一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，通过在现有的伺服坐标桁架式机械手上增设视觉影像系统，使其与机械手控制系统CPU通信连接，实现视觉引导定位，提高定位精度。本发明自动化程度高，可以代替多关节机器人，可自动检测产品品质是否合格并定位引导机械手分拣出不良品，并可以对不良品精确定位，引导机械手对不良品自动进行打磨抛光等处理成良品，使采购成本降低60％、占用空间降低60％、精度提高2?10倍。同时，执行机构上的末端执行装置为可执行3D打印、铣磨毛边、2轴NC、打磨抛光、组装/分拣等功能的设备或机构，故可实现跨行业的使用，节省成本，本技术在世界上属于坐标桁架式注塑机械手行业首创。
【专利说明】
一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手
技术领域
[0001]本发明涉及注塑机械手技术领域，具体涉及一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手。
【背景技术】
[0002]注塑产品的毛边、亮痕等缺陷一直困扰着整个注塑行业。市场上的坐标式机械手仅能简单取出很难进行后续自动化生产，很多知名企业被迫购买CNC、多关节机器人来修毛边、打磨抛光实现自动化，但成本昂贵且占地面积很大，增加了产线的复杂程度，也给维修带来了困难！
[0003]对于中小型企业来说，购买CNC、多关节机器人价格高昂，是不可承受的。为了节省成本，只能利用坐标式机械手将注塑产品从注塑机中取出，然后人工检测产品品质，看表面是否有毛刺、毛边等缺陷，将需要打磨抛光的产品和合格品分类放置，再利用抛光工具和装夹设备对不良品进行打磨抛光处理，这种方式成本低，但生产效率低下，严重阻碍了企业的发展。
[0004]多关节机器人，有时也称机械手，因设备本身结构复杂，精密度高，而且设有视觉系统，因而具有定位精密度高、协调性好的特点，其重复精度可达0.01-0.05_。而坐标式机械手没有视觉定位系统，不能实现高精密度的运作，只能进行直线、斜线运动，其重复精度仅能够达到0.1-0.2_，多关节机器人的重复精度是坐标式机械手的2-10倍，这就导致了多关节机器人的价格高昂。
[0005]因此，我们需要为注塑行业设计一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，通过对现有的伺服坐标式机械手进行改进，增加视觉引导定位功能，来实现功能可与多关节机器人媲美，而价格却平民化的目的。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，我们提出了一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，通过在现有的机械手上增设视觉影像系统，使该系统与机械手的控制系统CPU通信连接，使机械手能够自动检测产品是否合格，判断产品的位置信息，自动进行后续操作，达到了提高机械手自动化程度、提高生产效率、降低生产成本、降低占用空间的目的。
[0007]为达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]—种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，包括可移动支撑平台、设置于所述可移动支撑平台上的执行机构和用于操控所述执行机构动作的控制系统，还包括与所述控制系统电信号连接的视觉影像系统，所述视觉影像系统包括相机、光源和视觉控制器，所述相机、所述光源设置于所述执行机构侧面或单独固定，所述视觉控制器与所述相机、所述光源电信号连接。
[0009]优选的，所述相机为高清镜头相机、CCD相机或CMOS相机。
[0010]进一步的，所述控制系统包括:
[0011]a.机械手控制系统CPU，用于将收到的信息转化为可识别的机器语言，并对接收到的信息进行处理，将处理结果信号传输给执行机构；
[0012]b.HMI人机交互界面，用于操控机械手，控制机械手的运行与停止、系统参数的读写以及1的监控；
[0013]c.抗干扰DC电源，用于为HMI人机交互界面提供单独稳定的DC电源，控制信号输入装置；
[0014]d.输入输出模块，用于采集机械手本体或者外部的信号后转换成开关信号后被机械手控制系统(PU读取识别；
[0015]e.视觉影像系统接口，用于接入视觉影像系统；
[0016]f.网络型伺服驱动器接口，用于连接总线型伺服驱动器；
[0017]g.伺服电机，用于执行机械手控制系统CPU的指令。
[0018]优选的，所述控制系统还包括:
[0019]h.备用总线型伺服驱动器接口，作为备用接口，用于连接总线型伺服驱动器，来进行多轴运动控制，同时也可做多轴联动，直线以及圆弧插补。
[0020]优选的，所述控制系统还包括:
[0021]1.通讯接口，用于备用功能的二次开发及一些外围设备的接入。
[0022]—种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其控制系统的操作方法如下:
[0023]产品注塑完成后，注塑机开模，机械手的执行机构抓取注塑产品;机械手的执行机构沿着预设的路径移动到特定位置，即产品被输送至相机视野区域时，相机对各种形态的产品进行拍照，通过mark点对产品进行精确定位，并将产品的位置信息输出；照片信息和产品的位置信息同时被传输至机械手控制系统CPU;该系统将该照片与储存的标准图片进行比较，产品若为没有利用价值的不合格品，则被直接被放到不合格品处;若为有瑕疵的合格产品，则判断出现瑕疵的位置获得产品的坐标信息，引导机械手的执行机构按照指令对有瑕疵的地方进行修正;在修正期间，不断的对产品进行拍照，获得产品的照片信息和产品的偏移量、偏移角度等信息，并把照片逐一和标准图片进行比较，直至照片和图片一样，则修正结束。
[0024]进一步的，所述可移动支撑平台为二轴、三轴、五轴、六轴、七轴、八轴、九轴全伺服机构。
[0025]进一步的，所述执行机构上的末端执行装置为可以执行3D打印、铣磨毛边、2轴NC、打磨抛光、点胶、移印、雕刻、激光切割、喷涂、贴膜、铣削、焊接、烫印、组装或分拣功能的设备或机构。
[0026]通过以上技术方案，本发明可获得如下有益效果:
[0027]通过在现有的普通坐标桁架式机械手上增设视觉影像系统，使其与机械手控制系统CPU通信连接，当产品被输送至相机视野区域时，相机对各种形态的产品进行拍照，通过mark点对产品进行精确定位，并将产品的位置信息输出。视觉影像系统的设置一方面使机械手能够自动检测产品是否合格，对不良品自动进行打磨抛光等后续处理；同时可使重复精度从原来的0.1mm提高到0.05mm，而且在1KG以下的轻负载下，精度可达0.01mm，本发明的机械手精度达到甚至超过多关节机器人的精度，该技术在机械手领域属于世界首创。
[0028]因此，本发明自动化程度高，可以代替多关节机器人，能够自动检测产品是否合格，对不良品自动进行打磨抛光处理，采购成本可降低60%、占用空间可降低60%、精度提高2-10倍。
[0029]同时，本发明的执行机构上的末端执行装置为可以执行3D打印、铣磨毛边、2轴NC、打磨抛光、点胶、移印、雕刻、激光切割、喷涂、贴膜、铣削、焊接、烫印、组装或分拣功能的设备或机构，即末端执行装置可以根据不同的使用需要而随时进行更换，作为工业母机，实现跨行业的使用，节省成本。本技术在世界上属于坐标桁架式注塑机械手行业首创。
【附图说明】
[0030]为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手的控制系统结构图；
[0032]图2为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手控制流程图；
[0033]图3为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手在使用状态的主视结构示意图；
[0034]图4为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手在使用状态的立体结构示意图；
[0035]图5为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手的执行机构的主视结构示意图；
[0036]图6为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手的执行机构的立体结构示意图；
[0037]图7为本发明实施例所公开的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手的执行机构的立体透视结构示意图。
[0038]图中数字所表示的相应部件名称:
[0039]1.姿势部组件 2.取料装置3.气动快换夹具
[0040]4.动力装置5.视觉影像系统 11.姿势部[0041 ] 12.姿势部安装底座21.吸盘22.吸盘座
[0042]23.取料夹具24.取料夹具安装板 110.L型固定板
[0043]41.电机42.电机安装座51.相机
[0044]421.第一固定板 422.第二固定板 423.支撑立柱
[0045]424.护罩钣金 425.容纳腔411.电机轴
[0046]4221.第一侧孔 4222.第二侧孔426.电机支撑板
【具体实施方式】
[0047]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]下面结合实施例和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0049]实施例.
