本发明公开了一种自动穿绳装置，尤其涉及一种基于机器视觉引导的耐压骨架自动穿绳装置。
背景技术：
耐压骨架是广泛用于海洋监船上的一种声纳用品，装备海洋监船时，需将耐压骨架穿上软绳后使用。如图1所示，耐压骨架上开设有穿绳孔，用于穿设软绳。目前主要通过人工将耐压骨架穿上软绳，而耐压骨架用量很大，人工穿绳的效率较低，故迫切需要设计一种耐压骨架自动穿绳设备。
技术实现要素：
本发明针对目前耐压骨架人工穿绳存在作业效率低、劳动强度大等方面的不足，提出了一种基于机器视觉引导的耐压骨架自动穿绳装置。
本发明的具体技术方案如下：一种基于机器视觉引导的耐压骨架自动穿绳装置，其特征在于，包括依次设置的用于输送耐压骨架的传输机构、用于将耐压骨架导穿到绳上的导穿机构以及用于将耐压骨架从传输机构抓取放入导穿机构的夹持机构；
所述传输机构包括料筒以及并列设置的第一带式输送机和第二带式输送机，料筒包括弧形料仓和用于支撑弧形料仓的支撑腿，弧形料仓的底部倾斜设置有第一出料口和第二出料口，第一出料口和第二出料口分别位于第一带式输送机和第二带式输送机的输入端的上方；第一带式输送机和第二带式输送机均设有坡道部和水平部，第一带式输送机和第二带式输送机的水平部均与导穿机构连接。
所述导穿机构包括台架和导穿筒，台架包括台面板和用于支撑台面板的支撑腿，台面板中央开有方形通孔，导穿筒安装在方形通孔中；台面板上还开设有两个矩形通孔，位于方形通孔的两侧，第一带式输送机的水平部和第二带式输送机的水平部分别水平插入两个矩形通孔中；导穿筒包括方形套筒、上组合夹头、下组合接头和引导柱，方形套筒顶端插入台面板的方形通孔中且与台面板位于同一水平面上，引导柱置于方形套筒中由至少一个组合夹头夹持，引导柱底部设置有用于连接软绳的快速接头；上组合夹头包括相对安装在方形套筒侧壁上的左上夹紧头和右上夹紧，下组合夹头包括相对安装在方形套筒侧壁上的左下夹紧头和右下夹紧头；左上夹紧头、右上夹紧头、左下夹紧头和右下夹紧均包括第一驱动装置、夹指支架、v型夹指和导向杆；第一驱动装置与夹指支架连接，用于驱动夹指支架在方形套筒内沿水平方向来回移动；v型夹指安装在夹指支架上，导向杆的一端连接夹指支架，另一端穿过方形套筒侧壁伸出；
夹持机构包括上平台、下平台、伸缩杆和夹持工具，上平台的一侧设有第一相机和第二相机，分别位于第一带式输送机的水平部的上方和第二带式输送机的水平部的上方，用于获取第一带式输送机的水平部上的耐压骨架的位姿信息和第二带式输送机的水平部上的耐压骨架的位姿信息；下平台位于上平台与台面板之间，夹持工具安装在下平台的底面；三根伸缩杆连接在上平台和下平台之间，伸缩杆的一端通过球铰与上平台的底面相连，另一端通过球绞与下平台的顶面相连，连接在上平台的三个球绞均匀分布在同一圆上，连接在下平台的三个球绞也均匀分布在同一圆上；每个伸缩杆上设有用于驱动伸缩杆伸缩的第二驱动装置；夹持工具包括第三驱动装置和第四驱动装置，第三驱动装置安装在下平台上，第三驱动装置连接第四驱动装置用于驱动第四驱动装置旋转，第四驱动装置上设有夹指，用于驱动夹指夹紧或松开。
自动穿绳机还包括系统控制器，导穿机构中的所有夹紧头的第一驱动装置、夹持机构中的第一相机、第二相机、第二驱动装置、第三驱动装置和第四驱动装置均与系统控制器连接。
作为本发明的进一步改进，导穿机构具有两根引导柱，左上夹紧头、右上夹紧头、左下夹紧头和右下夹紧头均具有两个v型夹指，一个组合夹头可同时夹紧两根引导柱。
作为本发明的进一步改进，每个夹紧头的夹指支架中穿有丝杆，丝杆上设有两段旋向相反的螺纹，分别与两个v型手指螺纹连接，丝杆的一端连接有电机。
作为本发明的进一步改进，所述导穿机构的第一驱动装置为伸缩气缸，当左上夹紧头、右上夹紧头、左下夹紧头和右下夹紧头的伸缩气缸的活塞杆处于最大伸出位置时，上组合夹头和下组合夹头可同时夹紧引导柱。
本发明的有益效果：传输机构由两条输送线将料斗中的耐压骨架传送至与导穿机构的相连处，等待夹持机构夹取；带式输送机设置了水平部用于与导穿机构连接，当耐压骨架被传送至带式输送机的水平部时，由相机获取耐压骨架的位姿信息，即耐压骨架上穿绳孔的方位；夹持机构采用并联结构，可从两条输送线上夹取耐压骨架，并根据相机获取的耐压骨架的位姿信息，调整使得耐压骨架的穿绳孔对准导穿机构的引导柱并耐压骨架套装到引导柱上；通过导穿机构的上组合夹头与下组合夹头的配合，将耐压骨架穿到软绳上；传输机构、夹持机构和导穿机构均由系统控制器控制，实现耐压骨架穿绳的自动化，提高穿绳效率，减少人工劳动强度。
