一种基于机器视觉的分拣机械手

1.本实用新型涉及分拣设备技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的分拣机械手。


背景技术：

2.实现零件自动定位分拣，是工业流水线智能化发展的趋势。目前的基于机器视觉技术的自动化生产线主要在一些大公司的生产线上使用，价格昂贵。机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手可以用于零件分拣，且因结构简单、制造成本低而被广泛应用。基于机器视觉技术的机械手可以利用机器视觉技术用机器代替人眼做测量和判断，提高分拣零件的精确度。机械手通常包括多个可旋转的机械臂构成，通过机械臂的旋转调整机械手末端的夹具的位置，利用夹具夹取零件。但是，目前，机械手对机械臂的旋转角度难以精确控制，易导致夹具位置出现偏差，无法准确地分拣夹取零件。


技术实现要素：

3.鉴于以上问题，本实用新型的目的是提供一种基于机器视觉的分拣机械手，以解决现有的机械手对机械臂的旋转角度难以精确控制，易导致夹具位置出现偏差的问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.本实用新型所述基于机器视觉的分拣机械手，包括升降驱动机构、安装座、第一旋转驱动机构、第一机械臂、第二旋转驱动机构、第二机械臂、手抓夹具组件和控制器，所述安装座可升降地安装在所述升降驱动机构上，所述第一旋转驱动机构安装在所述安装座上，所述第一旋转驱动机构与所述第一机械臂的第一端传动连接，以驱动所述第一机械臂旋转；所述第二旋转驱动机构安装在所述第一机械臂的第二端，所述第二旋转驱动机构与所述第二机械臂的第一端传动连接，以驱动所述第二机械臂旋转；所述手抓夹具组件安装在所述第二机械臂的第二端，所述手抓夹具组件包括摄像头；
6.所述第一机械臂的第一端安装有第一角度编码器，所述第二机械臂的第一端安装有第二角度编码器；所述第一旋转驱动机构、所述第一角度编码器均与所述控制器电连接；所述第二旋转驱动机构、所述第二角度编码器均与所述控制器电连接。
7.优选地，所述第一旋转驱动机构包括第一驱动电机、第一轴承和第一连接法兰，所述第一驱动电机安装在所述安装座上，所述第一轴承安装在所述安装座的下方，所述第一连接法兰的一端与所述第一轴承连接，所述第一机械臂的第一端安装在所述第一连接法兰的另一端，所述第一驱动电机的电机输出轴依次穿过所述安装座、所述第一轴承、所述第一连接法兰和所述第一机械臂插入所述第一角度编码器内。
8.优选地，所述第一驱动电机为减速步进电机，所述第一轴承为交叉滚子轴承。
9.优选地，所述第二旋转驱动机构包括第二驱动电机、第二轴承和第二连接法兰，所述第二驱动电机安装在所述第一机械臂的第二端，所述第二轴承安装在所述第一机械臂的
第二端的下方，所述第二连接法兰的一端与所述第二轴承连接，所述第二机械臂的第一端安装在所述第二连接法兰的另一端，所述第二驱动电机的电机输出轴依次穿过所述第一机械臂、所述第二轴承、所述第二连接法兰和所述第二机械臂插入所述第二角度编码器内。
10.优选地，所述第二驱动电机为减速步进电机，所述第二轴承为交叉滚子轴承。
11.优选地，所述手抓夹具组件还包括第三旋转驱动机构和手抓组件，所述第三旋转驱动机构安装在所述第二机械臂的第二端，所述手抓组件安装在所述第二机械臂的第二端的下方，所述第三旋转驱动机构与所述手抓组件传动连接，以驱动所述手抓组件旋转；
12.所述手抓组件包括手抓开合驱动机构和多个手抓开合臂，多个所述手抓开合臂沿所述手抓开合驱动机构的周向间隔布置，所述手抓开合驱动机构与多个所述手抓开合臂传动连接，以驱动各个所述手抓开合臂运动，使得多个所述手抓开合臂的底端分散或汇集。
13.优选地，所述第三旋转驱动机构包括第三驱动电机、第三轴承和第三连接法兰，所述第三驱动电机安装在所述第二机械臂的第二端，所述第三轴承安装在所述第二机械臂的第二端的下方，所述第三连接法兰的一端与所述第三轴承连接，所述手抓开合驱动机构安装在所述第三连接法兰的另一端，所述第三驱动电机的电机输出轴依次穿过所述第二机械臂、所述第三轴承、所述第三连接法兰安装在所述手抓组件内。
