一种流水线上机械手移动对位的方法与流程

本发明涉及一种机械自动化控制领域，尤其涉及一种流水线上机械手移动对位的方法。

背景技术：

在手机盒体包装过程中，需要在盒体横向和纵向位置精准的情况下，将盒体抓取放置到包装生产线上对应的包装纸皮中部的指定位置(纸皮上的指定位置以及后边缘和侧边缘，参见图2)，因为纸皮在输送皮带上是运动的，而且上料和运输过程中容易歪斜，因此要把抓取后的盒体精准的放置在输送带上纸皮的指定位置，需要极高精的准度与计算。

在机械手自动化控制过程中，目前对纸皮的精准抓取都需要摄像头或矩阵相机辅助定位，以此实现纸皮的精准识别。成本较高，且计算复杂，效率较慢。申请人再先申请了一件专利：一种通过电眼进行机械手移动对位的方法，申请号：2019100514756。通过在机械手上设置三个电眼，进行移动对位计算。计算方便快捷，准确度极高，动态定位精准度在0.5-1mm以内，静态定位精准度在0.5-0.7mm以内，能实现1分钟30-40个待放置物品抓取放置。但存在的问题有，1.需要三个激光色标电眼，每个电眼在1000-2000元，成本较高。2.色标电眼识别后需要马上计算，机械手根据其计算参数马上执行对应操作，由于有识别过程，使机械手的操作具有一定的滞后性，导致抓取时间间隔增加。3.机械手要实现1分钟30-40个待放置物品抓取放置，时间间隔，无法对激光色标电眼的采集数据进行滤波处理，因为在对位过程中，电眼检测到纸皮边沿就必须马上执行对应的动作，不能有延迟处理，如果动作延迟，将导致对位位置异常，而此过程中，机械手本身有一定的动作延迟，此延迟不可预测，所以这种对位方式会引入机械手本身的延迟而导致精度下降。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，无需摄像辅助，流水线上机械手移动对位的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种流水线上机械手移动对位的方法，方法步骤如下

第一步，沿输送带X轴运行方向依次安装电眼识别装置和机械手；

所述电眼识别装置上设有移动电眼S1和固定电眼S2，移动电眼S1和固定电眼S2的连线垂直于皮带，S1S2连线长度为LS1S2，所述移动电眼S1沿输送带Y轴方向往返式运动；

第二步，在皮带上安装测量编码器E1，值E1VAL作为X轴参考，丝杆滑台上安装编码器E2，值E2VAL作为Y轴参考；

第三步，运行输送带，通过移动电眼S1和固定电眼S2对被测物前边缘进行识别；

第四步，然后驱动移动电眼S1向Y轴移动，进行侧边缘识别；

第五步，根据移动电眼计算被测物角坐标、倾斜度，求出中心坐标；

第六步，机械手从生产线上定向抓取待放置物品后，机械手移动至输送带，并与输送带同步运动；

第七步，根据计算结果，将待放置物品放置于待测物的指定位置。

作为优选，步骤一中，所述电眼识别装置还包括丝杆滑台、定位丝杆和驱动定位丝杆的电机，所述移动电眼S1固定于定位丝杆上，并通过电机驱动其沿输送带Y轴方向往返式运动，所述固定电眼S2固定于丝杆滑台上。

作为优选，步骤三中，当皮带运行，被测物点亮电眼S2时，锁存当前编码器P1(E1VAL,E2VAL)，被测物点亮S1时，锁存当前编码器值P2(E1VAL,E2VAL)。

作为优选，步骤四中，S1,S2都被点亮以后，移动电眼S1向Y轴正方向，此时电眼S1将检测到侧边缘P3(E1VAL,E2VAL)，然后S1向Y负向移动，回到启动位置；

如果被测物较长，则移动电眼S1再次向正向移动，此时电眼S1将检测到侧边缘P4(E1VAL,E2VAL)，然后回到启动位置。

作为优选，在移动电眼S1和固定电眼S2识别过程中进行滤波处理。

作为优选，步骤五中，计算被测物角坐标、倾斜度、中心坐标的方法为，

当被测物较宽时，根据点P1(E1VAL,E2VAL)、P2(E1VAL,E2VAL)、P3(E1VAL,E2VAL)三点可以求出垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)；

