CN220921493U - 一种基于3d视觉的机器人自动锁螺系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动化控制领域，具体的为一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，包括在末端设置了3D结构光相机和锁螺器的四轴机器人；通过3D结构光相机可以拍摄得到待锁螺工件的点云图像，通过工控机系统内设置的图像处理模块，可以处理分析拍摄得到的点云图像得到各个螺孔的具体位置信息；通过轨迹生成模块生成机器人运动轨迹，以指导四轴机器人和锁螺器自动完成锁螺工作；本实用新型利用3D视觉技术可以对不同的待锁螺工件进行实时三维建模，快速确定空洞位置生成轨迹；可以取代传统的人工锁螺，用于环境复杂或是结构复杂的锁螺工作，大大提升了锁螺工作的效率，避免了漏锁错锁，提高了作业精度与标准化程度，降本增效。

Description

一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统

技术领域

本实用新型涉及自动化控制领域，具体的为一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统。

背景技术

在工业生产的锁螺作业中，传统上采用人工方式对工件进行锁螺；而当前采取人工方式进行锁螺作业存在诸多问题，主要包括人工锁螺的质量参差不齐，使得工件连接的松紧程度不一；有时还会出现漏锁错锁的情况，影响了生产质量甚至造成安全事故；特别是对于复杂的待锁螺工件，或者锁螺环境较为复杂时，上述问题出现的概率便会大大提升，严重影响产品生产质量；而现有的自动锁螺设备大多只能根据预先设定好的轨迹与锁螺位置，进行简单的重复工作，当需要锁螺的工件结构较为复杂，或是或是锁螺工作环境较为复杂难以保证待锁螺工件定位准确时，依赖预先设定工作轨迹的现有自动锁螺设备便难以正常使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种可以使用于复杂工件与复杂环境，进行标准化、高精度锁螺作业的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统。

基于上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，包括四轴机器人，四轴机器人的末端设置有锁螺器，与锁螺器相配合的在四轴机器人的末端设置有图像采集机构；图像采集机构包括3D结构光相机，四轴机器人、锁螺器和图像采集机构通过信号连接有工控机系统；工控机系统包括与图像采集机构信号连接的相机控制模块和图像处理模块，图像处理模块连接有轨迹生成模块；轨迹生成模块连接有锁螺器控制模块，锁螺器控制模块信号连接到锁螺器。

优选地，锁螺器固接在四轴机器人的末端，3D结构光相机通过连接架固接在四轴机器人的末端；锁螺器设置在3D结构光相机的拍摄视野内。

优选地，锁螺器内设置有批头切换机构。

优选地，工控机系统包括螺丝型号识别模块，螺丝型号识别模块分别与图像处理模块和锁螺器信号连接。

优选地，工控机系统内设置有螺丝复核模块，螺丝复核模块与轨迹生成模块信号连接。

优选地，图像处理模块包括依次信号连接的点云图像预处理模块、点云图像分割模块和2D图像处理模块；点云图像预处理模块包括依次信号连接的点云去噪模块和点云下采样模块，点云图像分割模块包括点云分割模块和点云投影模块。

本实用新型的有益效果有：

本实用新型为一种基于3D视觉进行路径轨迹计算的全自动机器人锁螺系统，使用了四轴机器人，在其末端固定设置锁螺器来进行锁螺工作；本实用新型利用3D结构光相机采集到待锁螺工件的点云图像之后，通过工控机系统内的图像处理模块对图像进行处理，再通过轨迹生成模块生成运动轨迹路径信息，用于控制四轴机器人和锁螺器的工作，实现自动锁螺；通过机器人自动锁螺系统可以准确定位螺孔位置，快速生成运动轨迹，精准发送并执行锁螺指令，有效提高了生产效率，提高了生产标准化程度，提高了产品质量；同时由于采用了利用3D视觉来进行主动定位，并不依赖于待锁螺工件的精准定位，因此即便待锁螺工件本身结构较为复杂，或是由于工作环境复杂而难以精准定位待锁螺工件，本实用新型也可以通过主动识别孔洞位置精确设定机器人工作轨迹，以实现对于复杂工件或是在复杂环境中的自动锁螺工作。

