CN216386326U - 一种用于机械臂末端的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种用于机械臂末端的图像采集装置，属于轨道车辆检测技术领域，该采集装置包含相机及光源安装盒体、面阵相机及光源模块和深度相机及光源模块，面阵相机及光源模块和深度相机及光源模块安装在相机及光源安装盒体内。解决了以往轨道车辆车底检测设备图像采集装置体积过大，运动轨迹受限；惯性过大，机械臂停止动作后末端相机盒抖动问题以及相机旋转引起的接线口松动及接触不良的问题。本装置可对轨道车辆车底结构进行拍照，获取满足故障识别要求图像信息，与传统图像采集装置相比，取消激光雷达及线性模组，最大限度减少图像采集装置的体积和重量，便于控制运动轨迹接近拍摄物体，且可减轻图像采集装置行止引起的机械臂抖动问题。

Description

一种用于机械臂末端的图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于机械臂末端的图像采集装置，属于轨道车辆检测技术领域。

背景技术

随着铁路建设的发展，轨道车辆的故障检测方式也逐渐从人工检测向机器自动检测转变。使用自动检测设备对轨道车辆底部结构进行故障检测时，需要获取各故障高发点的照片，高铁等轨道车辆底部结构一般较为复杂，需要用到相机与机械臂组合的图像采集装置进行拍照，以便获取合适位置和角度的图像进行故障识别。

目前国内的检测设备一般在机械臂末端安装一个相机盒，盒内设有相机和光源，相机盒外安装有数个激光雷达避障模块，有的还在相机盒上设置了直线平移模块，虽然可以实现拍照及避障功能，但是安装以上设备后相机盒体积和重量也相应增大，对机械臂的负载要求增加；机械臂带动相机盒完成一个动作后，由于相机盒惯性过大，经常发生机械臂停止运动，但是相机盒不停抖动的现象，不仅影响拍照质量，长期抖动也会对机械臂的性能造成影响；而且相机盒的体积过大，运动轨迹受限，导致个别部位无法接近，不利于拍照；另外机械臂带动相机盒拍照时有大量的旋转动作，旋转时相机的接线口由于缺少保护经常容易发生接线口松动、接触不良问题。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于机械臂末端的图像采集装置，在保证拍照及避障功能前提下，减少了拍照装置的体积及重量，解决以往轨道车辆车底检测设备图像采集装置体积过大，运动轨迹受限；惯性过大，机械臂停止动作后末端相机盒抖动问题，并解决相机旋转引起的接线口松动及接触不良的问题。

本实用新型提出一种用于机械臂末端的图像采集装置，包含相机光源安装盒体、面阵相机光源模块和深度相机光源模块，所述面阵相机光源模块和深度相机光源模块安装在相机光源安装盒体内。

优选地，所述图像采集装置还包括安全触边，安全触边安装在上盖板顶部左右边的两侧，所述安全触边为一种橡胶带状的压敏开关。

优选地，所述相机光源安装盒体包括相机光源安装架、前面板、上盖板、侧板、深度相机安装座和可拆卸的底板，所述相机光源安装架、前面板、上盖板、侧板和深度相机安装座焊接在一起，所述底板螺接安装。

优选地，所述相机光源安装盒体分为上下两层，上下层呈阶梯状错落布置，通过相机光源安装架隔成上下两个腔体，且相机光源安装盒体高度沿机械臂末端向前的方向呈前低后高形式。

优选地，所述相机光源安装架横截面为L形，互相垂直的两个平面上开有数个减重孔。

优选地，所述前面板上开有数个相机光源视窗，该视窗为圆形或长条形镂空结构，同时前面板上开有数个取声孔。

优选地，所述深度相机安装座横截面为L形，一侧焊接在相机光源安装架的下表面，另一侧开有深度相机光源模块安装用的长圆孔。

优选地，所述面阵相机光源模块采用面阵3D相机，其安装在相机光源安装盒体的上部腔体内，通过面阵相机安装螺钉将面阵3D相机螺接固定在相机光源安装架的上表面。

优选地，所述深度相机光源模块采用相机及光源一体化集成的实感相机，所述深度相机光源模块安装在相机光源安装盒体下腔前半部分，螺接固定在深度相机安装座上，通过相机光源视窗对前方物体进行拍摄。

