CN102336283A - 一种基于视觉机器人的自动理料方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉机器人的自动理料方法和设备，制成品通过连续运动的输送带输送，当制成品在经过安装在输送带上端的视觉相机时，由视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值，并发送给在线的每个机器人。在线的各个机器人根据视觉相机检测出的每个制成品的位置角度（X,Y,Θ）值，和同步装置检测出的制成品输送带的实时运动距离值，当制成品进入各个机器人的动作范围时，机器人会逐个的、准确的抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上，完成制成品的整理和分配，即完成整个的理料过程。视觉相机与同步装置和各机器人间电气连接；本发明以视觉机器人为基础，来解决理料的问题，彻底解决机械理料的所有问题，并且能有类似于人的灵活性和适应性。

Description

一种基于视觉机器人的自动理料方法和设备

技术领域

本发明涉及一种自动理料方法及设备，尤其是一种基于视觉机器人的自动理料方法及设备。 

  

背景技术

在生产过程中，制成品从制造生产线上出来后，需要经过整理，然后再搬运到包装设备上进行包装。目前，产品的整理搬运工作依靠人工和机械两种方式完成。采用人工的方式灵活性高，适应性好，可以用于不同制品和不同的场合，但是效率低，且卫生不容易控制。采用机械方式虽然可以克服卫生不容易控制的问题，但是设备占地大，且因为产品的品种形式多样，需根据产品定制相应的设备，适应范围小；如果产品品种或形状改变后，设备需要改造并重新调试，工作量很大且成本很高。而且在食品等制品易碎的产品的生产中，使用机械方式容易导致产品破损。由于传统意义上的视觉机器人因为造价高、使用复杂、保养要求高等，因此没有应用于此类场合。 

图1为现在的理料系统的系统原理示意图。传统的机械式自动理料系统一般由输送带、接收带、拉开段、转向段、堆积段及定位段组成。工作时，制成品从生产设备上出来后，进入制成品的输送带，由制成品输送带输送并通过机械机构分配到理料接收段，随后进入拉开段通过速度变化方式制成品之间的距离会扩大至设定距离。然后制成品会进入转向段。在转向段，根据制成品的不同转向段本身的结构也不同，通过利用遮挡片、速度变化等方法使制成品的排列方向达到设定的方向，然后制成品进入单列拉开段。当制品的间距达到设定值时，再进入到堆积段，把制成品间距调整到要求的距离，再进入到定位段，定位段与包装机的进料部件互相配合，把制成品一个一个的投放到包装机的进料部件，从而完成理料的过程。 

    从上面的描述可以看出，传统机械式自动理料方式，存在明显的缺陷，主要是： 

1. 部件多，占地面积大。

2. 如需移动，需要拆除、重新安装和调试。 

3. 制成品一旦有所改变，需要更换设备或零部件，并重新进行调试，适应性很差； 

4. 理料过程均由机械方式完成，制成品破损率高。

5. 系统无法识别制成品的正反面，只能进行简单的分类包装。 

  6. 无法满足点数，叠片等等复杂需求。 

  

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于视觉机器人的自动理料方法及设备，它不仅可以克服机械理料带来的问题，还可以具有类似于人的灵活性和适应性，并且成本低廉。 

为解决上述问题，本发明的解决方案是： 

基于视觉机器人的自动理料方法：

这种自动理料方法的工作过程是：制成品输送带是连续运动的，在制成品输送带上的制成品在经过视觉相机时，由视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值，并发送给在线的每个机器人，在线的各个机器人根据视觉相机检测出的每个制成品的位置角度（X,Y,Θ）值，和同步装置检测出的制成品输送带的实时运动距离值，在制成品进入各个机器人的动作范围时，机器人会逐个的、准确的抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上，从而完成制成品的整理和分配，即完成整个的理料过程。