本实用新型设置了自动螺丝型号识别模块，可以在图像处理模块识别出所需要使用的螺丝信号之后，向锁螺器和四轴机器人发出指令，配合锁螺器内设置的批头自动切换机构，选取对应螺丝型号的批头进行锁螺工作；通过设置自动螺丝型号识别模块，能够扩大本实用新型的适用范围，对于复杂的多种不同型号螺丝混用的场合也能够自动识别并且依次选取合适的批头使用，大大提高了泛用性，降低了本实用新型的使用难度。

本实用新型设置了螺丝复核模块，螺丝复核模块与轨迹生成模块连接，当机器人执行完成由轨迹生成模块发出的运动指令后，便启用螺丝复核模块，将轨迹生成模块生成的运动轨迹路径以及机器人实际工作时的运动路径，同点云图像分析结果进行对比，以查找出可能存在的漏锁点；通过设置螺丝复核模块，可以在机器人进行锁螺工作时自行进行自检工序，能够在第一时间发现漏锁情况并且予以补正，有效提高了锁螺工作的合格率；同时也节省了传统的人工复核修正工序，减少了人工干预，降低了成本，提高了经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的机器人结构示意图；

图2为本实用新型的系统整体结构示意图；

图3为本实用新型的图像处理模块工作流程图。

图中：锁螺器1；3D结构光相机2；四轴机器人3。

具体实施方式

以下为结合具体实施例对本实用新型做出的进一步解释说明，如图1和图2所示，本实施例为一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，包括四轴机器人3；四轴机器人设置在固定的工作台上，包括四轴机械臂，可以作为锁螺器1和图像采集机构的载体工作，将锁螺器和图像采集机构移动到指定的位置。

在四轴机器人3的机械臂末端固定设置有锁螺器1，锁螺器1上设置有电动螺丝批头机构，可以对螺孔内的螺丝进行拧紧；与锁螺器1配合的，在机械臂的末端设置有图像采集机构；图像采集机构包括3D结构光相机2，用于拍摄捕获待锁螺工件的点云图像，用于分析机械臂运动路径；3D结构光相机2通过一个固定的连接架固接在四轴机器人3的机械臂末端上，并且使3D结构光相机2拍摄视野覆盖锁螺器1以及锁螺器1周边的工作范围，使其能够拍摄到需要进行锁螺工作的待锁螺工件以及锁螺器1的工作情况。

与四轴机器人3、3D结构光相机2和锁螺器1通过信号连接有工控机，工控机内设置有多种控制模块与处理模块，用于接收、处理图像采集机构拍摄得到的工件点云图像，通过分析点云图像以计算得出机械臂和锁螺器1的运动轨迹之后，再控制机械臂和锁螺器1工作，完成最终锁螺的工作。

如图2所示，工控机系统内包括相机采集模块，相机采集模块与外部相机直接信号连接，用于接收图像采集机构所拍摄得到的图像文件；相机采集模块连接有图像处理模块，可以将采集得到的点云图像通过图像处理模块进行处理；锁螺器1通过plc连接到工控机系统，plc将工控机系统内生成的运动轨迹转换为可以被四轴机器人3识别的指令信息后传输给四轴机器人3，四轴机器人3接收到指令信息后便会按照工控机系统计算得出的轨迹进行运动，进而带动锁螺器1按照轨迹运动。

图像处理模块的处理流程如图3所示，首先进行点云图像的输入，然后通过点云图像预处理模块进行点云图像的预处理；预处理主要包括点云去噪和点云下采样处理；完成点云预处理后得到的点云图像进入点云分割模块进行分割处理，然后再通过点云投影模块输出成为2D点云图像；得到2D点云图像之后通过2D图像处理模块内设置的孔洞定位算法进行计算分析，最终得到各个螺孔的精确位置后，将其数据输出到轨迹生成模块中。

