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一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的制作方法

文檔序號:12170669閱讀:966來源:國知局
一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的制作方法與工藝

本實用新型涉及注塑機械手技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手。



背景技術(shù):

注塑產(chǎn)品的毛邊、亮痕等缺陷一直困擾著整個注塑行業(yè)。市場上的坐標式機械手僅能簡單取出很難進行后續(xù)自動化生產(chǎn),很多知名企業(yè)被迫購買CNC、多關(guān)節(jié)機器人來修毛邊、打磨拋光實現(xiàn)自動化,但成本昂貴且占地面積很大,增加了產(chǎn)線的復(fù)雜程度,也給維修帶來了困難!

對于中小型企業(yè)來說,購買CNC、多關(guān)節(jié)機器人價格高昂,是不可承受的。為了節(jié)省成本,只能利用坐標式機械手將注塑產(chǎn)品從注塑機中取出,然后人工檢測產(chǎn)品品質(zhì),看表面是否有毛刺、毛邊等缺陷,將需要打磨拋光的產(chǎn)品和合格品分類放置,再利用拋光工具和裝夾設(shè)備對不良品進行打磨拋光處理,這種方式成本低,但生產(chǎn)效率低下,嚴重阻礙了企業(yè)的發(fā)展。

多關(guān)節(jié)機器人,有時也稱機械手,因設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精密度高,而且設(shè)有視覺系統(tǒng),因而具有定位精密度高、協(xié)調(diào)性好的特點,其重復(fù)精度可達0.01-0.05mm。而坐標式機械手沒有視覺定位系統(tǒng),不能實現(xiàn)高精密度的運作,只能進行直線、斜線運動,其重復(fù)精度僅能夠達到0.1-0.2mm,多關(guān)節(jié)機器人的重復(fù)精度是坐標式機械手的2-10倍,這就導(dǎo)致了多關(guān)節(jié)機器人的價格高昂。

因此,我們需要為注塑行業(yè)設(shè)計一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手,通過對現(xiàn)有的伺服坐標式機械手進行改進,增加視覺引導(dǎo)定位功能,來實現(xiàn)功能可與多關(guān)節(jié)機器人媲美,而價格卻平民化的目的。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為解決上述技術(shù)問題,我們提出了一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手,通過在現(xiàn)有的機械手上增設(shè)視覺影像系統(tǒng),使該系統(tǒng)與機械手的控制系統(tǒng)CPU通信連接,使機械手能夠自動檢測產(chǎn)品是否合格,判斷產(chǎn)品的位置信息,自動進行后續(xù)操作,達到了提高機械手自動化程度、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、降低占用空間的目的。

為達到上述目的,本實用新型的技術(shù)方案如下:

一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手,包括可移動支撐平臺、設(shè)置于所述可移動支撐平臺上的執(zhí)行機構(gòu)和用于操控所述執(zhí)行機構(gòu)動作的控制系統(tǒng),還包括與所述控制系統(tǒng)電信號連接的視覺影像系統(tǒng),所述視覺影像系統(tǒng)包括相機、光源和視覺控制器,所述相機、所述光源設(shè)置于所述執(zhí)行機構(gòu)側(cè)面或單獨固定,所述視覺控制器與所述相機、所述光源電信號連接。

優(yōu)選的,所述相機為高清鏡頭相機、CCD相機或CMOS相機。

優(yōu)選的,所述可移動支撐平臺為二軸、三軸、五軸、六軸、七軸、八軸或九軸全伺服機構(gòu)。

優(yōu)選的,所述執(zhí)行機構(gòu)包括:

a.姿勢部組件,姿勢部組件包括姿勢部和姿勢部安裝底座,姿勢部安裝底座固定在姿勢部的頂端,姿勢部的下端連有L型固定板;

b.取料裝置,取料裝置包括吸盤、吸盤座、取料夾具和取料夾具安裝板,取料夾具安裝板的下部通過四個緊固螺釘固定于L型固定板的側(cè)板上,取料夾具通過螺栓固定于取料夾具安裝板的上部,吸盤座套設(shè)于取料夾具上,吸盤設(shè)于吸盤座上;吸盤、吸盤座、取料夾具的數(shù)量均為四個,呈矩陣排列于取料夾具安裝板上部;取料夾具和吸盤座之間設(shè)有壓縮彈簧;

c.氣動快換夾具,氣動快換夾具設(shè)置于姿勢部的L型固定板底板上;

d.動力裝置,動力裝置包括電機和電機安裝座,電機安裝座與氣動快換夾具固定在一起,電機設(shè)置于電機安裝座上;

e.末端執(zhí)行裝置,所述末端執(zhí)行裝置與電機的旋轉(zhuǎn)軸相連,從電機獲得動能。

優(yōu)選的,所述電機安裝座包括第一固定板、第二固定板、四個支撐立柱和護罩鈑金,第二固定板設(shè)置于第一固定板的正下方,通過四個支撐立柱固定連接,護罩鈑金圍設(shè)于第一固定板和第二固定板外沿,形成可容納電機主體的容納腔。