优选地，所述的用于机械臂末端的图像采集装置还包括相机线缆和线缆防护装置，面阵相机光源模块中的相机引出的电缆、深度相机光源模块中的相机引出的电缆光源模块和安全触边引出的线缆在相机光源安装盒体内组合成相机线缆，所述线缆防护装置用于保护相机线缆；所述线缆防护装置设置在相机光源安装盒体下腔后半部分，包含护线圈、护线槽和尼龙扎带；所述相机光源安装架上设置有穿线孔，护线圈采用橡胶材料，安装在相机光源安装架穿线孔内，护线圈中间带有与线缆规格匹配的开孔，护线圈包括圆形护线圈和长腰护线圈，穿过单根线缆时采用圆形护线圈，多根线缆时采用长腰护线圈，在靠近圆形护线圈和长腰护线圈的开孔对应处各设置一个护线槽，所述护线槽横截面为M形，顶部带有与线缆规格匹配的圆形凹槽，护线槽的顶部左右两侧设置有捆扎孔，尼龙扎带穿过捆扎孔将相机线缆捆扎固定，护线槽两底边与相机及光源安装架下表面焊接。

本实用新型所述的用于机械臂末端的图像采集装置的有益效果为：

1、本装置可对轨道车辆车底结构进行拍照，获取满足故障识别要求的2D、3D图像信息，与传统图像采集装置相比，取消激光雷达及线性模组，最大限度减少图像采集装置的体积和重量，便于控制运动轨迹接近拍摄物体，并且可以减轻图像采集装置行止引起的机械臂抖动问题。

2、本装置采用深度相机模组进行主动避障，安全触边进行被动避障，可对深度相机视觉盲区进行避障，最大程度减少干涉发生可能。

3、本装置采用了线缆防护装置，面阵相机光源模块(2)中的相机引出的线缆及安全触边引出的线缆并非直接引出，而是先进入相机光源安装盒体，线缆穿过长腰护线圈进入盒体时先通过护线槽、尼龙扎带、橡胶垫组合进行固定，使线缆接头与相机光源安装盒体相对静止，不会因盒体长期旋转而产生接线口松动或接触不良，解决了图像采集装置旋转运动引起的相机接线口松动及接触不良问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1为本实用新型所述的用于机械臂末端的图像采集装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的用于机械臂末端的图像采集装置的前视图；

图3为本实用新型所述的用于机械臂末端的图像采集装置的后视图；

图4为本实用新型所述的用于机械臂末端的图像采集装置的内部视图；

其中，1-相机光源安装盒体，2-面阵相机光源模块，3-深度相机光源模块，4-安全触边， 5-线缆防护装置，6-机械臂，7-相机线缆，101-相机光源安装架，102-前面板，103-上盖板， 104-侧板，105-深度相机安装座，106-可拆卸的底板，107-配装孔，108-减重孔，109-底板安装螺钉，110-取声孔，111-相机光源视窗，21-面阵相机安装螺钉，51-圆形护线圈，52- 长腰护线圈，53-护线槽，54-尼龙扎带，55-橡胶垫。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-4说明本实施方式。本实施方式所述的一种用于机械臂末端的图像采集装置，主要包含相机光源安装盒体1，面阵相机光源模块2，深度相机光源模块3，安全触边4和线缆防护装置5。所述用于机械臂末端的图像采集装置安装在机械臂6 的末端。

所述相机光源安装盒体1分为上下两层，上下层呈阶梯状错落布置，通过相机光源安装架101隔成上下两个腔体，且相机光源安装盒体1高度沿机械臂末端向前的方向呈前低后高形式，最大程度减小盒体体积。

所述相机光源安装盒体1由相机光源安装架101、前面板102、上盖板103、侧板104、深度相机安装座105、可拆卸的底板106组成；其中相机光源安装架101、前面板102、上盖板103、侧板104、深度相机安装座105组焊而成，底板106螺接安装；所述相机光源安装架101横截面为L形，互相垂直的两个平面上开有数个减重孔108，减重孔108同时兼有散热功能，较长平面为相机安装固定底面，该面开有穿线孔及相机安装用螺栓孔，较短平面开有穿线孔、减重孔108及与机械臂螺接固定用的配装孔107，同时相机光源安装架101的下表面焊接有深度相机安装座105；所述前面板102上开有数个相机光源视窗111，该视窗为圆形或长条形镂空结构，相机通过视窗进行拍照获取图像，同时前面板102上开有数个取声孔110，相机可通过该孔获取声控信息；所述上盖板103横截面为门型结构，顶部在安装安全触边4的附近开孔，以便安全触边4进行接线布线；所述侧板104共有两件，侧板104下边缘局部带有向内折弯板，折弯板上开有用于底板106安装的螺纹孔；所述深度相机安装座105横截面为L形，一侧焊接在相机光源安装架101的下表面，另一侧开有深度相机光源模块3安装用的长圆孔；所述底板106为一开有螺栓孔的平板，通过底板安装螺钉109螺接固定，并且靠近深度相机光源模块3附近开有数个取声孔110。

