另一个所述连杆组件中，所述线性方向为所述Y向，各所述连杆结构分别构成Y轴连杆；

各所述拾取部件分别固定于对应的所述滑块上，各所述滑块呈矩阵状分布，在所述X向上位置相同的各所述滑块均滑动连接于同一所述X轴连杆，在所述Y向上位置相同的各所述滑块均滑动连接于同一所述Y轴连杆；

所述驱动组件包括分别连接于两个所述连杆组件的驱动装置，以分别驱动所述X轴连杆沿所述X向移动，以及驱动所述Y轴连杆沿所述Y向移动。

优选地，至少一个所述连杆组件中：

所述连杆结构为至少两个，其中部分所述连杆结构连接于对应的所述驱动装置，以作为主动连杆，各所述连杆结构通过联动结构连接于一体，以使各所述连杆结构在所述联动结构的传动下同时运动。

优选地，所述联动结构包括若干个联动杆，所述联动杆两两铰接形成转动副，各所述转动副沿着对应的所述连杆组件中所述连杆结构的移动方向依次设置，相邻所述转动副对应铰接以形成平行四边形联动结构，所述平行四边形联动结构的两个相对的端点分别为两个所述转动副内的中心铰接点；各所述中心铰接点与各所述连杆结构对应连接。

优选地，所述驱动装置包括旋转驱动器，所述旋转驱动器通过丝杠螺母组件连接于对应的所述主动连杆。

优选地，还包括机壳，各所述X轴连杆均滑动连接于所述机壳上沿所述X向延伸的滑道上；和/或，各所述Y轴连杆均滑动连接于所述机壳上沿所述Y向延伸的滑道上。

优选地，还包括机壳；

所述机壳上固定设置X轴定位座，所述X轴定位座上固定设置沿所述Y向延伸的X轴定位杆，所述X轴定位杆上滑动连接若干个X轴定位块，各所述X轴定位块分别滑动连接各所述Y轴连杆；

和/或，所述机壳上固定设置Y轴定位座，所述Y轴定位座上固定设置沿所述X向延伸的Y轴定位杆，所述Y轴定位杆上滑动连接若干个Y轴定位块，各所述Y轴定位块分别滑动连接各所述X轴连杆。

优选地，所述拾取部件为吸盘。

优选地，各所述拾取部件分别通信连接于所述控制装置，以通过所述控制装置分别控制各所述拾取部件的启停。

本实用新型提供的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，包括拾取装置、视觉系统和控制装置，拾取装置、视觉系统分别通信连接于控制装置；拾取装置包括驱动组件和至少两个拾取部件，且各拾取部件沿X向、Y向保持矩阵状分布，X向垂直于Y向；控制装置用于接收视觉系统的拍摄结果，并根据拍摄结果控制驱动组件运行，以使驱动组件带动拾取部件沿X向和/或Y向移动。

采用视觉系统可以拍摄物料图形，且拾取部件之间的位置关系是可调节的，具体可以根据物料图形以及物料的重量调整拾取部件的位置，使得足够多的拾取部件集中到物料所在位置拾取物料，确保对物料的拾取能力，降低物料掉落的可能性。另外，由于拾取部件呈矩阵状分布，排布的规则性较高，便于位置的规划。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供物料拾取系统的主视图；

图2为本实用新型所提供物料拾取系统的仰视图；

图3为本实用新型所提供物料拾取系统的侧视图；

图4为本实用新型所提供物料拾取系统的第一轴测图；

图5为本实用新型所提供物料拾取系统的第二轴测图；

图6为本实用新型所提供物料拾取系统的局部结构图；

图7为本实用新型所提供物料拾取系统的定位杆部分的结构图；

图8为本实用新型所提供物料拾取系统的联动结构部分的结构图；

图9为本实用新型所提供物料拾取系统的连杆组件的结构图；

图10为本实用新型所提供物料拾取系统在使用时，拾取部件未调整位置之前的物料、拾取部件位置关系图；

图11为本实用新型所提供物料拾取系统在使用时，拾取部件调整位置后的物料、拾取部件位置关系图；

图12为本实用新型所提供物料拾取系统的控制部分的示意图。

附图标记:

拾取部件1；

滑块2；

机壳3，滑道31，X轴定位块32，X轴定位杆33，X轴定位座34；

旋转驱动器4，丝杠螺母组件41，X轴驱动器42，Y轴驱动器43；

联动结构5，联动杆51，中心铰接点52，平行四边形联动结构53；

连杆组件6，X轴连杆61，Y轴连杆62，主动连杆63；

视觉系统7；

PLC8；

拾取装置9；

工业机器人10。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，可降低落料风险。

本实用新型所提供基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统具体实施例一，请参考图1至图12，包括拾取装置9、视觉系统7和控制装置。拾取装置9、视觉系统7分别通信连接于控制装置。

拾取装置9包括驱动组件和至少两个拾取部件1，且各拾取部件1沿X向、Y向保持矩阵状分布，X向垂直于Y向。具体地，X向、Y向和Z向两两垂直，拾取装置9沿Z向移动，Z向具体可为竖直方向，使用时，物料位于拾取装置9下方。

本实施例中，如图2所示，拾取部件1为16个，呈4×4矩阵状排布。当然，在其他实施例中，拾取部件1也可以为其他数量，相应地，排列方式也可以进行其他设置，例如，拾取部件1为15个，呈3×5矩阵状排布，又或者，拾取部件1为9个，呈1×9矩阵状排布，或者3×3矩阵状排布。

其中，由于拾取部件1始终保持矩阵状排布，则相应地，在X向上位置相同、即同一排的拾取部件1同步运动，在Y向上位置相同、即同一排的拾取部件1同步运动。

其中，在X向上设置至少两排拾取部件1时，每相邻两排拾取部件1之间排间距可以全部相同，也可以并不是全部相同的；在Y向上设置至少两排拾取部件1时，每相邻两排拾取部件1之间排间距可以全部相同，也可以并不是全部相同的。

控制装置用于接收视觉系统7的拍摄结果，并根据拍摄结果控制驱动组件运行，以使驱动组件带动拾取部件1沿X向和/或Y向移动。其中，视觉系统7应用视觉检测技术，可以获取物料的形状、重心位置、角度等特征数据，通过视觉算法合理计算物料的位置，提高拾取装置9抓取精度。

本实施例中，如图10和图11所示，采用视觉系统7可以拍摄物料图形，且拾取部件1之间的位置关系是可调节的，具体可以根据物料图形以及物料的重量调整拾取部件1的位置，使得足够多的拾取部件1集中到物料所在位置拾取物料S，确保对物料S的拾取能力，降低物料掉落的可能性。另外，由于拾取部件1呈矩阵状分布，排布的规则性较高，便于位置的规划。

进一步地，如图6和图9所示，拾取装置9还包括滑块2和两个连杆组件6。连杆组件6包括沿着线性方向依次设置的连杆结构。具体地，连杆结构为直杆。其中一个连杆组件6中，线性方向为X向，各连杆结构分别构成X轴连杆61；另一个连杆组件6中，线性方向为Y向，各连杆结构分别构成Y轴连杆62。

各拾取部件1分别固定于对应的滑块2上，各滑块2呈矩阵状分布，从而使得拾取部件1呈矩阵状排布。如图2所示，在X向上位置相同的各滑块2均滑动连接于同一X轴连杆61，在Y向上位置相同的各滑块2均滑动连接于同一Y轴连杆62。另外，如图2所示，驱动组件包括分别连接于两个连杆组件6的驱动装置，以分别驱动X轴连杆61沿X向移动，以及驱动Y轴连杆62沿Y向移动。

本实施例中，由于X向上或者Y向上位置相同的拾取部件1，连接在同一个连杆结构上，通过驱动连杆结构，即可带动X向上或者Y向上位置相同的拾取部件1同步运动，可以减少对驱动器的数量需求，无需每个拾取部件1分别连接一个驱动器，且能够保证X向上或者Y向上位置相同的拾取部件1运动的同步性。

进一步地，至少一个连杆组件6中，连杆结构为至少两个。如本实施例中，两个连杆组件6中均有至少两个连杆结构。

具体如图8所示，在连杆结构为X轴连杆61的连杆组件6中，部分连杆结构连接于驱动组件，以作为主动连杆63，如本实施例中，两个X轴连杆61为主动连杆63，其他实施例中，也可以使得一个X轴连杆61为主动连杆63。同时，所有X轴连杆61之间通过联动结构5连接。当驱动组件驱动X轴连杆61中的主动连杆63沿X向移动时，在联动结构5的带动下，其他X轴连杆61也同时运动。其中，一个连杆组件6中的连杆结构同时运动时，不同的连杆结构的运动方向和速度大小可以相同，也可以不同。