附图说明
图1为常见耐压骨架的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为传输机构的结构示意图。
图4为传输机构中料斗的结构示意图。
图5为传输机构中第一带式输送机的结构示意图。
图6为导穿机构和夹持机构的结构示意图。
图7为导穿机构中架台的结构示意图。
图8为导穿机构中导穿筒的结构示意图。
图9为导穿筒内部结构示意图。
图10为导穿筒中左上夹紧头的结构示意图。
图11为导穿机构中上组合夹头松开、下组合夹头夹紧的工作示意图。
图12为导穿机构中上组合夹头夹紧、下组合夹头松开的工作示意图。
图13为夹持机构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供一种基于机器视觉的耐压骨架自动穿绳装置，如图2所示，包括依次设置的用于输送耐压骨架的传输机构1、用于将耐压骨架导穿到软绳上的导穿机构2以及用于将耐压骨架从传输机构抓取放至导穿机构的夹持机构3。
如图3所示，所述传输机构1包括料筒11以及并列设置的第一带式输送机12和第二带式输送机13；如图4所示，料筒11包括弧形料仓111和用于支撑弧形料仓的支撑腿112，弧形料仓111的底部倾斜设置有第一出料口1111和第二出料口1112，第一出料口1111和第二出料口1112分别位于第一带式输送机12和第二带式输送机13的输入端的上方，弧形料仓中的耐压骨架经第一出料口和第二出料口分别落入第一带式输送机和第二带式输送机的输送带上。如图5所示，第一带式输送机12和第二带式输送机13均设有坡道部121和水平部122，第一带式输送机12和第二带式输送机13的水平部122均与导穿机构2连接，带式输送机将耐压骨架从坡道部传送至水平部，待夹持机构3夹取放至导穿机构2。
如图6所示，所述导穿机构2包括架台21和导穿筒22，如图7所示，架台21包括台面板211和用于支撑台面板的支撑腿212，台面板211中央开有方形通孔2111，导穿筒22安装在方形通孔中；台面板上还开设有两个矩形通孔2112，位于方形通孔的两侧，且两个矩形通孔的一条短边贯穿台面板的同一侧，第一带式输送机的水平部和第二带式输送机的水平部分别插入台面板的两个矩形通孔中，第一带式输送机的水平部和第二带式输送机的水平部的上表面与台面板的上表面位于同一水平面上。
如图8所示，导穿筒22包括方形套筒221、上组合夹头、下组合接头和引导柱25；方形套筒221顶端插入台面板211的方形通孔中且与台面板的上表面位于同一水平面上；引导柱25置于方形套筒中且由至少一个组合夹头夹持，引导柱25底部设置有用于连接软绳的快速接头；上组合夹头包括相对安装在方形套筒221侧壁上的左上夹紧头222和右上夹紧头223，下组合夹头包括相对安装在方形套筒221侧壁上的左下夹紧头224和右下夹紧头225，左上夹紧头222和左下夹紧头224位于同一侧且左下夹紧头224位于左上夹紧头222的正下方，右上夹紧头223和右下夹紧头225位于同一侧且右下夹紧头225位于右上夹紧头223的正下方；下组合夹头与上组合夹头之间的距离大于耐压骨架轴向的长度。
如图9和图10所示，左上夹紧头222、右上夹紧头223、左下夹紧头224和右下夹紧头225均包括第一驱动装置2221、夹指支架2222、v型夹指2223和导向杆2224；第一驱动装置与夹指支架连接，用于驱动夹指支架在方形套筒内沿水平方向来回移动；v型夹指2223安装在夹指支架2222上，导向杆2224的一端连接夹指支架2222，另一端穿过方形套筒侧壁伸出。需要说明的是，第一驱动装置可为伸缩气缸，伸缩气缸固定在方形套筒的外壁，伸缩气缸的活塞杆穿过方形套筒的侧壁与夹指支架连接，伸缩气缸通过活塞杆带动夹指支架作往复运动。第一驱动装置也可为电机，电机固定在方形套筒的外壁，电机的输出轴穿过方形套筒的侧壁与丝杆连接，丝杆与夹指支架通过螺纹连接，电机驱动丝杆转动，带动夹指支架在丝杆上往复运动。当需夹紧引导柱时，组合夹头的两个夹紧头的第一驱动装置驱动各自的夹指支架相向移动，利用两个夹紧头的v型夹指夹紧引导柱，需释放引导柱时，两个夹紧头的第一驱动装置驱动各自的夹指支架背向移动。