優(yōu)選的,所述第二固定板的中心設(shè)有可供電機軸穿過的第一通孔。

優(yōu)選的,所述執(zhí)行機構(gòu)上的末端執(zhí)行裝置為可以執(zhí)行3D打印、銑磨毛邊、2軸NC、打磨拋光、點膠、移印、雕刻、激光切割、噴涂、貼膜、銑削、焊接、燙印、組裝或分揀功能的設(shè)備或機構(gòu)。

通過以上技術(shù)方案,本實用新型可獲得如下有益效果:

通過在現(xiàn)有的普通坐標桁架式機械手上增設(shè)視覺影像系統(tǒng),使其與機械手控制系統(tǒng)CPU通信連接,當產(chǎn)品被輸送至相機視野區(qū)域時,相機對各種形態(tài)的產(chǎn)品進行拍照,通過mark點對產(chǎn)品進行精確定位,并將產(chǎn)品的位置信息輸出。視覺影像系統(tǒng)的設(shè)置一方面使機械手能夠自動檢測產(chǎn)品是否合格,對不良品自動進行打磨拋光等后續(xù)處理;同時可使重復(fù)精度從原來的0.1mm提高到0.05mm,而且在10KG以下的輕負載下,精度可達0.01mm,本實用新型的機械手精度達到甚至超過多關(guān)節(jié)機器人的精度,該技術(shù)在機械手領(lǐng)域?qū)儆谑澜缡讋?chuàng)。

因此,本實用新型自動化程度高,可以代替多關(guān)節(jié)機器人,能夠自動檢測產(chǎn)品是否合格,對不良品自動進行打磨拋光處理,采購成本可降低60%、占用空間可降低60%、精度提高2-10倍。

同時,本實用新型的執(zhí)行機構(gòu)上的末端執(zhí)行裝置為可以執(zhí)行3D打印、銑磨毛邊、2軸NC、打磨拋光、點膠、移印、雕刻、激光切割、噴涂、貼膜、銑削、焊接、燙印、組裝或分揀功能的設(shè)備或機構(gòu),即末端執(zhí)行裝置可以根據(jù)不同的使用需要而隨時進行更換,作為工業(yè)母機,實現(xiàn)跨行業(yè)的使用,節(jié)省成本。本技術(shù)在世界上屬于坐標桁架式注塑機械手行業(yè)首創(chuàng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖;

圖2為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手控制流程圖;

圖3為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手在使用狀態(tài)的主視結(jié)構(gòu)示意圖;

圖4為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手在使用狀態(tài)的立體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖5為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的執(zhí)行機構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖;

圖6為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的執(zhí)行機構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖7為本實用新型實施例所公開的一種具有視覺引導(dǎo)定位功能的坐標桁架式注塑機械手的執(zhí)行機構(gòu)的立體透視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中數(shù)字所表示的相應(yīng)部件名稱:

1.姿勢部組件 2.取料裝置 3.氣動快換夾具

4.動力裝置 5.視覺影像系統(tǒng) 11.姿勢部

12.姿勢部安裝底座 21.吸盤 22.吸盤座

23.取料夾具 24.取料夾具安裝板 110.L型固定板

41.電機 42.電機安裝座 51.相機

421.第一固定板 422.第二固定板 423.支撐立柱

424.護罩鈑金 425.容納腔 411.電機軸

4221.第一側(cè)孔 4222.第二側(cè)孔 426.電機支撐板

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖,對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本實用新型保護的范圍。

下面結(jié)合實施例和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

實施例.

如圖1所示,一種具有視覺影像系統(tǒng)的三軸伺服機械手,包括可移動支撐平臺、設(shè)置于可移動支撐平臺上的執(zhí)行機構(gòu)和用于操控執(zhí)行機構(gòu)動作的控制系統(tǒng),還包括與所述控制系統(tǒng)電信號連接的視覺影像系統(tǒng),