所述面阵相机光源模块2采用面阵3D相机，安装在相机光源安装盒体1的上部腔体内，相机及光源一体化集成，较传统分体式相机光源结构，重量及体积都有减少，通过面阵相机安装螺钉21将相机螺接固定在相机光源安装架101的上表面，该相机可采集拍摄对象的2D、3D图像信息，该相机通过远端控制器控制进行拍照，并将获取的图像上传，用于故障识别。

所述深度相机光源模块3采用相机及光源一体化集成的实感相机，较传统分体式相机光源结构，重量及体积都有减少，深度相机光源模块3安装在相机光源安装盒体1下腔前半部分，螺接固定在深度相机安装座105上，通过相机光源视窗111对前方物体进行拍摄，可实时反馈拍摄物体与相机之间的距离，通过程序设定最小安全距离，当拍摄物体与相机距离小于设定安全距离时，控制器向机械臂6发出急停指令，机械臂6及末端图像采集装置停止运动，排除干涉危险后手动解除急停报警，继续进行拍照；通过深度相机光源模块3可实现图像采集装置运动过程中的主动避障保护。所述深度相机光源模块3的线缆和其他进入相机光源安装盒体1内部的线缆用绕线管合在一起，统一引出。

所述安全触边4安装在上盖板103顶部左右棱角的两侧，所述安全触边4为一种橡胶带状的压敏开关，具有一定柔性，当机械臂6带动末端图像采集装置运动时，若深度相机光源模块3相机视觉盲区内出现干涉物，图像采集装置与干涉物发生碰撞时，安全触边4 率先与干涉物接触，发生变形，起到一定缓冲作用的同时发出控制信号，将机械臂6紧急停止，避免图像采集装置受到碰撞损坏，通过安全触边4可实现图像采集装置运动过程中的被动避障保护。

所述用于机械臂末端的图像采集装置还包括相机线缆7和线缆防护装置5，深度相机光源模块3中相机引出的线缆、面阵相机光源模块2中的相机引出的线缆和安全触边4引出的线缆在相机光源安装盒体1内组合成相机线缆7，所述线缆防护装置5用于保护相机线缆7；

所述线缆防护装置5设置在相机光源安装盒体1下腔后半部分，包含圆形护线圈51、长腰护线圈52、护线槽53、尼龙扎带54和橡胶垫55；所述护线圈采用橡胶材料，安装在相机光源安装架101穿线孔内，护线圈中间带有与线缆规格匹配的开孔。所述护线圈包括圆形护线圈51和长腰护线圈52，穿过单根线缆时采用圆形护线圈51，多根线缆时采用长腰护线圈52，可起到防尘密封及保护线缆作用；所述护线槽53横截面为M形，顶部带有与线缆规格匹配的圆形凹槽，护线槽53顶部左右两侧带有捆扎孔，尼龙扎带54穿过捆扎孔将包覆橡胶垫55的相机线缆7捆扎固定，捆扎孔数量可根据护线槽53长度按比例增减，护线槽53两底边与相机光源安装架101下表面焊接，在靠近圆形护线圈51和长腰护线圈 52的穿线孔附近各设置一个护线槽53，其余位置可根据相机线缆7的布置情况而定，保证相机线缆7有效固定。

所述的用于机械臂末端的图像采集装置的具体操作过程为：

利用本装置对轨道车辆车底进行故障检测时，需要将搭载机械臂6及其末端图像采集装置的检测设备停在轨道车辆底部，控制器远程操控机械臂6带动末端图像采集装置按照预设轨迹运动。设定运动轨迹时，通过深度相机光源模块3获取的深度图像信息，避开车辆底部易引发碰撞干涉的结构，使相机运动路径上不存在干涉物。当拍照相机移动到需要检测的零部件处稳定后，控制相机拍照获取图像，将图像信息传回服务器进行自动故障识别。

在机械臂6及其末端图像采集装置移动过程中，深度相机光源模块3实时进行深度图像信息采集，识别拍摄物体与相机间的距离，如果被拍摄物体与相机的距离小于预设的安全距离，控制器将会发出急停指令，停止机械臂运动，进行主动避障。同时安全触边4在相机移动过程中如果与物体接触，也会触发急停信号，停止机械臂6运动，进行被动避障。

