一种机器人卸料系统的制作方法

1.本发明涉及建筑机器人技术领域，具体涉及一种机器人卸料系统。


背景技术：

2.目前，随着建筑行向着自动化、无人化、智能化方向的发展，建筑机器人的应用逐渐增多。建筑施工场地存在砌块、袋装腻子、地砖、沙袋等诸多物料，这些物料的搬运和卸载基本都靠人力完成，存在搬运效率低、损耗率大、安全性低等问题。
3.本专利发明了一种施工物料无序分拣和智能码垛的机器人系统，该机器人系统有以下几个优点：1.本发明可以实现建筑施工物料的无序分拣和智能码垛，全程实现自动化作业，作业具有效率高。2.本发明使用的吸盘式防掉夹爪可以自适应建筑施工物料的形状和尺寸，抓取稳定不易掉落，抓取重量大。3.本发明提出的无序分拣和智能码垛机器人作业范围大，可以在地轨上来回移动，此外，3d视觉系统可以同时在长度和高度方向上移动，检测视野宽，整体的作业面积大。
4.本发明提出的无序分拣和智能码垛机器人系统可以全天候作业，物料堆场和料架分别位于机器人两侧，抓取和码垛速度快，整体占地面积小。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种机器人卸料系统，实现建筑施工物料的无序分拣和智能码垛，全程自动化作业，作业具有效率高；可以全天候作业，整体占地面积小；作业范围大。
6.本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
7.一种机器人卸料系统，包括机械臂、吸盘防掉夹爪、3d视觉系统、地轨和系统控制器，机械臂设置于地轨上，可沿地轨来回移动，吸盘防掉夹爪设置于机械臂的末端，3d视觉系统布置于机械臂及地轨的上方，机械臂的两侧分别为物料拆垛场地和物料码垛场地，系统控制器分别与机械臂、吸盘防掉夹爪、3d视觉系统和地轨连接。
8.按照上述技术方案，3d视觉系统包括两个移动式3d视觉检测系统，分别布置于物料拆垛场地和物料码垛场地的上方。
9.按照上述技术方案，吸盘防掉夹爪包括夹爪机架、和设置于夹爪机架上的伸缩气缸和旋转气缸，夹爪机架上布置有真空吸盘，夹爪机架两端分别设有左侧挡板和右侧挡板，左侧挡板的上端与夹爪机架的左端连接固定，左侧挡板的下端铰接有左侧勾板，伸缩气缸的伸缩端与左侧勾板的外侧面连接，伸缩气缸带动左侧勾板绕铰接点转动，旋转气缸与右侧挡板之间连接有弧形杆。
10.按照上述技术方案，夹爪机架包括连接法兰、吸盘安装板、型材骨架，吸盘安装板的上表面依次固设有安装板和连接法兰，型材骨架整体固设于吸盘安装板的下表面，真空吸盘布置于型材骨架上。
11.按照上述技术方案，夹爪机架的下表面设有压板，真空吸盘布置于压板的两侧。
12.按照上述技术方案，左侧挡板或夹爪机架上设有位移传感器。
13.按照上述技术方案，地轨一端连接有地轨驱动电机，地轨上设有安装底座，机械臂设置于安装底座上，地轨驱动电机带动安装底座来回移动；
14.地轨驱动电机通过丝杆或同步带与安装底座连接。
15.按照上述技术方案，移动式3d视觉检测系统包括横向移动机构、竖直移动机构和3d相机，竖直移动机构设置于横向移动机构，3d相机设置于竖直移动机构上。
16.按照上述技术方案，横向移动机构包括驱动电机、第一导轨和第二滑座，第二滑座设置于第一导轨上，驱动电机设置于第一导轨的一端，并通过同步带与第二滑座连接，驱动电机通过同步带带动第二滑座沿第一导轨来回移动，竖直移动机构设置于第二滑座上；