实现前述方法的基于视觉机器人的自动理料设备，包括： 

制成品输送带61；

同步装置62：机械连接方式安装在制成品输送带上，检测制成品输送带的运动距离；

视觉相机63：安装在制成品输送带的上方；

四关节视觉机器人64：安装在制成品输送带的侧面或上方；

视觉相机63与同步装置62和各机器人间电气连接。

所述的四关节视觉机器人64包括： 

腰式机座结构1：

机座11；

电机12：安装在机座11上，电机由控制系统控制；

行星齿轮减速器13：与电机12配合安装在机座上，其输出转轴向上伸出机座外；

转盘14：设置在机座上方，与行星齿轮减速器的输出转轴配合；

底座15：设置在转盘上方与其固接；

2个轴承座16：设置在底座15上方与其固接；

其中，电机12带动行星减速器13转运，进而带动转盘14、底座15、轴承座16进行360度转动；

大臂机构组件2：

电机21：由控制系统控制；

行星齿轮减速器22：与电机21配合由其带动动作；

一级主动轴23：设置在轴承座16上，与行星齿轮减速器22及

电机21配合，由电机22带动旋转；

2个一级主动臂24： 一端设置在轴承座16上，与一级主动轴

23配合由其带动转动；

2个一级从动臂25：一端铰接设置在轴承座16上；

2个中夹板26：连接在两个一级主、从动臂24、25的另一端，

与2个 轴承座16、2个一级主、从动臂24、25形成平行四边形的运动机构；

其中，电机21带动行星减速器22动作，进而带动一级主动轴23转动，平行四边形运动机构绕一级主动轴23进行水平方向到垂直方向90度转动；

小臂机构组件3：

电机31，由控制系统控制；

行星齿轮减速器32：与电机31配合由其带动动作；

二级主动轴33：设置在轴承座16上，与行星齿轮减速器32及

电机31配合，由电机31带动旋转；

圆弧齿同步带34：一端套设在二级主动轴33上，由其带动动作；

从动轮35：其套设在圆弧齿同步带另一端；

带轮轴36：其设置在中夹板26上，供从动轮35、一级从动臂25的另一端及二级主动臂37套设其上；

2个二级主动臂37：其一端套设在中夹板26上的带轮轴36上并由其带动动作；

2个二级从动臂38：其一端铰接设置在中夹板26上；

2个端夹板39：供2个二级主、从动臂37、38的另一端套设；

其中，2个二级主动臂37、2个二级从动臂38、2个中夹板26、2个端夹板39组成另一平行四边行运动机构，电机31带动行星齿轮减速器32及二级主动轴33旋转，二级主动轴33借圆弧齿同步带34

带动带轮轴36及其上的从动轮35旋转，进而带动小臂的平行四边行运动机构绕带轮轴36垂直方向180度转动；

手部组件4：手部组件4包括一方板41，其设置在端夹板39下端部，其上可据不同需要安装不同的机械手。

所述的视觉机器人的控制系统5包括： 

视觉处理机51，其内装设有视觉处理软件52；

视觉处理机连通中控系统53，其内装设有控制软件54；

视觉处理机及中控系统连接人机界面55，其内装设有界面软件56。

采用上述技术方案，本发明具有如下优点： 

占地小。

易用，可根据具体制成品和生产现场情况，灵活配置，不需要改变结构，只是在软件方面做一些调整即可，而且易于搬动。 

有类似于人的灵活性，适应性好。 

不会对制成品造成机械损伤。 

可实现一些非常实用的功能如：正反面识别、次品剔除、点数、叠片、特殊排列、装盒等。 

由于采用本公司另一项发明“四关节视觉机器人”，所以在易用性和价格方面有极大的优势，便于推广，以利于提高相关产业的装备技术水平和生产效率。 

  

附图说明

图1是本发明现有技术示意图； 

图2是本发明工作流程图；

图3为本发明机器人的主视结构示意图；

图4为本发明机器人的俯视结构示意图；

图5为本发明控制系统的结构示意图；

图6为本发明机器人动作示意图。

  

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

如图1－图6所示，基于视觉机器人的自动理料方法和设备，包含：制成品输送带，同步装置，视觉相机，机器人。视觉相机和机器人可以根据生产设备具体情况决定配置数量，即配置数量是可变的。生产设备和包装机不包括在本系统内。其中：制成品输送带61；同步装置62：同步装置通过机械连接安装在制成品输送带上，并能实时检测制成品输送带的运动距离；视觉相机63：视觉相机安装在制成品输送带的上方，所有制成品随制成品输送带运动时，均经过视觉相机的视野范围；四关节视觉机器人64：机器人安放在制成品输送带的侧面或上方，可根据现场情况具体安放。机器人的动作范围如图2所示，机器人为4关节视觉机器人；视觉相机63与同步装置62和各机器人之间电气连接，采用标准RS485通信方式连接，或标准现场总线（如CANBUS, MODBUS, CCLINK, PROFIBUS, DEVICENET, CONTROLNET等等）方式连接。 

系统的工作过程：制成品输送带是连续运动的，在制成品输送带上的制成品在经过视觉相机时，由视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值，并发送给在线的每个机器人，在线的各个机器人根据视觉相机检测出的每个制成品的位置角度（X,Y,Θ）值，和同步装置检测出的制成品输送带的实时运动距离值，在制成品进入各个机器人的动作范围时，机器人会逐个的、准确的抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上，从而完成制成品的整理和分配，即完成整个的理料过程。 

理料过程可设定完成正反面判断、次品剔除、点数、叠片、特殊排列、装盒等的辅助功能。 

按照产量要求，1台包装机配置1~2台机器人，不用的可搬走，通过示教，可以自动识别制成品的位置、角度、正反面、好坏，然后自动抓取制成品，校对角度，完成正反面的翻转，按包装机所要求的位置和角度，放置制成品。因为机器人具有类是于人的灵活性，所以，几乎可以适应所有制成品的整理，占地面积小仅为传统方式的约10% ，无论从生产的成本上还是效益上都是传统方式无法比拟的，而且可完成正反面识别，点数，叠片，次品剔除，等等复杂的辅助功能。 

Claims (6)

1.一种基于视觉机器人的自动理料方法，其步骤为：

制成品通过连续运动的输送带输送。

当制成品在经过视觉相机时，由视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值，并发送给在线的每个机器人。