如图6和图13所示，夹持机构3包括上平台31、下平台32、伸缩杆和夹持工具34；上平台31呈矩形，通过四根支撑柱安装在导穿机构的台面板211上，上平台31的一侧设有第一相机311和第二相机312，分别位于第一带式输送机的水平部的上方和第二带式输送机的水平部的上方，用于获取第一带式输送机的水平部上的耐压骨架的位姿信息和第二带式输送机的水平部上的耐压骨架的位姿信息；下平台32呈圆形，位于上平台31与台面板211之间，夹持工具34安装在下平台的底面；三根伸缩杆连接在上平台31和下平台32之间，伸缩杆的一端通过球铰与上平台31的底面相连，另一端通过球绞与下平台32的顶面相连，连接在上平台的三个球绞均匀分布在同一圆上，连接在下平台的三个球绞也均匀分布在同一圆上；每个伸缩杆上设有用于驱动伸缩杆伸缩的第二驱动装置(图中未示出)。具体的，伸缩杆包括上连杆331和下连杆332，上连杆与上平台连接，下连杆的一端伸入上连杆，另一端与下平台连接，上连杆与下连杆之间通过丝杆螺母副连接，第二驱动装置为电机，驱动上连杆与下连杆之间伸缩。上平台、伸缩杆和下平台构成并联机构，可带动夹持工具在三维空间中运动。
夹持工具34包括第三驱动装置341和第四驱动装置342，第三驱动装置341安装在下平台22上，第三驱动装置341连接第四驱动装置342用于驱动第四驱动装置旋转，第四驱动装置342上设有夹指343，用于驱动夹指夹紧或松开。第三驱动装置用于驱动第四驱动装置和夹爪旋转，抓取耐压骨架后调整使得耐压骨架上穿绳孔对准导穿机构中的引导柱，第三驱动装置可选用摆动气缸，也可选用电机。第四驱动装置可选用两爪气缸或三爪气缸，驱动两个夹爪或三个夹住夹紧或松开耐压骨架。
自动穿绳机还包括系统控制器(图中未示出)，导穿机构中的所有夹紧头的第一驱动装置、夹持机构中的第一相机、第二相机、第二驱动装置、第三驱动装置和第四驱动装置均与系统控制器连接。
本发明实施例提供的自动穿绳机，传输机构由两条输送线将料斗中的耐压骨架传送至与导穿机构的相连处，等待夹持机构夹取；带式输送机设置了水平部用于与导穿机构连接，当耐压骨架被传送至带式输送机的水平部时，由相机获取耐压骨架的位姿信息，即耐压骨架上穿绳孔的位置；夹持机构采用并联结构，可从两条输送线上夹取耐压骨架，并根据相机获取的耐压骨架的位姿信息，调整使得耐压骨架的穿绳孔对准导穿机构的引导柱并耐压骨架套装到引导柱上；通过导穿机构的上组合夹头与下组合夹头的配合，将耐压骨架穿到软绳上；传输机构、夹持机构和导穿机构均由系统控制器控制，实现耐压骨架穿绳的自动化，提高穿绳效率，减少人工劳动强度。
考虑到有的耐压骨架需穿在一根软绳上，有的耐压骨架需要穿在两根软绳上，故在本发明实施例中，如图9所示，导穿机构具有两根引导柱，左上夹紧头222、右上夹紧头223、左下夹紧头224和右下夹紧头225均具有两个v型夹指，一个组合夹头可同时夹紧两根引导柱。将耐压骨架的两个穿绳孔分别穿在两个引导柱上，通过控制上组合夹头和下组合夹头，可同时将耐压骨架穿在两根软绳上，提高穿绳效率；既可用于一根软绳的穿设，也可用于两根软绳的穿设，能适应不同的穿绳需要。
本发明实施例中，如图9和图10所示，每个夹紧头的手指支架中穿有丝杆2226，丝杆2226上设有两段旋向相反的螺纹，分别与两个v型手指螺纹连接，丝杆的一端连接有电机2225。通过驱动电机驱动丝杆旋转，调整两个v型手指之间的距离以适应耐压骨架的两个穿绳孔的距离，能满足不同规格的耐压骨架穿绳孔的需要。
本发明实施例中，传输机构中料筒的下端面至带式输送机的传送带的距离略大于耐压骨架的轴向长度，且小于耐压骨架的端面直径。相机至带式输送机的传动带的高度应满足可清楚获得耐压骨架图像的需要。
为了控制简单精准，若导穿机构中的第一驱动装置采用伸缩气缸，当左上夹紧头、右上夹紧头、左下夹紧头和右下夹紧头的伸缩气缸的活塞杆处于最大伸出位置时，上组合夹头和下组合夹头可同时夹紧引导柱。
本发明提出的基于机器视觉的耐压骨架自动穿绳装置的工作过程如下，以需穿两根软绳的耐压骨架为例：
