伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法及機械手臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其包括在生產(chǎn)線輸送帶上的多臺機械手臂，設(shè)置伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過CAN控制總線分別連接多臺機械手臂伺服控制系統(tǒng)及視覺檢測系統(tǒng)，其包括以下步驟：（1）所述控制系統(tǒng)包括中央控制處理器；（2）所述控制系統(tǒng)還包括機械手臂伺服控制系統(tǒng)；（3）所述控制系統(tǒng)還包括機器視覺檢測系統(tǒng)；（4）機械手臂伺服控制系統(tǒng)及機器視覺檢測系統(tǒng)共同通過CAN控制總線與中央控制處理器組成的伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)。本發(fā)明還公開一種實施該控制方法的機械手臂。本發(fā)明同時控制多臺機械手臂與輸送帶協(xié)調(diào)運作，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
【專利說明】伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法及機械手臂
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械自動化控制的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，及實施該控制方法的機械手臂。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，人們出于提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善工人勞動條件，加快實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機械化和自動化的考慮，發(fā)明了機械臂，并把它大量應(yīng)用于生產(chǎn)過程中，尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場合，機械臂更是得到了廣泛的應(yīng)用。機械臂是近代自動控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項新技術(shù)，并已成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個重要組成部分。機械臂是工業(yè)機器人的一種，它由操作機，控制器，伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制，可重復(fù)編程，能在三維空間完成各種作業(yè)的自動化生產(chǎn)設(shè)備。
[0003]機器視覺是研究計算機模擬生物宏觀視覺功能的科學(xué)和技術(shù)，即用攝像機和計算機等機器代替人眼對目標進行測量、跟蹤和識別，并加以判斷。主要應(yīng)用于如工業(yè)檢測、工業(yè)探傷、精密控制、自動生產(chǎn)流水線、郵政自動化、糧食優(yōu)選、顯微醫(yī)學(xué)操作，以及各種危險場合工作的機器人等。
[0004]機器視覺足圖像技術(shù)、模式識別技術(shù)，以及計算機技術(shù)發(fā)展的新的產(chǎn)物，是實現(xiàn)智能化、自動化、信息化的先進【技術(shù)領(lǐng)域】。機器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高裝備的智能化、自動化，提高裝備的使用效率、可靠性等性能。隨著新的技術(shù)、新的理論在機器視覺系統(tǒng)中的應(yīng)用，機器視覺將在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，一方面可以帶來新的產(chǎn)業(yè)增長點，向市場推廣滿足各種需求的機器視覺系統(tǒng)產(chǎn)品，產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益；另一方面，通過機器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，更加有效地發(fā)揮自動化裝備的效能，提升自動化生產(chǎn)水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，帶動整個產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率大幅提高。
[0005]然而，隨著招工難等問題的出現(xiàn)，工廠需從人口勞動密集型轉(zhuǎn)型到技術(shù)密集型，將自動化、機械化生產(chǎn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作。目前，大部分的注塑企業(yè)采用人工取出注塑件并分類，其自動化程度極低，效率慢，廢品率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本項發(fā)明是針對現(xiàn)行技術(shù)不足，提供一種伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，通過伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制位于同一生產(chǎn)線輸送帶上不同注塑機的運作，并檢測生產(chǎn)的注塑產(chǎn)品的合格與否，將不同規(guī)格型號的注塑產(chǎn)品分別擺放，實現(xiàn)長輸送帶車間全自動化生產(chǎn)，無人車間，并且效率高、速度快，提高了生產(chǎn)效率及產(chǎn)品合格率，降低了勞動強度，提高了操作人員的安全性。
[0007]本發(fā)明還提供一種用來實施該控制方法的機械手臂。
[0008]本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0009]一種伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其包括設(shè)置在一條生產(chǎn)線輸送帶上的多臺機械手臂，在該機械手臂上設(shè)有橫行部、引拔部、正臂部及副臂部，通過伺服電機帶動平移工作，正臂部及副臂部設(shè)置在引拔部上，引拔部設(shè)置在橫行部上，其特征在于，設(shè)置伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過CAN控制總線分別連接多臺機械手臂伺服控制系統(tǒng)及視覺檢測系統(tǒng)，其包括以下步驟:
[0010](I)所述控制系統(tǒng)包括中央控制處理器；
[0011](2)所述控制系統(tǒng)還包括機械手臂伺服控制系統(tǒng)，多臺機械手臂上的伺服控制系統(tǒng)通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)；