14.优选地，所述第三驱动电机为减速步进电机，所述第三轴承为交叉滚子轴承。
15.优选地，所述手抓开合驱动机构包括第四驱动电机、手抓开合运动丝杠、连接块和多个连接件，所述第四驱动电机安装在所述第三旋转驱动机构的下方，所述第四驱动电机与所述手抓开合运动丝杠传动连接，以驱动所述手抓开合运动丝杠转动；所述连接块螺纹装配在所述手抓开合运动丝杠，每个所述连接件的一端均铰接在所述连接块上，每个所述连接件的另一端各铰接一个所述手抓开合臂。
16.优选地，所述手抓开合臂包括第一连接臂、第二连接臂和第三连接臂，所述第一连接臂的一端与所述第四驱动电机固定，所述第一连接臂的另一端与所述第二连接臂的一端铰接，所述第二连接臂的另一端与所述第三连接臂铰接，所述连接件铰接在所述第二连接臂上，所述第三连接臂的底端设置有卡齿。
17.本实用新型实施例一种基于机器视觉的分拣机械手与现有技术相比，其有益效果在于：
18.本实用新型实施例的基于机器视觉的分拣机械手，通过第一旋转驱动机构驱动第一机械臂旋转，第一机械臂带动第二机械臂、手抓夹具组件同步旋转，可对手抓夹具组件的水平位置进行调整；通过第二旋转驱动机构驱动第二机械臂旋转，第二机械臂带动手抓夹具组件同步旋转，可对手抓夹具组件的水平位置再次进行调整，从而使得对手抓夹具组件的水平位置的调整比较灵活。在第一机械臂旋转的同时，第一角度编码器同步旋转且测量第一机械臂的旋转角度，并将旋转角度的测量结果传输至控制器，控制器根据第一角度编码器的测量信号对第一旋转驱动机构进行控制，从而可以精确控制第一机械臂的旋转角度；第二机械臂旋转的同时，第二角度编码器同步旋转且测量第二机械臂的旋转角度，并将旋转角度的测量结果传输至控制器，控制器根据第二角度编码器的测量信号对第二旋转驱动机构进行控制，从而可以精确控制第二机械臂的旋转角度。因此，本实用新型中可以根据第一角度编码器和第二角度编码器的反馈对第一机械臂、第二机械臂的旋转角度分别实现闭环控制，提高控制精度，使得对手抓夹具组件的水平位置的调整更加精准，有利于准确地
分拣夹取零件。
附图说明
19.图1是本实用新型实施例所述基于机器视觉的分拣机械手的组装示意图；
20.图2是本实用新型实施例所述基于机器视觉的分拣机械手的爆炸示意图；
21.图3是本实用新型实施例中手抓夹具组件的结构示意图；
22.图4是本实用新型实施例中连接块和连接件的连接结构示意图；
23.图中，1、升降驱动电机；2、丝杠机构；3、第一驱动电机；4、滑块；5、安装座；6、第一轴承；7、第一连接法兰；8、第一机械臂；9、第一角度编码器；10、运动控制器；11、电机驱动器；12、显示屏；13、第二驱动电机；14、第二轴承；15、第二连接法兰；16、第二机械臂；17、第二角度编码器；18、底座；19、控制按钮；20、第三驱动电机；21、第三轴承；22、摄像头；23、第三连接法兰；24、第四驱动电机；25、手抓开合运动丝杠；26、连接块；27、手抓开合臂；271、第一连接臂；272、第二连接臂；273、第三连接臂；28、连接件。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
25.如图1和图2所示，本实用新型实施例优选实施例的一种基于机器视觉的分拣机械手，包括升降驱动机构、安装座5、第一旋转驱动机构、第一机械臂8、第二旋转驱动机构、第二机械臂16、手抓夹具组件和控制器，所述安装座5可升降地安装在所述升降驱动机构上，升降驱动机构驱动安装座5升降时，安装座5可带动第一旋转驱动机构、第一机械臂8、第二旋转驱动机构、第二机械臂16、手抓夹具组件作为一个整体升降，从而对手抓夹具组件的竖直位置进行调整；