17.竖直移动机构包括第二导轨和第一滑座，第二导轨竖直布置于第二滑座上，第一滑座设置于第二导轨上，沿第二导轨上布置有丝杆，第一滑座通过螺母与丝杆连接，丝杆连接有竖直驱动电机，3d相机设置于第一滑座上，竖直驱动电机通过丝杆带动第一滑座及其上的3d相机沿第二导轨上下移动。
18.一种采用以上所述的机器人卸料系统的卸料方法，包括以下步骤：
19.s1、建筑施工物料运输到物料拆垛场后，系统控制器将指令同时发到拆垛侧的可移动式3d视觉检测系统和码垛侧的可移动式3d视觉检测系统；
20.s2、两侧的移动式3d视觉检测系统沿着导轨在长度方向和高度方向进行移动，不断的对拆垛场地的物料信息和码垛场地的料架信息进行扫描，之后将得到的整个场地上物料的特征和位置发送给系统控制器；
21.s3、系统控制器发送指令给六轴机械臂，机械臂的各关节和地轨同步运动，使机械臂的末端吸盘防掉式夹爪定位到拆垛场地侧物料的上方；
22.s4、吸盘防掉式夹爪开始进行物料抓取，抓取完成后，机械臂的各关节和地轨开始运动，将抓取的物料送至码垛场地料架上对应的位置，吸盘防掉式夹爪将物料放置到料架上。
23.s5、重复步骤3-步骤4的循环直到整层工件抓取完成，单层抓取结束后对整体进行扫描，进行下一层砌块识别抓取，直到整垛物料分拣完成；
24.s6、开始下一整垛物料的拆垛、码垛循环。
25.本发明具有以下有益效果：
26.1、本发明可以实现建筑施工物料的无序分拣和智能码垛，全程实现自动化作业，作业具有效率高；本发明提出的无序分拣和智能码垛机器人系统可以全天候作业，物料堆场和料架分别位于机器人两侧，抓取和码垛速度快，整体占地面积小；本发明提出的无序分拣和智能码垛机器人作业范围大，可以在地轨上来回移动，此外，3d视觉系统可以同时在长度和高度方向上移动，检测视野宽，整体的作业面积大。
27.2、本发明使用的吸盘式防掉夹爪可以自适应建筑施工物料的形状和尺寸，抓取稳定不易掉落，抓取重量大。
附图说明
28.图1是本发明实施例中机器人卸料系统的立体图；
29.图2是本发明实施例中防掉式夹爪的左侧轴向视图；
30.图3是本发明实施例中防掉式夹爪的右侧轴向视图；
31.图4是图3的a向视图；
32.图5是本发明实施例中移动式3d视觉检测系统的结构示意图；
33.图6是本发明实施例中机械臂安设于地轨上的示意图；
34.图7是本发明实施例中机器人卸料系统的基于3d相机的拆垛和码垛原理图；
35.图中，1-移动式3d视觉检测系统、2-机械臂、3-防掉式夹爪、4-堆场物料、5-agv运输车、6-物料架、7-地轨、9-薄膜结构棚、10-连接法兰、11-真空发生器、12-左侧大挡板、13-标准气缸、14-位移传感器、15-合页、16-左侧勾板、17-安装板、18-右侧挡板、19-旋转气缸、20-法兰连接板、21-吸盘安装板、22-型材骨架、23-真空吸盘、24-压板、25-驱动电机、26-第一导轨、27-3d相机、28-第二导轨、29-丝杠、30-第一滑座、31-第二滑座、32-同步带、33-拖地线缆、34-安装底座、35-地轨驱动电机。
具体实施方式
36.下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