当然，另一个Y轴连杆62构成的连杆组件6中，也可以进行相同的联动设置，使得驱动组件驱动Y轴连杆62中的主动连杆63沿Y向移动时，通过对应的联动结构5使得所有Y轴连杆62同时运动。

本实施例中，采用联动结构5实现连杆组件6中连杆结构的联动，能够进一步简化驱动组件的设置。

进一步地，如图8所示，联动结构5包括若干个联动杆51，联动杆51两两铰接形成转动副。各转动副沿着对应的连杆组件6中连杆结构的移动方向依次设置，相邻转动副对应铰接以形成平行四边形联动结构53，平行四边形联动结构53的两个相对的端点分别为两个转动副内的中心铰接点52。各中心铰接点52与各连杆结构对应连接。采用平行四边形联动结构53，联动运动的平稳性较高，另外，当所有平行四边形联动结构53均设置为相同的结构时，连杆组件6中的各连杆结构的运动速度大小相同。

进一步地，如图5和图8所示，驱动装置包括旋转驱动器4，旋转驱动器4通过丝杠螺母组件41连接于对应的主动连杆63。其中，旋转驱动器4为步进电机。本实施例中，具体包括两个旋转驱动器4，分别作为驱动X轴连杆61沿X向移动的X轴驱动器42和驱动Y轴连杆62沿Y向移动的Y轴驱动器43。当然，在其他实施例中，还可以通过气缸等驱动设备实现X轴连杆61或者Y轴连杆62的移动。

进一步地，如图1和图4所示，物料拾取系统还包括机壳3，各X轴连杆61均滑动连接于机壳3上沿X向延伸的滑道31上。各Y轴连杆62均滑动连接于机壳3上沿Y向延伸的滑道31上。通过滑道31的限位，能够提高连杆结构移动的平稳性。另外，视觉系统7、驱动组件均可以连接在机壳3的外表面上。

进一步地，如图6和图7所示，机壳3上固定设置X轴定位座34，X轴定位座34上固定设置沿Y向延伸的X轴定位杆33，X轴定位杆33上滑动连接若干个X轴定位块32，各X轴定位块32分别滑动连接各Y轴连杆62。在其他实施例中，机壳3上还固定设置Y轴定位座，Y轴定位座上固定设置沿X向延伸的Y轴定位杆，Y轴定位杆上滑动连接若干个Y轴定位块，各Y轴定位块分别滑动连接各X轴连杆61。才采用定位杆可以与滑槽配合，可以提高连杆结构运动的平稳性。

进一步地，如图3所示，拾取部件1为吸盘，适用于表面平滑的物料，以确保吸盘真空检测压力足够。在其他实施例中，拾取部件1还可以为夹爪。

进一步地，各拾取部件1分别通信连接于控制装置，以通过控制装置分别控制各拾取部件1的启停。本实施例中，拾取部件1为吸盘，相应地，控制装置通过控制各个吸盘所连接的电磁阀，以提供开气和关气信号，以实现吸盘的启停控制。