轨迹生成模块会根据图像处理模块计算得出的各个螺孔的精确位置，进行锁螺器1和机械臂的工作移动轨迹计算；轨迹生成模块计算得到的锁螺器1以及机械臂的移动轨迹后，将其发送至锁螺器控制模块，锁螺器控制模块将轨迹信息转换为具体的控制指令之后，以控制信号的方式发送给锁螺器，以完成锁螺工作；当锁螺工作指令进行完成之后，螺丝复核模块会根据计算得到的轨迹、机械臂实际运动的轨迹以及补充拍摄的点云图像和点云处理结果进行综合分析，以复核是否存在漏锁现象，如果存在漏锁，则会将漏锁的位置信息发送至轨迹生成模块再次生成补锁运动轨迹，补锁运动轨迹交由锁螺器控制模块生成为具体的指令后控制机械臂和锁螺器1工作，以完成补锁工作。

在工控机内各个模块之间的数据传递通过工控机数据系统完成，工控机数据系统会以日志形式记录每一次数据交换并且将其储存在工控机存储模块中，以便日后发现存在问题时，可以随时溯源数据日志，找到发生错误的位置以便于进行修正。

本实施例在实际使用时，首先将3D结构光相机2通过连接架固定安装在四轴机器人3的机械臂末端，然后将锁螺器1固定设置在四轴机器人3的机械臂末端；完成3D结构光相机2和锁螺器1的设置后，通过手眼标定法对3D结构光相机进行标定设置，通过工具标定法对锁螺器1进行标定设置；完成3D结构光相机2和锁螺器1的设定后，便可以将待锁螺工件放置到机器人的工作范围内进行锁螺工作。

待锁螺工件设置到位之后，工控机系统便向四轴机器人和相机发出图像采集指令；收到图像采集指令后，四轴机器人便会开始带动3D结构光相机2对待锁螺工件进行拍摄以获取其点云图像数据；拍摄得到的点云图像数据通过工控机数据系统传输到图像处理模块中进行处理；经过包括点云降噪、点云滤波、点云分割在内的一系列图像处理操作之后，最终计算出孔洞的位置信息，并且将其传输给轨迹生成模块生成机器人运动轨迹数据，并通过工控机系统发送相应的指令到锁螺器控制模块和四轴机器人3，指导锁螺器1完成锁螺作业；完成一次锁螺作业之后工控机系统会通过相机采集模块向3D结构光相机2发出指令，进行复核工作，3D结构光相机拍摄到的复核图像会传输到螺丝复核模块进行复核工作，若螺丝复核模块发现存在没有正确。

以上所述，仅为结合具体实施例对本实用新型做出的进一步解释说明，所做的一切描述并不代表对本实用新型的保护范围做出了限制，任何本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内所能够轻易想到的变化或是替换方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围内，因此，本实用新型的保护范围应该以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，包括四轴机器人，其特征在于：所述四轴机器人的末端设置有锁螺器，与所述锁螺器相配合的在四轴机器人的末端设置有图像采集机构；所述图像采集机构包括3D结构光相机，所述四轴机器人、锁螺器和图像采集机构通过信号连接有工控机系统；所述工控机系统包括与所述图像采集机构信号连接的相机控制模块和图像处理模块，所述图像处理模块连接有轨迹生成模块；所述轨迹生成模块连接有锁螺器控制模块，所述锁螺器控制模块信号连接到所述锁螺器。

2.根据权利要求1所述的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，其特征在于：所述锁螺器固接在所述四轴机器人的末端，所述3D结构光相机通过连接架固接在所述四轴机器人的末端；所述锁螺器设置在所述3D结构光相机的拍摄视野内。

3.根据权利要求2所述的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，其特征在于：所述锁螺器内设置有批头切换机构。

4.根据权利要求3所述的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，其特征在于：所述工控机系统包括螺丝型号识别模块，所述螺丝型号识别模块分别与图像处理模块和锁螺器信号连接。

5.根据权利要求4所述的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，其特征在于：所述工控机系统内设置有螺丝复核模块，所述螺丝复核模块与所述轨迹生成模块信号连接。

6.根据权利要求1所述的基于3D视觉的机器人自动锁螺系统，其特征在于：所述图像处理模块包括依次信号连接的点云图像预处理模块、点云图像分割模块和2D图像处理模块；所述点云图像预处理模块包括依次信号连接的点云去噪模块和点云下采样模块，点云图像分割模块包括点云分割模块和点云投影模块。