机械臂6带动末端图像采集装置进行旋转动作时，由于采用了线缆防护装置5，相机及安全触边4引出的线缆并非直接引出，而是先进入相机光源安装盒体1，线缆穿过长腰护线圈52进入盒体时先通过护线槽53、尼龙扎带54、橡胶垫55组合进行固定，使线缆接头与相机光源安装盒体1相对静止，不会因盒体长期旋转而产生接线口松动或接触不良；各相机和安全触边4的接线在盒体内通过绕线管汇成一束线缆，同时线缆在盒体内通过一系列护线槽53、尼龙扎带54、橡胶垫55组合固定后再从圆形护线圈51引出相机光源安装盒体1，同样引出前再通过护线槽53、尼龙扎带54、橡胶垫55组合进行固定，保证外部线缆的运动不会对相机光源安装盒体1内部的线缆产生不良影响。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，还可以是上述各个实施方式记载的特征的合理组合，凡在本实用新型精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，包含相机光源安装盒体(1)、面阵相机光源模块(2)和深度相机光源模块(3)，所述相机光源安装盒体(1)安装在机械臂(6)的末端，所述面阵相机光源模块(2)和深度相机光源模块(3)安装在相机光源安装盒体(1)内。

2.根据权利要求1所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述相机光源安装盒体(1)包括相机光源安装架(101)、前面板(102)、上盖板(103)、侧板(104)、深度相机安装座(105)和可拆卸的底板(106)，所述相机光源安装架(101)、前面板(102)、上盖板(103)、侧板(104)和深度相机安装座(105)焊接在一起，所述底板(106)螺接安装。

3.根据权利要求2所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括安全触边(4)，安全触边(4)安装在上盖板(103)顶部左右边的两侧，所述安全触边(4)为一种橡胶带状的压敏开关。

4.根据权利要求2所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述相机光源安装盒体(1)分为上下两层，上下层呈阶梯状错落布置，通过相机光源安装架(101)隔成上下两个腔体，且相机光源安装盒体(1)高度沿机械臂末端向前的方向呈前低后高形式。

5.根据权利要求4所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述相机光源安装架(101)横截面为L形，互相垂直的两个平面上开有数个减重孔(108)。

6.根据权利要求4所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述前面板(102)上开有数个相机光源视窗(111)，该视窗为圆形或长条形镂空结构，同时前面板(102)上开有数个取声孔(110)。

7.根据权利要求4所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述深度相机安装座(105)横截面为L形，一侧焊接在相机光源安装架(101)的下表面，另一侧开有深度相机光源模块(3)安装用的长圆孔。

8.根据权利要求1所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述面阵相机光源模块(2)采用面阵3D相机，其安装在相机光源安装盒体(1)的上部腔体内，通过面阵相机安装螺钉(21)将面阵3D相机螺接固定在相机光源安装架(101)的上表面。

9.根据权利要求1所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述深度相机光源模块(3)采用相机及光源一体化集成的实感相机，所述深度相机光源模块(3)安装在相机光源安装盒体(1)下腔前半部分，螺接固定在深度相机安装座(105)上，通过相机光源视窗(111)对前方物体进行拍摄。

10.根据权利要求3所述的用于机械臂末端的图像采集装置，其特征在于，所述的用于机械臂末端的图像采集装置还包括相机线缆(7)和线缆防护装置(5)，面阵相机光源模块(2)中的相机引出的电缆、深度相机光源模块(3)中的相机引出的电缆和安全触边(4)引出的线缆在相机光源安装盒体(1)内组合成相机线缆(7)，所述线缆防护装置(5)用于保护相机线缆(7)；

所述线缆防护装置(5)设置在相机光源安装盒体(1)下腔后半部分，包括护线圈、护线槽(53)和尼龙扎带(54)；所述相机光源安装架(101)上设置有穿线孔，护线圈采用橡胶材料，安装在相机光源安装架(101)穿线孔内，护线圈中间带有与线缆规格匹配的开孔，护线圈包括圆形护线圈(51)和长腰护线圈(52)，穿过单根线缆时采用圆形护线圈(51)，穿过多根线缆时采用长腰护线圈(52)，在圆形护线圈(51)和长腰护线圈(52)的开孔对应处各设置护线槽(53)，所述护线槽(53)横截面为M形，顶部带有与线缆规格匹配的圆形凹槽，护线槽(53)的顶部左右两侧设置有捆扎孔，尼龙扎带(54)穿过捆扎孔将相机线缆(7)捆扎固定。

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