1)穿绳前准备工作，具体步骤如下：
1.1、系统控制器控制导穿机构的左上夹紧头的第一驱动装置和右上夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向中间移动夹住引导柱，同时控制左下夹紧头的第一驱动装置和右下夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向中间移动夹住引导柱；
1.2、根据耐压骨架两个穿绳孔的中心距，系统控制器同时控制四个夹紧头的电机，驱动丝杆转动，调整两个v型夹指之间的距离，从而调整使得两根引导柱的中心距与两个穿绳孔的中心距相等；
1.3、人工将快速接头安装到两根引导柱的底端，使两根引导柱分别与两根软绳对应相连。
2)系统控制器控制传输机构传输耐压骨架，具体步骤如下：
2.1、料仓中耐压骨架分别经第一出料口和第二出料口落入第一带式输送机和第二带式输送机的输送带上；
2.2、第一带式输送机和第二带式输送机分别将两个耐压骨架从坡道部传送到水平部，第一相机和第二相机分别获取相应带式输送机上的耐压骨架的位姿信息；
3)系统控制器控制夹持机构和导穿机构，协同完成耐压骨架的自动穿绳操作，具体步骤如下：
3.1、系统控制器控制导穿机构的左上夹紧头的第一驱动装置和右上夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向两侧移动直至两个夹紧头的v型夹指之间的距离大于耐压骨架的直径，此时下组合夹头仍然夹紧引导柱；
3.2、如图11所示，系统控制器控制夹持机构的第二驱动装置驱动三根伸缩杆伸缩带动夹持工具移动到第一带式输送机的水平部上的耐压骨架的上方，控制第四驱动装置驱动夹爪抓取耐压骨架，控制第二驱动装置驱动三根伸缩杆伸缩带动夹持工具将耐压骨架移动到导穿机构的上方，根据第一相机获取的耐压骨架的位姿信息，即耐压骨架上穿绳孔的相对方位，控制第三驱动装置驱动夹爪将耐压骨架上的穿绳孔转动到与两根引导柱对准的位置处，将耐压骨架对准并穿到引导柱上，耐压骨架5在重力作用下滑至下组合夹头的上方；
3.3、如图12所示，系统控制器控制导穿机构的左上夹紧头的第一驱动装置和右上夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向中间移动夹住引导柱，左下夹紧头的第一驱动装置和右下夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向两侧移动直至两个夹紧头的v型夹指之间的距离大于耐压骨架的直径，耐压骨架在重力作用下，经过快速接头6，滑落到软绳7上，完成第一带式输送机上的耐压骨架的自动穿绳操作；
3.4、系统控制器控制导穿机构的右上夹紧头的第一驱动装置和右下夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向中间移动夹住引导柱，控制左上夹紧头的第一驱动装置和右上夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向两侧移动直至两个夹紧头的v型夹指之间的距离大于耐压骨架的直径；
3.6、系统控制器控制夹持机构的第二驱动装置驱动三根伸缩杆带动夹持工具移动到第二带式输送机的水平部上的耐压骨架的上方，根据第二相机获取的耐压骨架的位姿信息，控制第三驱动装置和第四驱动装置驱动夹爪将第二带式输送机上的耐压骨架搬至导穿机构的上方并穿到引导柱上，耐压骨架在重力作用下滑至下组合夹头的上方；
3.7、系统控制器控制导穿机构的左上夹紧头的第一驱动装置和右上夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向中间移动夹住引导柱，控制左下夹紧头的第一驱动装置和右下夹紧头的第一驱动装置分别驱动各自的夹指支架带动v型夹指向两侧移动直至两个夹紧头的v型夹指之间的距离大于耐压骨架的直径，耐压骨架在重力作用下，经过快速接头，滑落到软绳上，完成第二带式输送机上的耐压骨架的自动穿绳操作。
以上所述仅为本发明涉及的用于耐压骨架的全自动穿绳机的一个较佳实施案例，但本发明的实施范围并不局限于此例。