37.参照图1～图7所示，本发明提供的一个实施例中的机器人卸料系统，包括机械臂2、吸盘防掉夹爪、3d视觉系统、地轨7和系统控制器，机械臂2设置于地轨7上，可沿地轨7来回移动，吸盘防掉夹爪设置于机械臂2的末端，3d视觉系统布置于机械臂2及地轨7的上方，机械臂2的两侧分别为物料拆垛场地和物料码垛场地，系统控制器分别与机械臂2、吸盘防掉夹爪、3d视觉系统和地轨7连接。
38.进一步地，3d视觉系统包括两个移动式3d视觉检测系统1，分别布置于物料拆垛场地和物料码垛场地的上方；物料拆垛场地的3d视觉检测系统用于检测堆场物料4的情况，方便六轴机械臂2和吸盘防掉式夹爪3进行分拣抓取作业；物料码垛场地的3d视觉检测系统用于检测料架的情况，方便六轴机械臂2和吸盘防掉式夹爪3进行码垛作业。
39.进一步地，吸盘防掉夹爪包括夹爪机架、和设置于夹爪机架上的伸缩气缸和旋转气缸19，夹爪机架上布置有真空吸盘23，夹爪机架两端分别设有左侧挡板和右侧挡板18，左侧挡板的上端与夹爪机架的左端连接固定，左侧挡板的下端铰接有左侧勾板16，伸缩气缸固设于左侧挡板上，伸缩气缸的伸缩端与左侧勾板16的外侧面连接，伸缩气缸带动左侧勾板16绕铰接点转动，旋转气缸19与右侧挡板18之间连接有弧形杆；当吸盘防掉夹爪夹爪物料时，旋转气缸19带动右侧挡板18竖直向内旋转，左侧挡板和右侧挡板18从两侧夹紧物料，夹爪物料时伸缩气缸带动左侧勾板16从底部勾住物料，防止物料脱出。
40.进一步地，左侧挡板的面积大于右侧挡板18的面积。
41.进一步地，左侧勾板16通过合页15与左侧挡板铰接。
42.进一步地，机械臂2为六轴机械臂；真空吸盘23连接有真空发生器11，真空发生器11设置于夹爪机架上。
43.进一步地，伸缩气缸为标准气缸13。
44.进一步地，夹爪机架包括连接法兰10、吸盘安装板21、型材骨架22，吸盘安装板21的上表面依次固设有安装板17和连接法兰10，型材骨架22整体固设于吸盘安装板21的下表面，真空吸盘23布置于型材骨架22上。
45.进一步地，夹爪机架的下表面设有压板24，真空吸盘23布置于压板24的两侧。
46.进一步地，压板24的个数为两个，对称布置于夹爪机架的下表面的型材骨架22上。
47.进一步地，所述吸盘式防掉夹爪主要由连接法兰10、真空发生器11、左侧大挡板12、标准气缸13、位移传感器14、合页15、左侧勾板16、安装板17、右侧挡板18、旋转气缸19、法兰连接板20、吸盘安装板21、型材骨架22、真空吸盘23、压板24等部分组成。其中真空发生器11连接在吸盘安装板21上，左侧大挡板12上端与吸盘安装板21连在一起，下端通过合页与左侧勾板相连，标准气缸13固定在左侧大挡板12上，驱动端与左侧勾板相连。旋转气缸固定在安装板上，安装板和连接法兰10固定在吸盘安装板21的上表面。压板24和真空吸盘固定在型材骨架上均匀分布，型材骨架整体连接在吸盘安装板21的下表面。
48.进一步地，左侧挡板或夹爪机架上设有位移传感器14。
49.进一步地，位移传感器14的个数为3个；3个位移传感器14呈3角形分布，通过3个位移传感器14可以确定被抓取物料的面。
50.当六轴机械臂将吸盘式防掉夹爪送至物料拆垛场地的建筑施工物料对应位置后，三个位移传感器14检测建筑施工物料离左侧大挡板12的距离，标准气缸13拉动合页将左侧勾板张开，同时右侧的旋转气缸带动右侧挡板18张开，在位移传感器14的辅助下，防掉式夹爪3向建筑施工物料方向移动，压板24可以放置物料移动，当防掉式夹爪3移动到合适位置后，真空发生器驱动真空吸盘产生真空吸力吸住物料，之后标准气缸13拉动合页使左侧勾板合拢，勾住物料防止转运过程中掉落，与此同时，右侧的旋转气缸带动右侧挡板18运动，夹住物料，完成拆垛过程的物料抓取。