26.所述第一旋转驱动机构安装在所述安装座5上，可随安装座5同步升降，所述第一旋转驱动机构与所述第一机械臂8的第一端传动连接，以驱动所述第一机械臂8旋转，第一机械臂8带动第二机械臂16、手抓夹具组件同步旋转，对手抓夹具组件的水平位置进行调整；所述第二旋转驱动机构安装在所述第一机械臂8的第二端，所述第二旋转驱动机构与所述第二机械臂16的第一端传动连接，以驱动所述第二机械臂16旋转，第二机械臂16带动手抓夹具组件同步旋转，可对手抓夹具组件的水平位置再次进行调整；所述手抓夹具组件安装在所述第二机械臂16的第二端，所述手抓夹具组件包括摄像头22，摄像头2具体设置在第二机械臂16的下表面，以捕捉手抓夹具组件的待分拣零件图像，通过摄像头22实时捕捉图像并通过m7系arm处理器进行实时图像处理，以得到空间工件的坐标，传输给控制器，需要指出的是，摄像头22的工作方式为现有技术，本实用新型不做详细赘述；
27.所述第一机械臂8的第一端安装有第一角度编码器9，所述第二机械臂16的第一端安装有第二角度编码器17；所述第一旋转驱动机构、所述第一角度编码器9均与所述控制器电连接，第一角度编码器9对第一机械臂8的旋转角度进行测量，并且第一角度编码器9将测量结果传输至控制器，控制器根据第一角度编码器9的测量结果对第一旋转驱动机构进行控制，以精确控制第一机械臂8的旋转角度；所述第二旋转驱动机构、所述第二角度编码器17均与所述控制器电连接，第二角度编码器17对第二机械臂16的旋转角度进行测量，并且
第二角度编码器17将测量结果传输至控制器，控制器根据第二角度编码器17的测量结果对第二旋转驱动机构进行控制，以精确控制第二机械臂16的旋转角度。
28.本实用新型通过在第一机械臂8安装第一角度编码器9，在第二机械臂16安装第二角度编码器17，实现对第一机械臂8和第二机械臂16旋转角度的闭环控制。通过精确控制第一机械臂8和第二机械臂16的旋转角度，可实现对手抓夹具组件水平位置的精确控制，更精准地分拣夹取零件。
29.需要说明的是，本实用新型中，第一机械臂8和第二机械臂16的旋转中心轴线均竖直设置，使得第一机械臂8和第二机械臂16在水平面内旋转，调整手抓夹具组件的水平位置。
30.本实施例中，升降驱动机构包括升降驱动电机1、丝杠机构2和滑块4，丝杠机构2包括底板、竖直板、顶板和丝杠，顶板和底板上下间隔布置，竖直板竖直安装在顶板和底板之间，丝杠安装在顶板和底板之间，丝杠位于竖直板的一侧；升降驱动电机1安装在顶板上，升降驱动电机1的输出轴穿过顶板与丝杠连接，以驱动丝杠转动，滑块4螺纹装配在丝杠上，滑块4位于竖直板的一侧，丝杠转动时，滑块4可沿竖直板上下移动；安装座5安装在滑块4的一侧，安装座5可随滑块4上下移动。升降驱动电机1优选为步进电机。进一步地，竖直板上间隔设置有导向条，滑块4导向装配在导向条上，以避免滑块升降时出现偏移。
31.本实施例中，安装座5呈l形，安装座5包括竖直安装板和水平安装板，竖直安装板固定安装在滑块4的一侧，第一旋转驱动机构安装在水平安装板上。
32.本实施例中，所述第一旋转驱动机构包括第一驱动电机3、第一轴承6和第一连接法兰7，所述第一驱动电机3安装在所述安装座5上，所述第一轴承6安装在所述安装座5的下方，第一连接法兰7安装在第一轴承6的下方，所述第一连接法兰7的一端与所述第一轴承6连接，所述第一机械臂8的第一端安装在所述第一连接法兰7的另一端，所述第一驱动电机3的电机输出轴依次穿过所述安装座5、所述第一轴承6、所述第一连接法兰7和所述第一机械臂8插入所述第一角度编码器9内。第一驱动电机3的电机输出轴转动时，带动第一轴承6和第一连接法兰7、第一机械臂8同步旋转。第一角度编码器9安装在第一机械臂8的第一端的下表面，第一角度编码器9测量第一机械臂8的旋转角度。
33.优选地，第一驱动电机3为减速步进电机，采用带行星减速箱的减速步进电机在保证旋转角度精度的同时，增加了第一机械臂8的转动力矩。