所述控制系統(tǒng)包括:

a.機械手控制系統(tǒng)CPU,其相當于機械手的大腦,是機械手的最核心部分,采用LINUX內(nèi)核為底層的控制系統(tǒng),具有穩(wěn)定性強的優(yōu)點;該部分用于將收到的外部信息轉(zhuǎn)化為可識別的機器語言,并對接收到的信息如圖片信息進行處理,將處理結(jié)果信號傳輸給執(zhí)行機構(gòu);

b.HMI人機交互界面,用于操控機械手,控制機械手的運行與停止、系統(tǒng)參數(shù)的讀寫以及IO的監(jiān)控;

c.抗干擾DC電源,用于為HMI人機交互界面提供單獨穩(wěn)定的DC電源,控制信號輸入裝置;

d.輸入輸出模塊,用于采集機械手本體或者外部的信號后轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號后被機械手控制系統(tǒng)CPU讀取識別;

e.視覺影像系統(tǒng)接口,用于接入視覺影像系統(tǒng);通過接入視覺影像系統(tǒng),機械手控制系統(tǒng)CPU可以判斷要抓取的產(chǎn)品是否良好,從而選擇要進行的動作;使機械手的執(zhí)行機構(gòu)可以配合視覺影像系統(tǒng)進行位置校正,從而實現(xiàn)不管工件擺放的怎么樣,都可以按照工件路徑進行修正,如打磨或者拋光等工作;

f.網(wǎng)絡(luò)型伺服驅(qū)動器接口,用于連接總線型伺服驅(qū)動器,實現(xiàn)高響應(yīng)、省線化;

g、伺服電機,用于執(zhí)行機械手控制系統(tǒng)CPU的指令,采用高慣量型伺服電機,速度更快,運行更穩(wěn)定;

h.備用總線型伺服驅(qū)動器接口,作為備用接口,用于連接總線型伺服驅(qū)動器,支持增量型與絕對值型伺服,來進行多軸運動控制,同時也可做多軸聯(lián)動,直線以及圓弧插補;

i.通訊接口,用于備用功能的二次開發(fā)及一些外圍設(shè)備的接入。

如圖2所示,上述機械手控制系統(tǒng)的操作流程如下:

(1)產(chǎn)品注塑完成后,注塑機開模,機械手的執(zhí)行機構(gòu)抓取注塑產(chǎn)品;

(2)機械手的執(zhí)行機構(gòu)沿著預(yù)設(shè)的路徑移動到特定位置,即產(chǎn)品被輸送至相機視野區(qū)域時,相機對各種形態(tài)的產(chǎn)品進行拍照,通過mark點對產(chǎn)品進行精確定位,并將產(chǎn)品的位置信息輸出;產(chǎn)品的照片和坐標(位置)信息傳輸至機械手控制系統(tǒng)CPU;

(3)機械手控制系統(tǒng)CPU將收到的產(chǎn)品照片與已存品質(zhì)良好產(chǎn)品照片進行對比,來檢測判定產(chǎn)品有無缺料、異色等品質(zhì)不良;

(4)若為不良品,則發(fā)信號引導(dǎo)機械手直接放入不良品箱;若為有瑕疵的合格產(chǎn)品,則根據(jù)坐標信息判斷出現(xiàn)瑕疵的位置獲得產(chǎn)品的坐標信息,引導(dǎo)機械手的執(zhí)行機構(gòu)按照指令對有瑕疵的地方進行打磨修正;在打磨修正期間,不斷的對產(chǎn)品進行拍照,獲得產(chǎn)品的圖像信息和產(chǎn)品的偏移量、偏移角度等信息,并把照片和標準圖片進行比較,然后不停的對產(chǎn)品進行修飾(如打磨或拋光),拍照,直至照片和圖片一樣,則修飾(如打磨或拋光)結(jié)束。

如圖3-圖7所示,上述執(zhí)行機構(gòu)包括:

a.姿勢部組件1,姿勢部組件包括姿勢部11和姿勢部安裝底座12,姿勢部安裝底座12固定在姿勢部的頂端,姿勢部11的下端連有L型固定板110;

b.取料裝置2,取料裝置包括吸盤21、吸盤座22、取料夾具23和取料夾具安裝板24,取料夾具安裝板24的下部通過四個緊固螺釘固定于L型固定板110的側(cè)板上,取料夾具23通過螺栓固定于取料夾具安裝板24的上部,吸盤座22套設(shè)于取料夾具23上,吸盤21設(shè)于吸盤座22上;吸盤21、吸盤座22、取料夾具23的數(shù)量均為四個,呈矩陣排列于取料夾具安裝板24上部;取料夾具23和吸盤座22之間設(shè)有壓縮彈簧;

c.氣動快換夾具3,氣動快換夾具3設(shè)置于姿勢部11的L型固定板110底板上;

d.動力裝置4,動力裝置包括電機41和電機安裝座42,電機安裝座42與氣動快換夾具3固定在一起,電機41設(shè)置于電機安裝座42上;

e.末端執(zhí)行裝置(圖中未示出),所述末端執(zhí)行裝置與電機的旋轉(zhuǎn)軸相連,從電機獲得動能。

前述視覺影像系統(tǒng)5包括相機51、光源和視覺控制器,本例中相機51設(shè)置于電機安裝座42側(cè)面(或另行單獨固定),光源與相機51相匹配,視覺控制器與相機51、光源電信號連接。同時視覺控制器與機械手控制系統(tǒng)CPU通過端口通信連接。