[0050]如图1所示，一种具有视觉影像系统的三轴伺服机械手，包括可移动支撑平台、设置于可移动支撑平台上的执行机构和用于操控执行机构动作的控制系统，所述控制系统包括:
[0051]a.机械手控制系统CPU，其相当于机械手的大脑，是机械手的最核心部分，采用LINUX内核为底层的控制系统，具有稳定性强的优点;该部分用于将收到的外部信息转化为可识别的机器语言，并对接收到的信息如图片信息进行处理，将处理结果信号传输给执行机构；
[0052]b.HMI人机交互界面，用于操控机械手，控制机械手的运行与停止、系统参数的读写以及1的监控；
[0053]c.抗干扰DC电源，用于为HMI人机交互界面提供单独稳定的DC电源，控制信号输入装置；
[0054]d.输入输出模块，用于采集机械手本体或者外部的信号后转换成开关信号后被机械手控制系统(PU读取识别；
[0055]e.视觉影像系统接口，用于接入视觉影像系统;通过接入视觉影像系统，机械手控制系统CPU可以判断要抓取的产品是否良好，从而选择要进行的动作;使机械手的执行机构可以配合视觉影像系统进行位置校正，从而实现不管工件摆放的怎么样，都可以按照工件路径进行修正，如打磨或者抛光等工作；
[0056]f.网络型伺服驱动器接口，用于连接总线型伺服驱动器，实现高响应、省线化；
[0057]g、伺服电机，用于执行机械手控制系统CPU的指令，采用高惯量型伺服电机，速度更快，运行更稳定；
[0058]h.备用总线型伺服驱动器接口，作为备用接口，用于连接总线型伺服驱动器，支持增量型与绝对值型伺服，来进行多轴运动控制，同时也可做多轴联动，直线以及圆弧插补；
[0059]1.通讯接口，用于备用功能的二次开发及一些外围设备的接入。
[0060]如图2所示，上述机械手控制系统的操作流程如下:
[0061](I)产品注塑完成后，注塑机开模，机械手的执行机构抓取注塑产品；
[0062](2)机械手的执行机构沿着预设的路径移动到特定位置，即产品被输送至相机视野区域时，相机对各种形态的产品进行拍照，通过mark点对产品进行精确定位，并将产品的位置信息输出;产品的照片和坐标(位置)信息传输至机械手控制系统CPU;
[0063](3)机械手控制系统CPU将收到的产品照片与已存品质良好产品照片进行对比，来检测判定广品有无缺料、异色等品质不良；
[0064](4)若为不良品，则发信号引导机械手直接放入不良品箱；若为有瑕疵的合格产品，则根据坐标信息判断出现瑕疵的位置获得产品的坐标信息，引导机械手的执行机构按照指令对有瑕疵的地方进行打磨修正;在打磨修正期间，不断的对产品进行拍照，获得产品的图像信息和产品的偏移量、偏移角度等信息，并把照片和标准图片进行比较，然后不停的对产品进行修饰(如打磨或抛光)，拍照，直至照片和图片一样，则修饰(如打磨或抛光)结束。
[0065]如图3-图7所示，上述执行机构包括:
[0066]a.姿势部组件I，姿势部组件包括姿势部11和姿势部安装底座12，姿势部安装底座12固定在姿势部的顶端，姿势部11的下端连有L型固定板110;
[0067]b.取料装置2，取料装置包括吸盘21、吸盘座22、取料夹具23和取料夹具安装板24，取料夹具安装板24的下部通过四个紧固螺钉固定于L型固定板110的侧板上，取料夹具23通过螺栓固定于取料夹具安装板24的上部，吸盘座22套设于取料夹具23上，吸盘21设于吸盘座22上；吸盘21、吸盘座22、取料夹具23的数量均为四个，呈矩阵排列于取料夹具安装板24上部;取料夹具23和吸盘座22之间设有压缩弹簧；
[0068]c.气动快换夹具3，气动快换夹具3设置于姿势部11的L型固定板110底板上；
[0069]d.动力装置4，动力装置包括电机41和电机安装座42，电机安装座42与气动快换夹具3固定在一起，电机41设置于电机安装座42上；
[0070]e.末端执行装置(图中未示出)，所述末端执行装置与电机的旋转轴相连，从电机获得动能。