本实施例所提供的物料拾取系统，其工作时，部件之间的控制关系具体可以参考图12：

PLC8与视觉系统7之间：视觉系统7向PLC8发送物料拍摄结果A1，PLC8向视觉系统7发送视觉控制信息A2；

PLC8与工业机器人10之间：PLC8接收工业机器人10的反馈信息D1，工业机器人10向PLC8发送控制信息，其中拾取装置9设置在工业机器人10上；

工业机器人10与视觉系统7之间：PLC8向工业机器人10发送物料的图像信息F3；

PLC8与X轴驱动器42之间：PLC8向X轴驱动器42发送控制信息B2，以调整X轴连杆61位置；

PLC8与Y轴驱动器43之间：PLC8向Y轴驱动器43发送控制信息C2，以调整Y轴连杆62位置；

PLC8与拾取装置9之间：PLC8接收拾取装置9的真空检测结果E1,向拾取装置9发送吸盘开关控制信号E2；

其中，控制装置可以由PLC8、工业机器人10中等设备中的控制部共同构成。

本实施例提供的物料拾取系统，具备基于视觉检测的机器人自适应矩阵式吸盘控制装置，融合机器视觉、PLC8和工业机器人10的智能控制系统，通过工业以太网可以实时交互通信数据。针对不同形态的物料，机器视觉进行物料形状、位置、角度等特征数据。一方面将角度数据发送给机器人，机器人接收到角度后调整吸盘工具的角度姿态；另一方面通过视觉算法计算出机器人吸持物料的合适位置，并将计算数据发送给PLC8控制器，PLC8根据视觉检测数据控制相应步进电机，使吸盘装置调整合适的行列间距，达到正确吸持物料的姿态，可以应用于物料搬运分拣作业。同时，每个吸盘可以单独控制开启与关气，可根据物料的形状达到自适应改变矩阵式吸盘装置形态、灵活控制吸盘开关信号，以达到吸持较重物料的目的，解决了中吸盘工具单一化而造成了机器人吸持较重物料重心不稳、物料掉落的问题，提高了不同形态的较重物料搬运分拣作业可靠性、稳定性，且提高了机器人作业效率。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的物料拾取系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，包括拾取装置(9)、视觉系统(7)和控制装置，所述拾取装置(9)、所述视觉系统(7)分别通信连接于所述控制装置；

所述拾取装置(9)包括驱动组件和至少两个拾取部件(1)，且各所述拾取部件(1)沿X向、Y向保持矩阵状分布，所述X向垂直于所述Y向；

所述控制装置用于接收所述视觉系统(7)的拍摄结果，并根据所述拍摄结果控制所述驱动组件运行，以使所述驱动组件带动所述拾取部件(1)沿所述X向和/或所述Y向移动。

2.根据权利要求1所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，所述拾取装置(9)还包括滑块(2)和两个连杆组件(6)，所述连杆组件(6)包括沿着线性方向依次设置的连杆结构，且其中一个所述连杆组件(6)中，所述线性方向为所述X向，各所述连杆结构分别构成X轴连杆(61)，另一个所述连杆组件(6)中，所述线性方向为所述Y向，各所述连杆结构分别构成Y轴连杆(62)；

各所述拾取部件(1)分别固定于对应的所述滑块(2)上，各所述滑块(2)呈矩阵状分布，在所述X向上位置相同的各所述滑块(2)均滑动连接于同一所述X轴连杆(61)，在所述Y向上位置相同的各所述滑块(2)均滑动连接于同一所述Y轴连杆(62)；

所述驱动组件包括分别连接于两个所述连杆组件(6)的驱动装置，以分别驱动所述X轴连杆(61)沿所述X向移动，以及驱动所述Y轴连杆(62)沿所述Y向移动。

3.根据权利要求2所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，至少一个所述连杆组件(6)中：

所述连杆结构为至少两个，其中部分所述连杆结构连接于对应的所述驱动装置，以作为主动连杆(63)，各所述连杆结构通过联动结构(5)连接于一体，以使各所述连杆结构在所述联动结构(5)的传动下同时运动。

4.根据权利要求3所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，所述联动结构(5)包括若干个联动杆(51)，所述联动杆(51)两两铰接形成转动副，各所述转动副沿着对应的所述连杆组件(6)中所述连杆结构的移动方向依次设置，相邻所述转动副对应铰接以形成平行四边形联动结构(53)，所述平行四边形联动结构(53)的两个相对的端点分别为两个所述转动副内的中心铰接点(52)；各所述中心铰接点(52)与各所述连杆结构对应连接。

5.根据权利要求3所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，所述驱动装置包括旋转驱动器(4)，所述旋转驱动器(4)通过丝杠螺母组件(41)连接于对应的所述主动连杆(63)。

6.根据权利要求2至5任一项所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，还包括机壳(3)，各所述X轴连杆(61)均滑动连接于所述机壳(3)上沿所述X向延伸的滑道(31)上；和/或，各所述Y轴连杆(62)均滑动连接于所述机壳(3)上沿所述Y向延伸的滑道(31)上。

7.根据权利要求2至5任一项所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，还包括机壳(3)；

所述机壳(3)上固定设置X轴定位座(34)，所述X轴定位座(34)上固定设置沿所述Y向延伸的X轴定位杆(33)，所述X轴定位杆(33)上滑动连接若干个X轴定位块(32)，各所述X轴定位块(32)分别滑动连接各所述Y轴连杆(62)；

和/或，所述机壳(3)上固定设置Y轴定位座，所述Y轴定位座上固定设置沿所述X向延伸的Y轴定位杆，所述Y轴定位杆上滑动连接若干个Y轴定位块，各所述Y轴定位块分别滑动连接各所述X轴连杆(61)。

8.根据权利要求1至5任一项所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，所述拾取部件(1)为吸盘。

9.根据权利要求1至5任一项所述的基于视觉检测的自适应矩阵式物料拾取系统，其特征在于，各所述拾取部件(1)分别通信连接于所述控制装置，以通过所述控制装置分别控制各所述拾取部件(1)的启停。

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