34.优选地，第一轴承6为交叉滚子轴承，交叉滚子轴承是一种内圈分割、外圈旋转的特殊型号轴承。因被分割的内环或外环，在装入滚柱和间隔保持器后，与交叉滚柱轴环固定在一起，以防止互相分离，故安装交叉滚柱轴环时操作简单。由于滚柱为交叉排列，因此只用1套交叉滚柱轴环就可承受各个方向的负荷，与传统型号相比，刚性提高3～4倍。同时，因交叉滚子轴承内圈或外圈是两分割的构造，轴承间隙可调整，即使被施加预载，也能获得高精度地旋转运动。采用交叉滚子轴承替代普通轴承，简化了第一旋转驱动机构的结构组成，便于第一机械臂8的灵活转动。
35.本实施例中，所述第二旋转驱动机构包括第二驱动电机13、第二轴承14和第二连接法兰15，所述第二驱动电机13安装在所述第一机械臂8的第二端，所述第二轴承14安装在所述第一机械臂8的第二端的下方，第二连接法兰15安装在第二轴承14的下方，所述第二连接法兰15的一端与所述第二轴承14连接，所述第二机械臂16的第一端安装在所述第二连接
法兰15的另一端，所述第二驱动电机13的电机输出轴依次穿过所述第一机械臂8、所述第二轴承14、所述第二连接法兰15和所述第二机械臂16插入所述第二角度编码器17内。第二驱动电机13的电机输出轴转动时，带动第二轴承14、第二连接法兰15、第二机械臂16同步旋转。第二角度编码器17安装在第二机械臂16的第一端的下表面，第二角度编码器17测量第二机械臂16的旋转角度。
36.优选地，第二驱动电机13为减速步进电机，采用带行星减速箱的减速步进电机在保证旋转角度精度的同时，增加了第二机械臂16的转动力矩。
37.优选地，第二轴承14为交叉滚子轴承，采用交叉滚子轴承替代普通轴承，简化了第二旋转驱动机构的结构组成，便于第二机械臂16的灵活转动。
38.本实施例中，所述手抓夹具组件还包括第三旋转驱动机构和手抓组件，所述第三旋转驱动机构安装在所述第二机械臂16的第二端，所述手抓组件安装在所述第二机械臂16的第二端的下方，所述第三旋转驱动机构与所述手抓组件传动连接，以驱动所述手抓组件旋转；所述手抓组件包括手抓开合驱动机构和多个手抓开合臂27，多个所述手抓开合臂27沿所述手抓开合驱动机构的周向间隔布置，第三旋转驱动机构与手抓开合驱动机构，以驱动手抓开合驱动机构旋转；所述手抓开合驱动机构与多个所述手抓开合臂27传动连接，以驱动各个所述手抓开合臂27运动，使得多个所述手抓开合臂27的底端分散或汇集。第三旋转驱动机构驱动手抓开合驱动机构旋转时，手抓开合驱动机构带动手抓开合臂27同步旋转，调整手抓组件整体的旋转角度；手抓开合驱动机构驱动手抓开合臂27运动，各个手抓开合臂27的底端分散时，方便将各个手抓开合臂27合围在待分拣零件的外周；各个手抓开合臂27的底端汇集时，可利用各个手抓开合臂27夹持待分拣零件。
39.本实施例中，所述第三旋转驱动机构包括第三驱动电机20、第三轴承21和第三连接法兰23，所述第三驱动电机20安装在所述第二机械臂16的第二端，所述第三轴承21安装在所述第二机械臂16的第二端的下方，第三连接法兰23安装在第三轴承21的下方，所述第三连接法兰23的一端与所述第三轴承21连接，所述手抓开合驱动机构安装在所述第三连接法兰23的另一端，所述第三驱动电机20的电机输出轴依次穿过所述第二机械臂16、所述第三轴承21、所述第三连接法兰23安装在所述手抓组件内。第三驱动电机20的电机输出轴转动时，可带动第三轴承21和第三连接法兰23、手抓开合驱动机构同步转动。
40.优选地，所述第三驱动电机20为减速步进电机，采用带行星减速箱的减速步进电机可保证旋转角度精度。
41.优选地，所述第三轴承21为交叉滚子轴承，采用交叉滚子轴承替代普通轴承，简化了第三旋转驱动机构的结构组成，便于手抓组件的灵活转动。
42.本实施例中，如图3和图4所示，所述手抓开合驱动机构包括第四驱动电机24、手抓开合运动丝杠25、连接块26和多个连接件28，所述第四驱动电机24安装在所述第三旋转驱动机构的下方，以在第三旋转驱动机构的驱动下旋转；所述第四驱动电机24与所述手抓开合运动丝杠25传动连接，以驱动所述手抓开合运动丝杠25转动；所述连接块26螺纹装配在所述手抓开合运动丝杠25，每个所述连接件28的一端均铰接在所述连接块26上，每个所述连接件28的另一端各铰接一个所述手抓开合臂27。第四驱动电机24驱动手抓开合运动丝杠25转动时，连接块26沿手抓开合运动丝杠25上下移动。在连接块26向上移动的过程中，带动连接件28向上移动，且由于连接件28与连接块26铰接，在连接件28向上移动的同时向连接