51.进一步地，地轨7一端连接有地轨驱动电机35，地轨7上设有安装底座34，机械臂2设置于安装底座34上，地轨驱动电机35带动安装底座34来回移动。
52.进一步地，地轨驱动电机35通过丝杆或同步带与安装底座34连接。
53.丝杆沿地轨7长度方向布置，丝杆的一端与地轨驱动电机35连接，丝杆上套设有螺母，安装底座34与螺母连接；地轨驱动电机35通过丝杆带动安装底座34沿地轨来回移动。
54.地轨的两端设有同步带轮，两个同步带轮之间通过同步带连接，其中一个同步带轮与地轨驱动电机35连接。
55.进一步地，安装底座34连接有拖地线缆33。
56.进一步地，3d视觉系统包括横向移动机构、竖直移动机构和3d相机27，竖直移动机构设置于横向移动机构，3d相机27设置于竖直移动机构上。
57.进一步地，横向移动机构包括驱动电机25、第一导轨26和第二滑座31，第二滑座31设置于第一导轨26上，驱动电机25设置于第一导轨26的一端，并通过同步带与第二滑座31连接，驱动电机通过同步带带动第二滑座31沿第一导轨来回移动，竖直移动机构设置于第二滑座31上；
58.竖直移动机构包括第二导轨28和第一滑座30，第二导轨28竖直布置于第二滑座31上，第一滑座30设置于第二导轨28上，沿第二导轨28上布置有丝杆，第一滑座30通过螺母与丝杆连接，丝杆连接有竖直驱动电机，3d相机27设置于第一滑座30上，竖直驱动电机通过丝杆带动第一滑座30及其上的3d相机27沿第二导轨28上下移动。
59.一种采用以上所述的机器人卸料系统的卸料方法，包括以下步骤：
60.s1、建筑施工物料运输到物料拆垛场后，系统控制器将指令同时发到拆垛侧的可移动式3d视觉检测系统1和码垛侧的可移动式3d视觉检测系统1；
61.s2、两侧的移动式3d视觉检测系统1开始在各自电机的驱动下，沿着导轨在长度方向和高度方向进行移动，不断的对拆垛场地的物料信息和码垛场地的料架信息进行扫描，之后将得到的整个场地上物料的特征和位置发送给系统控制器的中央处理器；
62.s3、系统控制器的中央处理器发送指令给六轴机械臂2，机械臂2的各关节和地轨同步运动，使机械臂2的末端吸盘防掉式夹爪3定位到拆垛场地侧物料的上方；
63.s4、吸盘防掉式夹爪3开始进行物料抓取，抓取完成后，六轴机械臂的各关节和地轨开始运动，将抓取的物料送至码垛场地料架上对应的位置，吸盘防掉式夹爪3将物料放置到料架上。
64.s5、重复步骤3-步骤4的循环直到整层工件抓取完成，单层抓取结束后对整体进行扫描(见步骤2)，进行下一层砌块识别抓取，直到整垛物料分拣完成；
65.s6、开始下一整垛物料的拆垛、码垛循环。
66.本发明的工作原理：一种基于可移动式的3d视觉系统的无序分拣和智能码垛机器人系统，其特征在于：由六轴机械臂、吸盘防掉夹爪、3d视觉系统、地轨、物料拆垛场地、物料码垛场地、遮挡棚等部分组成。所述六轴机械臂与安装底座34通过螺钉连接，安装底座34与地轨连接，在地轨驱动电机35的驱动下可以沿着拖地线缆33方向移动；所述六轴机械臂末端连接着吸盘防掉式夹爪3；所述薄膜结构棚9为整个系统提供遮挡，可移动式3d视觉系统安装在薄膜结构棚9上；所述移动式3d视觉系统由两部分组成，一部分是物料拆垛场地的3d视觉检测系统，用于检测堆场物料4的情况，方便六轴机器人和吸盘防掉式夹爪3进行分拣抓取作业；另一部分是物料码垛场地的3d视觉检测系统，用于检测料架的情况，方便六轴机器人和吸盘防掉式夹爪3进行码垛作业。所述地轨固定在地面上，地轨的一侧是物料拆垛堆场，用来存放建筑施工物料，另一侧是物料码垛场地，用来存放料架，方便agv运输车5进出运运输物料。