当被测物较长时，根据点P1(E1VAL,E2VAL)、P3(E1VAL,E2VAL)、P4(E1VAL,E2VAL)可以求出垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)；

斜率slope＝-(P2.E1VAL–P1.E1VAL)/(P2.E2VAL-P1.E2VAL)

斜角OA＝atanf(slope)；

根据被测物长L，宽W，结合求出的垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)、斜角OA，求出被测物的中心坐标PC(E1VAL,E2VAL)。

作为优选，步骤六中，所述机械手与输送带同步公式，

输入参数：皮带速度V1、同步总行程Lbelt、加速占比P1、减速占比P2、皮带当前行程Lcurbelt

加速距离Lp1减速距离Lp2同步距离Lp3

Lp1＝Lbelt*P1Lp2＝Lbelt*P2Lp3＝Lbelt-Lp1-Lp2

加速度acc减速度dec

acc＝1.0/Lp1dec＝1.0/Lp2

机械手行程Lrobot

加速区间Lrobot＝0.5*acc*Lcurbelt*Lcurbelt

匀速区间Lrobot＝Lcurbelt-0.5*acc

减速区间Lrobot＝0.5*Lp1+Lp3+0.5*Lp2-0.5*dec*(Lbelt-Lcurbelt)*(Lbelt-Lcurbelt)。

作为优选，所述机械手跟踪同步过程中，采用增量式PID对机械手偏差校正。

作为优选，所述移动电眼S1和固定电眼S2均采用激光色标电眼，所述激光色标电眼的光斑大小为0.5mm-1mm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.只需要两个激光色标电眼，就能进行相应的计算，成本降低。

2.前置电眼识别装置，待测物运行到机械手操作区间之前，即可完成相应计算，机械手反应迅速。

3.还能有足够的时间对电眼数据进行滤波处理，减少识别过程中的数据干扰，提高识别精准度。

4.当待测物运行到机械手操作区间时，机械手能立即作业，大大加快了机械手的工作效率。

5.能实现1分钟内10-50个待放置物品抓取放置。

附图说明

图1为本发明工艺流程图；

图2为本发明的计算方法示意图。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1、图2，一种流水线上机械手移动对位的方法，方法步骤如下

第一步，沿输送带X轴运行方向依次安装电眼识别装置和机械手；

所述电眼识别装置上设有移动电眼S1和固定电眼S2，移动电眼S1和固定电眼S2的连线垂直于皮带，S1S2连线长度为LS1S2，所述移动电眼S1沿输送带Y轴方向往返式运动；

安装时，需调试移动电眼S1和固定电眼S2的距离，要求被测物横向边能被S1,S2两个电眼都检测到。

所述电眼识别装置还包括丝杆滑台、定位丝杆和驱动定位丝杆的电机，所述移动电眼S1固定于定位丝杆上，并通过电机驱动其沿输送带Y轴方向往返式运动，所述固定电眼S2固定于丝杆滑台上。

第二步，在皮带上安装测量编码器E1，值E1VAL作为X轴参考，丝杆滑台上安装编码器E2，值E2VAL作为Y轴参考。

第三步，运行输送带，通过移动电眼S1和固定电眼S2对被测物前边缘进行识别；

当皮带运行，被测物点亮电眼S2时，锁存当前编码器P1(E1VAL,E2VAL)，当被测物点亮S1时，锁存当前编码器值P2(E1VAL,E2VAL)；

第四步，然后驱动移动电眼S1向Y轴移动，进行侧边缘识别；

当S1,S2都被点亮以后，驱动移动电眼S1向Y轴正方向，此时电眼S1将检测到侧边缘P3(E1VAL,E2VAL)的位置，然后S1向Y负向移动，回到启动位置；

如果被测物较长，则移动电眼S1再次向正向移动，此时电眼S1将检测到侧边缘P4(E1VAL,E2VAL)，然后回到启动位置，进行二次检测，以便对侧边进行更为精准的检测。