在线的各个机器人根据视觉相机检测出的每个制成品的位置角度（X,Y,Θ）值，和同步装置检测出的制成品输送带的实时运动距离值。

在制成品进入各个机器人的动作范围时，机器人会逐个的、准确的抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上。

完成制成品的整理和分配，即完成整个的理料过程。

2.根据权利要求1的方法，视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值传输给机器人，机器人根据得到的数值判断产品的位置和方位，然后根据产品的位置和方位给控制系统发出指令，从而准确地抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上。

3.一种基于视觉机器人的自动理料设备，其特征在于： 系统包括:

制成品输送带（61）；

同步装置（62）：机械连接方式安装在制成品输送带上，检测制成品输送带的运动距离；

视觉相机（63）：安装在制成品输送带的上方；

四关节视觉机器人（64）：安装在制成品输送带的侧面或上方；

视觉相机（63）与同步装置（62）和各机器人间电气连接。

4.如权利要求3 所述的基于视觉机器人的自动理料系统，其特征在于：系统的工作过程：制成品输送带是连续运动的，在制成品输送带上的制成品在经过视觉相机时，由视觉相机拍摄其图像，检测出每一个制成品的位置和角度值（X,Y,Θ）值，并发送给在线的每个机器人，在线的各个机器人根据视觉相机检测出的每个制成品的位置角度（X,Y,Θ）值，和同步装置检测出的制成品输送带的实时运动距离值，在制成品进入各个机器人的动作范围时，机器人会逐个的、准确的抓取每一个制成品，并逐个的、准确的按照要求的位置和角度把制成品放置到包装机的进料部件上，从而完成制成品的整理和分配，即完成整个的理料过程。

5.如权利要求3或4所述的基于视觉机器人的自动理料系统， 其特征在于：所述的四关节视觉机器人包括：

腰式机座结构（1）：

机座（11）；

电机（12）：安装在机座（11）上，电机是由控制系统控制；

行星齿轮减速器（13）：与电机（12）配合安装在机座上，其输出转轴向上伸出机座外；

转盘（14）：设置在机座上方，与行星齿轮减速器的输出转轴配合；

底座（15）：设置在转盘上方与其固接；

2个轴承座（16）：设置在底座(15)上方与其固接；

其中，电机（12）带动行星减速器（13）转运，进而带动转盘（14）、底座（15）、轴承座(16)进行360度转动；

大臂机构组件（2）：

电机(21)：由控制系统控制；

行星齿轮减速器(22)：与电机（21）配合由其带动动作；

一级主动轴（23）：设置在轴承座（16）上，与行星齿轮减速器（22）及电机（21）配合，由电机（22）带动旋转；

2个一级主动臂（24）： 一端设置在轴承座（16）上，与一级主动轴（23）配合由其带动转动；

2个一级从动臂（25）：一端铰接设置在轴承座(16)上；

2个中夹板(26)：连接在两个一级主、从动臂(24)、(25)的另一端，与2个 轴承座(16)、2个一级主、从动臂(24)、(25)形成平行四边形的运动机构；

   其中，电机(21)带动行星减速器(22)动作，进而带动一级主动轴(23)转动，平行四边形运动机构绕一级主动轴(23)进行水平方向到垂直方向90度转动；

小臂机构组件(3)：

电机(31)，由控制系统控制；

行星齿轮减速器(32)：与电机(31)配合由其带动动作；

二级主动轴(33)：设置在轴承座(16)上，与行星齿轮减速器(32)及电机(31)配合，由电机(31)带动旋转；

圆弧齿同步带(34)：一端套设在二级主动轴(33)上，由其带动动作；

从动轮(35)：其套设在圆弧齿同步另一端；

带轮轴(36)：其设置在中夹板(26)上，供从动轮（35）、一级从动臂(25)的另一端及二级主动臂(37)套设其上；

2个二级主动臂(37)：其一端套设在中夹板(26)上的带轮轴(36)上并由其带动动作；

2个二级从动臂（38）：其一端铰接设置在中夹板上；

2个端夹板（39）：供2个二级主、从动臂（37）、（38）的另一

端套设；

其中，2个二级主动臂（37）、2个二级从动臂（38）、2个中夹板（26）、2个端夹板（39）组成另一平行四边行运动机构，电机（31）带动行星齿轮减速器（32）及二级主动轴（33）旋转，二级主动轴（33）借圆弧齿同步带（34）带动带轮轴（36）及其上的从动轮（35）旋转，进而带动小臂的平行四边行运动机构绕带轮轴（36）垂直方向180度转动；

手部组件（4）：

手部组件（4）包括一方板（41），其设置在端夹板(39)下端部，其上可据不同需要安装不同的机械手。

6.如权利要求1或2所述的基于视觉机器人的自动理料系统， 其特征在于：所述的视觉机器人的控制系统5包括：视觉处理机(51)，其内装设有视觉处理软件(52)；视觉处理机连通中控系统(53)，其内装设有控制软件(54)；视觉处理机及中控系统连接人机界面(55)，其内装设有界面软件(56)。

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