此處,對于視覺影像系統(tǒng)5的物理位置不需設(shè)定固定的位置,也就是說相機51、光源和視覺控制器的位置不僅僅可以安裝在機械手上,還可根據(jù)實際使用的情況如根據(jù)產(chǎn)品的位置而定,進行調(diào)整他們的位置,如可以安裝在注塑機上、流水線上等,只要使視覺影像系統(tǒng)與機械手控制系統(tǒng)CPU通信連接,能夠進行自動化控制就可以實現(xiàn)對應(yīng)的功能,對于其物理位置不做固定設(shè)置。

如圖5、圖6和圖7所示,電機安裝座42包括第一固定板421、第二固定板422、四個支撐立柱423和護罩鈑金424,第二固定板422設(shè)置于第一固定板421的正下方,通過四個支撐立柱423固定連接,護罩鈑金424圍設(shè)于第一固定板421和第二固定板422外沿,形成可容納電機主體的容納腔425。第一固定板421的側(cè)壁設(shè)有第一側(cè)孔4211,第二固定板422的側(cè)壁設(shè)有第二側(cè)孔4221,護罩鈑金424通過螺釘固定在第一側(cè)孔4211和第二側(cè)孔4221上。

第二固定板422的中心設(shè)有可供電機軸穿過的第一通孔(圖中未示出)。第二固定板422上還設(shè)有電機支撐板426,電機41放置于電機支撐板426上。第二固定板422中心設(shè)有第二通孔,第二通孔小于第一通孔。

電機的主體位于容納腔內(nèi),電機軸411一端與電機主體連接,另一端為自由端,其先穿過第二通孔,再穿過第一通孔,裸露在外,自由端用于連接末端執(zhí)行裝置,如旋轉(zhuǎn)銑刀、旋轉(zhuǎn)打磨機、拋光機、3D打印頭、點膠頭、移印機、燙金機、激光雕刻機、切割機、具有吸取功能或抱夾功能的治具。

相機51為CCD高清定焦鏡頭,固定于第一固定板421側(cè)面。相機51也可以為高清鏡頭相機、CCD相機、CMOS變焦鏡頭、CMOS定焦鏡頭或CCD高清自動變焦鏡頭,只要能夠?qū)崿F(xiàn)高清晰拍攝目的即可。

本實施例中機械手的可移動支撐平臺為三軸伺服結(jié)構(gòu),但不局限于此,還可以為五軸、六軸、七軸或八軸全伺服機構(gòu)。

前述的末端執(zhí)行裝置為可以執(zhí)行3D打印、銑磨毛邊、2軸NC、打磨拋光、點膠、移印、雕刻、激光切割、噴涂、貼膜、銑削、焊接、燙印、組裝、分揀等功能的設(shè)備或機構(gòu)。

本實用新型的優(yōu)勢在于:

a、目前市場上很多滑塊式機械手控制系統(tǒng)不具備搭載視覺影像系統(tǒng)的接口,我們的機械手控制系統(tǒng)CPU可以通過Ethernet端口與視覺影像系統(tǒng)通信連接。視覺影像系統(tǒng)給出工件的偏移量與偏轉(zhuǎn)角度引導(dǎo)機械手的執(zhí)行機構(gòu)定位,配合視覺影像系統(tǒng)還可以檢測出工件的斑點、缺料、毛刺、正反方向等,機械手根據(jù)視覺影像系統(tǒng)給出的數(shù)據(jù)可識別不合格的產(chǎn)品并將不合格品放置到不合格品處。

b、目前市場上很多滑塊式機械手控制系統(tǒng)不具備多軸聯(lián)動多軸插補的功能,我們的控制系統(tǒng)可以很方便的實現(xiàn)。

這款機械手自帶視覺影像系統(tǒng),具備視覺引導(dǎo)定位功能,通過拍照現(xiàn)有產(chǎn)品和已存品質(zhì)良好產(chǎn)品照片的對比,來檢測判定產(chǎn)品有無缺料、異色等品質(zhì)不良,不良品發(fā)信號引導(dǎo)機械手直接放入不良品箱。取出產(chǎn)品放入治具后檢測到如有毛邊,則引導(dǎo)機械手用銑刀或磨頭自動修毛邊至良品;也可以完成要求高達0.01毫米定位精度的移印、絲印、燙金、點膠、貼膜等后續(xù)自動化加工??焖僮詣痈鼡Q另一套治具,取出產(chǎn)品放入定位治具后,機械手控制打磨機沿著產(chǎn)品曲面等進行打磨拋光。

以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當指出,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本實用新型創(chuàng)造構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進,這些都屬于本實用新型的保護范圍。

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