块26的中心轴线方向移动，连接件28带动手抓开合臂27向连接块26的中心轴线方向移动，使得各个手抓开合臂27的底端逐渐汇集，以便于夹持待分拣零件。在连接块26向下移动的过程中，带动连接件28向下移动，且由于连接件28与连接块26铰接，在连接件28向下移动的同时向远离连接块26的中心轴线方向移动，连接件28带动手抓开合臂27向远离连接块26的中心轴线方向移动，使得各个手抓开合臂27的底端逐渐分散，以增加多个手抓开合臂27的夹持空间，方便对待分拣零件的夹持。
43.本实施例中，所述手抓开合臂27包括第一连接臂271、第二连接臂272和第三连接臂273，所述第一连接臂271的一端与所述第四驱动电机24固定，所述第一连接臂271的另一端与所述第二连接臂272的一端铰接，所述第二连接臂272的另一端与所述第三连接臂273铰接，所述连接件28铰接在所述第二连接臂272上，所述第三连接臂273的底端设置有卡齿。第四驱动电机24驱动手抓开合运动丝杠25转动时，连接块带动连接件沿手抓开合运动丝杠25移动，第一连接臂271固定不动，在连接件28的带动下，第二连接臂272的底端向上移动或向下移动，使得第三连接臂273的底端汇集或分散。具体地，第二连接臂272的底端向上移动时，各个第三连接臂273的底端汇集；第二连接臂272的底端向下移动时，各个第三连接臂273的底端分散。在第三连接臂273底端设置的卡齿可增加其与待分拣零件之间的摩擦力，增加夹持的稳定性，避免待分拣零件自手抓开合臂27之间滑脱。第三连接臂273靠近手抓开合运动丝杠25的一侧呈弧状，以便于对待分拣零件进行夹持。
44.本实施例中，所述分拣机械手还包括底座18，升降驱动机构安装在底座18上。控制器安装在底座18中，控制器包括运动控制器10和电机驱动器11，运动控制器10采用stm32单片机构成，运动控制器10与第一角度编码器9、第二角度编码器17连接，运动控制器10根据第一角度编码器9和第二角度编码器17的测量结果控制电机驱动器11工作。电机驱动器11与第一驱动电机3、第二驱动电机13和第三驱动电机20连接，以分别驱动第一驱动电机3、第二驱动电机13和第三驱动电机20工作。且电机驱动器11与升降驱动电机1连接，以驱动升降驱动电机1工作。底座18的一侧还设置有显示屏12，采用lcd显示屏12，显示屏12与摄像头22电连接，以显示摄像头22摄取图像。底座18上还设置有多个控制按钮19，作为按钮开关，分别控制运动控制器10、电机驱动器11和显示屏12的开启和关闭。
45.本实用新型的工作过程为：
46.利用升降驱动机构调整手抓夹具组件的竖直位置；
47.利用第一旋转驱动机构精确调整第一机械臂8的旋转角度，其中，通过第一角度编码器9对第一机械臂8的旋转角度进行测量，控制器根据第一角度编码器9的测量结果对第一旋转驱动机构进行控制；利用第二旋转驱动机构精确调整第二机械臂16的旋转角度，其中，通过第二角度编码器17对第二机械臂16的旋转角度进行测量，控制器根据第二角度编码器17的测量结果对第二旋转驱动机构进行控制；通过对第一机械臂8和第二机械臂16的旋转角度进行精确控制，调整手抓夹具组件的水平位置；
48.将手抓夹具组件调整至设定位置后，通过第三旋转驱动机构控制手抓组件的旋转，通过手抓开合驱动机构控制手抓开合臂27的分散和汇集，实现对待分拣零件的夹取。
49.夹取待分拣零件之后，再次控制升降驱动机构、第一旋转驱动机构和第二旋转驱动机构工作，调整手抓夹具组件的竖直位置和水平位置，方便将夹取的待分拣零件放置于设定位置处。
50.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。