67.所述吸盘式防掉夹爪主要由连接法兰10、真空发生器、左侧大挡板12、标准气缸13、位移传感器14、合页、左侧勾板、安装板、右侧挡板18、旋转气缸、法兰连接板20、吸盘安装板21、型材骨架、真空吸盘、压板24等部分组成。其中真空发生器连接在吸盘安装板21上，左侧大挡板12上端与吸盘安装板21连在一起，下端通过合页与左侧勾板相连，标准气缸13固定在左侧大挡板12上，驱动端与左侧勾板相连。旋转气缸固定在安装板上，安装板和连接法兰10固定在吸盘安装板21的上表面。压板24和真空吸盘固定在型材骨架上均匀分布，型材骨架整体连接在吸盘安装板21的下表面。
68.当六轴机械臂将吸盘式防掉夹爪送至物料拆垛场地的建筑施工物料对应位置后，三个位移传感器14检测建筑施工物料离左侧大挡板12的距离，标准气缸13拉动合页将左侧勾板张开，同时右侧的旋转气缸带动右侧挡板18张开，在位移传感器14的辅助下，防掉式夹爪3向建筑施工物料方向移动，压板24可以放置物料移动，当防掉式夹爪3移动到合适位置后，真空发生器驱动真空吸盘产生真空吸力吸住物料，之后标准气缸13拉动合页使左侧勾板合拢，勾住物料防止转运过程中掉落，与此同时，右侧的旋转气缸带动右侧挡板18运动，夹住物料，完成拆垛过程的物料抓取。
69.当六轴机械臂将建筑施工物料运动到物料码垛场地的物料架6上方后，右侧的旋转气缸带动右侧挡板18向外运动，与此同时，左侧的标准气缸13拉动合页使左勾板向外运动，减小两侧对物料的夹紧力。之后真空管发生器卸掉真空吸盘里的真空环境，使得对物料
的吸力消失，松开物料，完成拆垛过程的物料抓取。
70.所述地轨由拖地线缆33、安装底座34、地轨驱动电机35等部分组成，其中安装底座34与地轨连在一起，地轨驱动电机35可以驱动地轨和安装底座34沿着轨道方向移动，安装底座34与六轴机械臂连在一起，总体构成一个七自由度的机器人。
71.所述移动式3d视觉检测系统1连接在两自由度导轨上，由驱动电机、导轨1、3d相机27、导轨2、丝杠29、滑座1、滑座2、同步带等部分组成。既可以沿着地轨移动方向运动，也可以沿着竖直方向运动，可以有效扩大3d视觉检测系统的识别范围。其中滑座1连接在导轨1上，通过驱动电机和同步带带动滑座1沿着导轨1运动，滑座2连在导轨2上，3d相机27连在滑座2上，通过丝杠29带动滑座2和3d相机27在导轨2上移动。通过在两自由度的导轨上移动，3d视觉检测系统可以识别物料拆垛场地和物料码垛场地的实时状态。
72.通过在导轨上移动3d相机27获取整个垛场的3d点云信息；对获取的3d点云的降噪和拼接处理，得到完整的垛场3d信息；将获取的3d点云映射为2d点云，得到垛场顶部平面的轮廓图；根据2d信息获取垛场物料的形状特征，进行物料的识别和初定；再次将2d点云转换成3d点云，进行物料的精确定位；识别和定位好物料后，引导机械臂和末端抓手实现抓取。
73.以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。