[0012](3)所述控制系統(tǒng)還包括機器視覺檢測系統(tǒng)，該機器視覺檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置，產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)；
[0013](4)機械手臂伺服控制系統(tǒng)及機器視覺檢測系統(tǒng)共同通過CAN控制總線與中央控制處理器組成的伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，通過該集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制多臺機械手臂將不同注塑機注塑產(chǎn)品取出，取出的同時檢測產(chǎn)品，放置到生產(chǎn)線輸送帶上，最后將產(chǎn)品分類擺放，實現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速、精確、高效的檢測及分類擺放。
[0014]步驟(2)所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)是由位置、速度和電流三閉環(huán)控制實現(xiàn)的輸出速度和距離準確復(fù)制輸入要求的位置伺服控制裝置，電流環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)的電流在動態(tài)時為最佳波形，速度環(huán)和位置環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)在任何時刻的輸出速度和位置準確復(fù)制輸入信號要求的速度和位置；電流環(huán)由電流采樣反饋電路和電流環(huán)控制器構(gòu)成，完成輸出轉(zhuǎn)矩控制，速度環(huán)由位置檢測反饋電路、速度計算和速度環(huán)調(diào)節(jié)器組成，實現(xiàn)無極調(diào)速，位置環(huán)由外部指定信號和位置環(huán)調(diào)節(jié)器組成，保證定位精度，指定位置脈沖信號作為位置環(huán)的輸入，位置環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為速度環(huán)的輸入信號，速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為電流環(huán)的輸入信號，電流環(huán)輸出三相PWM控制器的開關(guān)信號，三個環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)位置指令跟隨，三個環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器通過模擬控制同PID串聯(lián)校正實現(xiàn)。
[0015]所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)連接機械手臂，機械手臂內(nèi)置有伺服電機，所述位置伺服控制裝置包括相互連接的電機專用控制單片機、電流傳感器、智能功率IPM模塊、永磁同步電機PMSM及增量式磁性編碼器，該電機專用控制單片機內(nèi)置有三相馬達驅(qū)動模塊、Α/D轉(zhuǎn)換模塊、事件計算器模塊。
[0016]步驟(3)所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置設(shè)置在每臺機械手臂上，并收集注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品信息，將產(chǎn)品信息傳輸?shù)街醒肟刂铺幚砥髦?，判斷產(chǎn)品是否合格，將合格產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線的輸送帶上，將不合格產(chǎn)品放置到廢料收集桶。
[0017]步驟(3)所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶的末端，檢測被輸送來的產(chǎn)品規(guī)格，并統(tǒng)計數(shù)據(jù)到中央控制處理器，產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置通過分類裝置將不同產(chǎn)品放置到指定位置。
[0018]所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置包括設(shè)置在機械手臂上的攝像機，攝像機獲取注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品圖片信息，并將產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器，由中央控制處理器內(nèi)置的程序計算，對注塑產(chǎn)品進行改變、比對、量測、顏色辨認、顆粒分析的產(chǎn)品圖片信息處理動作，并與內(nèi)置的合格注塑產(chǎn)品信息對比，判斷生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否合格，中央控制處理器將該判斷結(jié)果輸送到機械手臂伺服控制系統(tǒng)，由機械手臂伺服控制系統(tǒng)控制機械手臂將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線輸送帶上或者廢料桶內(nèi)。
[0019]所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置包括設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶末端的攝像機，將攝像機獲取的產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器中，通過二值化運算進行產(chǎn)品圖片信息處理，然后利用Blob算法檢測產(chǎn)品圖片信息中的目標圖像的內(nèi)點和邊界點，得出物體的周長、面積，進而計算6個不變矩和圓形度，將這7個數(shù)據(jù)作為特征量進行識別，對識別的結(jié)果進行定位，確定產(chǎn)品的規(guī)格及中心坐標，然后將上述信息通過CAN控制總線傳遞給機械手臂伺服控制系統(tǒng)，再由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂準確抓取在輸送帶上的產(chǎn)品，并將不同規(guī)格的產(chǎn)品放置到指定位置。