[0071]前述视觉影像系统5包括相机51、光源和视觉控制器，本例中相机51设置于电机安装座42侧面(或另行单独固定)，光源与相机51相匹配，视觉控制器与相机51、光源电信号连接。同时视觉控制器与机械手控制系统(PU通过端口通信连接。
[0072]此处，对于视觉影像系统5的物理位置不需设定固定的位置，也就是说相机51、光源和视觉控制器的位置不仅仅可以安装在机械手上，还可根据实际使用的情况如根据产品的位置而定，进行调整他们的位置，如可以安装在注塑机上、流水线上等，只要使视觉影像系统与机械手控制系统CPU通信连接，能够进行自动化控制就可以实现对应的功能，对于其物理位置不做固定设置。
[0073]如图5、图6和图7所示，电机安装座42包括第一固定板421、第二固定板422、四个支撑立柱423和护罩钣金424，第二固定板422设置于第一固定板421的正下方，通过四个支撑立柱423固定连接，护罩钣金424围设于第一固定板421和第二固定板422外沿，形成可容纳电机主体的容纳腔425。第一固定板421的侧壁设有第一侧孔4211，第二固定板422的侧壁设有第二侧孔4221，护罩钣金424通过螺钉固定在第一侧孔4211和第二侧孔4221上。
[0074]第二固定板422的中心设有可供电机轴穿过的第一通孔(图中未示出)。第二固定板422上还设有电机支撑板426，电机41放置于电机支撑板426上。第二固定板422中心设有第二通孔，第二通孔小于第一通孔。
[0075]电机的主体位于容纳腔内，电机轴411一端与电机主体连接，另一端为自由端，其先穿过第二通孔，再穿过第一通孔，裸露在外，自由端用于连接末端执行装置，如旋转铣刀、旋转打磨机、抛光机、3D打印头、点胶头、移印机、烫金机、激光雕刻机、切割机、具有吸取功能或抱夹功能的治具。
[0076]相机51为CCD高清定焦镜头，固定于第一固定板421侧面。相机51也可以为高清镜头相机、CCD相机、CMOS变焦镜头、CMOS定焦镜头或CCD高清自动变焦镜头，只要能够实现高清晰拍摄目的即可。
[0077]本实施例中机械手的可移动支撑平台为三轴伺服结构，但不局限于此，还可以为五轴、六轴、七轴或八轴全伺服机构。
[0078]前述的末端执行装置为可以执行3D打印、铣磨毛边、2轴NC、打磨抛光、点胶、移印、雕刻、激光切割、喷涂、贴膜、铣削、焊接、烫印、组装、分拣等功能的设备或机构。
[0079]本发明的硬件部分优势在于:
[0080]a、目前市场上很多滑块式机械手控制系统不具备搭载视觉影像系统的接口，我们的机械手控制系统CPU可以通过Ethernet端口与视觉影像系统通信连接。视觉影像系统给出工件的偏移量与偏转角度引导机械手的执行机构定位，配合视觉影像系统还可以检测出工件的斑点、缺料、毛刺、正反方向等，机械手根据视觉影像系统给出的数据可识别不合格的产品并将不合格品放置到不合格品处。
[0081]b、目前市场上很多滑块式机械手控制系统不具备多轴联动多轴插补的功能，我们的控制系统可以很方便的实现。
[0082]本发明的软件部分优势在于:
[0083 ] a、通过CAM软件(计算机辅助制造软件)导出工件的CNC加工路径，我们的机械手控制系统CPU可通过简单处理直接读取CNC加工程式，方便易行。而且可以实现多轴联动，多轴插补。
[0084]b、视觉影像系统通过以太网接口与控制系统CPU进行数据传输，传输速度更快，传输数据更稳定。
[0085]这款机械手自带视觉影像系统，具备视觉引导定位功能，通过拍照现有产品和已存品质良好产品照片的对比，来检测判定产品有无缺料、异色等品质不良，不良品发信号引导机械手直接放入不良品箱。取出产品放入治具后检测到如有毛边，则引导机械手用铣刀或磨头自动修毛边至良品；也可以完成要求高达0.01毫米定位精度的移印、丝印、烫金、点胶、贴膜等后续自动化加工。快速自动更换另一套治具，取出产品放入定位治具后，机械手控制打磨机沿着产品曲面等进行打磨抛光。