在移动电眼S1和固定电眼S2识别过程中进行滤波处理，滤波处理减少电眼识别过程中的干扰，提高定位精准度。

第五步，根据移动电眼计算被测物角坐标、倾斜度，求出中心坐标，并实现纸皮外轮廓的精准定位识别；

计算被测物角坐标、倾斜度、中心坐标的方法为，

(1)已知直线上的两点P1(X1,Y1)P2(X2,Y2)，P1P2两点不重合，则直线的一般式方程AX+BY+C＝0，其中A B C分别为

A＝Y2-Y1

B＝X1-X2

C＝X2*Y1-X1*Y2

过直线外一点P0(x0,y0)的垂线方程

y＝(B/A)*(x-x0)+y0

求直线与垂线的交点

x＝((B^2)*x0-A*B*y0-A*C)/(A^2+B^2)

y＝-(A*x+C)/B

(2)根据以上公式，求直角坐标

当被测物较宽时，根据点P1(E1VAL,E2VAL)、P2(E1VAL,E2VAL)、P3(E1VAL,E2VAL)三点可以求出垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)；

当被测物较长时，根据点P1(E1VAL,E2VAL)、P3(E1VAL,E2VAL)、P4(E1VAL,E2VAL)可以求出垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)；

(3)求被测物倾斜度

斜率slope＝-(P2.E1VAL–P1.E1VAL)/(P2.E2VAL-P1.E2VAL)

斜角OA＝atanf(slope)；

(4)被测物长L，宽W，结合求出的垂角坐标PV(E1VAL,E2VAL)、斜角OA，求出被测物的中心坐标PC(E1VAL,E2VAL)，计算公式如下

被测物中心到垂角PV的距离为L1，L与L1的夹角为OB

L1＝0.5*Sqrt(L*L+W*W)

OB＝Atan(W/L)

xOffset＝L1*Cos(0A+OB)

yOffset＝L1*Sin(OA+OB)；

PC.E1VAL＝PV.E1VAL-xOffset

PC.E2VAL＝PV.E1VAL-yOffset。

第六步，机械手从生产线上定向抓取待放置物品后，机械手移动至输送带，并与输送带同步运动；

待放置物品整齐盛放在生产线的盛方区域内，静止不动，等待抓取；定向抓取待放置物品时，通过机械手参数设置，对待放置物品指定位置进行精准抓取。待被测物位置坐标确定后，移动到机械手操作区域，机械手将待放置物品准确的放置于被测物的指定位置。

以同步运动为基准，便于机械手进行位置调整，实现精准放置；

所述机械手与输送带同步公式，

输入参数：皮带速度V1、同步总行程Lbelt、加速占比P1、减速占比P2、皮带当前行程Lcurbelt

加速距离Lp1 减速距离Lp2 同步距离Lp3

Lp1＝Lbelt*P1 Lp2＝Lbelt*P2 Lp3＝Lbelt-Lp1-Lp2

加速度acc 减速度dec

acc＝1.0/Lp1 dec＝1.0/Lp2

机械手行程Lrobot

加速区间Lrobot＝0.5*acc*Lcurbelt*Lcurbelt

匀速区间Lrobot＝Lcurbelt-0.5*acc

减速区间Lrobot＝0.5*Lp1+Lp3+0.5*Lp2-0.5*dec*(Lbelt-Lcurbelt)*(Lbelt-Lcurbelt)。

在机械手与输送带跟踪同步过程中，采用增量式PID对机械手偏差校正，解决由于伺服响应和负载问题会导致机械手的给定位置和实际位置有偏差。

第七步，根据计算结果，将待放置物品放置于待测物的指定位置。

所述输送带采用动态均匀传送或间歇式传送，经过实现测试，动态均匀传送时，机械手定位精准度在0.5-1mm以内，能实现1分钟10-50个盒体抓取放置；间歇式传送时，机械手定位精准度在0.5-0.7mm以内。

所述纵向电眼和侧向电眼采用激光色标电眼，色标电眼能对纸皮与输送带的颜色进行区分，以此识别纸皮的边缘，所述激光色标电眼的光斑大小为0.5mm-1mm，光斑越小，定位精准度越高。

所述激光色标电眼采用德国劳易测KRT 3B色标传感器

劳易测色标传感器的特性：

1、三色光和绿光色标传感器可选。

2、通过动态调节，可以检测细微的灰度差。

3、多种示教输入功能，可优化生产流程。

4、通过按键可实现特殊功能。

5、温度补偿，确保传感器长期稳定工作。

以上对本发明所提供的一种流水线上机械手移动对位的方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。