[0020]所述的攝像機為智能攝像頭，其包括攝像、圖像采集、圖像處理、CPU、輸入輸出接口，通過智能攝像頭獲得被測產(chǎn)品的圖像信號，得到產(chǎn)品圖片信息，然后通過Α/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給中央控制處理器中，根據(jù)像素分布、亮度和顏色的信息，進行各種運算來抽取目標圖像的特征，然后再根據(jù)中央控制處理器內(nèi)置的分類器預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果，對目標產(chǎn)品判斷合格或者定位，最后由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂抓取物品放置到指定位置。
[0021]一種實施上述控制方法的機械手臂，所述橫行部為加長型的橫行部，其長度在4米或以上，機械手臂將注塑機內(nèi)的產(chǎn)品及水口從模具內(nèi)取出，通過橫行部沿注塑機上空，輸送并放置到注塑機尾端的生產(chǎn)線輸送帶上；所述的引拔部的橫向、縱向手臂位置可調(diào)整，所述正臂部通過設(shè)置治具，在注塑機開模后，下行至模具內(nèi)取出產(chǎn)品，副臂部下行至模具內(nèi)取水口，水口放置到指定位置；所述引拔部設(shè)置引拔臂、線軌及滑塊，所述正臂部、副臂部在線軌上滑動；所述引拔部還設(shè)置引拔氣缸牽動座、正臂部引拔氣缸安裝板、副臂部引拔氣缸安裝座、引拔氣缸安裝板墊塊及引拔擋塊，通過氣缸驅(qū)動方式來帶動兩支手臂移動，所述引拔部還設(shè)置油壓緩沖器來緩沖氣缸動作，引拔臂通過角碼連接橫行部。
[0022]所述的機械手臂，其還包括分類裝置，該分類裝置包括設(shè)置在一輸送帶末端的定位部件及攔截部件，所述定位部件包括定位氣缸及定位桿，該定位氣缸的活塞桿活動方向與輸送帶垂直；所述攔截部件包括攔截架，及豎向設(shè)置在攔截架上左右對稱的兩個攔截氣缸，橫向連接在兩個攔截氣缸的活塞桿上的頂料桿，所述攔截部件還包括物料延遲輸送組件，其具體包括產(chǎn)品延遲氣缸，設(shè)置在產(chǎn)品延遲氣缸活塞桿上的推板，及設(shè)置在推板前方的推料桿料頭，所述產(chǎn)品延遲氣缸通過氣缸固定組件固定在輸送帶側(cè)方。
[0023]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制位于同一生產(chǎn)線輸送帶上不同注塑機上的機械手臂的運作，并檢測生產(chǎn)的注塑產(chǎn)品的合格與否，將不同規(guī)格型號的注塑產(chǎn)品分別擺放，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
[0024]機械手臂伺服控制系統(tǒng)，控制機械手臂從注塑機中取出產(chǎn)品，同時，產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置檢測產(chǎn)品是否合格，并由中央控制處理器發(fā)送信號到機械手臂伺服控制系統(tǒng)中，控制機械手臂將產(chǎn)品放置到輸送帶上或者放置到廢料桶中；多個機械手臂上的伺服控制系統(tǒng)連接同一個中央控制處理器，實現(xiàn)高效、同步、集中管理，多個機械手臂上的伺服控制系統(tǒng)的運行情況實時掌控，實現(xiàn)智能化調(diào)配生產(chǎn)。
[0025]產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置，設(shè)置的智能攝像頭，將注塑產(chǎn)品的圖片信息輸送到中央控制處理器中，并由其判斷產(chǎn)品的規(guī)格，再由機械手臂的分類裝置將同一條生產(chǎn)線輸送帶上的不同規(guī)格的產(chǎn)品放置到指定的地方。[0026]視覺檢測系統(tǒng)具有分辨率高、幀率高等優(yōu)點，是機器視覺發(fā)展的主流。
[0027]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】，對本發(fā)明進一步詳細說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本實施例的機械手臂及生產(chǎn)線輸送帶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本實施例的機械手臂伺服控制系統(tǒng)的系統(tǒng)總體控制框圖；
[0030]圖3為本實施例的機械手臂伺服控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的整體硬件框圖；
[0031]圖4為本實施例的機械手臂整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖5為本實施例的機械手臂橫行部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖6為本實施例的引拔部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖7為本實施例的分類裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖中:1.機械手臂，11橫行部，111.基座，112.拱，113.線軌，114.橫行滑板，115.馬達固定板，116.伺服馬達，12.引拔部，121.引拔臂，122.線軌，123.氣缸，124.滑塊，13.正臂部，14.副臂部，15.分類裝置，151.定位部件，152.攔截部件，153.定位氣缸，154.定位桿，155.攔截架，156.攔截氣缸，157.頂料桿，158.物料延遲輸送組件，159.延遲氣缸，
2.注塑機，21.廢料桶，3.生產(chǎn)線輸送帶。
【具體實施方式】
[0036]實施例，參見圖1，本實施例提供的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其包括設(shè)置在一條生產(chǎn)線輸送帶3上的多臺機械手臂1，在該機械手臂I上設(shè)有橫行部
11、引拔部12、正臂部13及副臂部14，通過伺服電機帶動平移工作，正臂部13及副臂部14設(shè)置在引拔部12上，引拔部12設(shè)置在橫行部11上，設(shè)置伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過CAN控制總線分別連接多臺機械手臂伺服控制系統(tǒng)及視覺檢測系統(tǒng)，其包括以下步驟:
[0037](I)所述控制系統(tǒng)包括中央控制處理器；
[0038](2)所述控制系統(tǒng)還包括機械手臂伺服控制系統(tǒng)，多臺機械手臂I上的伺服控制系統(tǒng)通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)；