[0086]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，包括可移动支撑平台、设置于所述可移动支撑平台上的执行机构和用于操控所述执行机构动作的控制系统，其特征在于，还包括与所述控制系统电信号连接的视觉影像系统，所述视觉影像系统包括相机、光源和视觉控制器，所述相机、所述光源设置于所述执行机构侧面或单独固定，所述视觉控制器与所述相机、所述光源电信号连接。2.根据权利要求1所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述相机为高清镜头相机、CCD相机或CMOS相机。3.根据权利要求1或2所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述控制系统包括: a.机械手控制系统CPU，用于将收到的信息转化为可识别的机器语言，并对接收到的信息进行处理，将处理结果信号传输给执行机构； b.HMI人机交互界面，用于操控机械手，控制机械手的运行与停止、系统参数的读写以及1的监控； c.抗干扰DC电源，用于为HMI人机交互界面提供单独稳定的DC电源，控制信号输入装置； d.输入输出模块，用于采集机械手本体或者外部的信号后转换成开关信号后被机械手控制系统CPU读取识别； e.视觉影像系统接口，用于接入视觉影像系统； f.网络型伺服驱动器接口，用于连接总线型伺服驱动器； g.伺服电机，用于执行机械手控制系统CHJ的指令。4.根据权利要求3所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述控制系统还包括: h.备用总线型伺服驱动器接口，作为备用接口，用于连接总线型伺服驱动器，来进行多轴运动控制，同时也可做多轴联动，直线以及圆弧插补。5.根据权利要求4所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述控制系统还包括: 1.通讯接口，用于备用功能的二次开发及一些外围设备的接入。6.根据权利要求5所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述控制系统的操作方法如下: 产品注塑完成后，注塑机开模，机械手的执行机构抓取注塑产品;机械手的执行机构沿着预设的路径移动到特定位置，即产品被输送至相机视野区域时，相机对各种形态的产品进行拍照，通过mark点对产品进行精确定位，并将产品的位置信息输出；照片信息和产品的位置信息同时被传输至机械手控制系统CPU;该系统将该照片与储存的标准图片进行比较，产品若为没有利用价值的不合格品，则被直接被放到不合格品处;若为有瑕疵的合格产品，则判断出现瑕疵的位置获得产品的坐标信息，引导机械手的执行机构按照指令对有瑕疵的地方进行修正；在修正期间，不断的对产品进行拍照，获得产品的照片信息和产品的偏移量、偏移角度等信息，并把照片逐一和标准图片进行比较，直至照片和图片一样，则修正结束。7.根据权利要求6所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述可移动支撑平台为二轴、三轴、五轴、六轴、七轴、八轴、九轴全伺服机构。8.根据权利要求5所述的一种具有视觉引导定位功能的坐标桁架式注塑机械手，其特征在于，所述执行机构上的末端执行装置为可以执行3D打印、铣磨毛边、2轴NC、打磨抛光、点胶、移印、雕刻、激光切割、喷涂、贴膜、铣削、焊接、烫印、组装或分拣功能的设备或机构。
【文档编号】B25J9/16GK106079317SQ201610599995
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月27日 公开号201610599995.7, CN 106079317 A, CN 106079317A, CN 201610599995, CN-A-106079317, CN106079317 A, CN106079317A, CN201610599995, CN201610599995.7
【发明人】夏金良, 郁栋, 何超, 张新
【申请人】苏州超群智能科技有限公司