[0039]參見圖2?圖3，所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)是由位置、速度和電流三閉環(huán)控制實現(xiàn)的輸出速度和距離準確復(fù)制輸入要求的位置伺服控制裝置，電流環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)的電流在動態(tài)時為最佳波形，速度環(huán)和位置環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)在任何時刻的輸出速度和位置準確復(fù)制輸入信號要求的速度和位置；電流環(huán)由電流采樣反饋電路和電流環(huán)控制器構(gòu)成，完成輸出轉(zhuǎn)矩控制，速度環(huán)由位置檢測反饋電路、速度計算和速度環(huán)調(diào)節(jié)器組成，實現(xiàn)無極調(diào)速，位置環(huán)由外部指定信號和位置環(huán)調(diào)節(jié)器組成，保證定位精度，指定位置脈沖信號作為位置環(huán)的輸入，位置環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為速度環(huán)的輸入信號，速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為電流環(huán)的輸入信號，電流環(huán)輸出三相PWM控制器的開關(guān)信號，三個環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)位置指令跟隨，三個環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器通過模擬控制同PID串聯(lián)校正實現(xiàn)；所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)連接機械手臂1，機械手臂I內(nèi)置有伺服電機，即永磁同步電機PMSM ;所述位置伺服控制裝置包括相互連接的電機專用控制單片機、電流傳感器、智能功率IPM模塊、永磁同步電機PMSM及增量式磁性編碼器，該電機專用控制單片機內(nèi)置有三相馬達驅(qū)動模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、事件計算器模塊；
[0040](3)所述控制系統(tǒng)還包括機器視覺檢測系統(tǒng)，該機器視覺檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15，產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)；
[0041]所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置設(shè)置在每臺機械手臂I上，并收集注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品信息，將產(chǎn)品信息傳輸?shù)街醒肟刂铺幚砥髦?，判斷產(chǎn)品是否合格，將合格產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線的輸送帶上，將不合格產(chǎn)品放置到廢料收集桶；
[0042]所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶3的末端，檢測被輸送來的產(chǎn)品規(guī)格，并統(tǒng)計數(shù)據(jù)到中央控制處理器，產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15通過分類裝置15將不同產(chǎn)品放置到指定位置；
[0043](4)機械手臂伺服控制系統(tǒng)及機器視覺檢測系統(tǒng)共同通過CAN控制總線與中央控制處理器組成的伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，通過該集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制多臺機械手臂I將不同注塑機2注塑產(chǎn)品取出，取出的同時檢測產(chǎn)品，放置到生產(chǎn)線輸送帶3上，最后將產(chǎn)品分類擺放，實現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速、精確、高效的檢測及分類擺放。
[0044]電機專用控制單片機選用日本瑞薩公司的單片機，系列號為M16C/Tiny，具體型號為M16C26，該系列單片機采用高性能硅柵CMOS工藝，搭載有16位多功能定時器，包含用于三相變流馬達控制的定時器功能，時鐘同步/異步串行接口，10位Α/D轉(zhuǎn)換器、DMAC、看門狗定時器和振蕩停止檢測功能等。
[0045]所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置包括設(shè)置在機械手臂I上的攝像機，攝像機獲取注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品圖片信息，并將產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器，由中央控制處理器內(nèi)置的程序計算，對注塑產(chǎn)品進行改變、比對、量測、顏色辨認、顆粒分析的產(chǎn)品圖片信息處理動作，并與內(nèi)置的合格注塑產(chǎn)品信息對比，判斷生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否合格，中央控制處理器將該判斷結(jié)果輸送到機械手臂伺服控制系統(tǒng)，由機械手臂伺服控制系統(tǒng)控制機械手臂I將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線輸送帶3上或者廢料桶21內(nèi)。
[0046]所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15包括設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶3末端的攝像機，將攝像機獲取的產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器中，通過二值化運算進行產(chǎn)品圖片信息處理，然后利用Blob算法檢測產(chǎn)品圖片信息中的目標圖像的內(nèi)點和邊界點，得出物體的周長、面積，進而計算6個不變矩和圓形度，將這7個數(shù)據(jù)作為特征量進行識別，對識別的結(jié)果進行定位，確定產(chǎn)品的規(guī)格及中心坐標，然后將上述信息通過CAN控制總線傳遞給機械手臂伺服控制系統(tǒng)，再由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂I準確抓取在輸送帶上的產(chǎn)品，并將不同規(guī)格的產(chǎn)品放置到指定位置。
[0047]所述的攝像機為智能攝像頭，其包括攝像、圖像采集、圖像處理、CPU、輸入輸出接口，通過智能攝像頭獲得被測產(chǎn)品的圖像信號，得到產(chǎn)品圖片信息，然后通過Α/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給中央控制處理器中，根據(jù)像素分布、亮度和顏色的信息，進行各種運算來抽取目標圖像的特征，然后再根據(jù)中央控制處理器內(nèi)置的分類器預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果，對目標產(chǎn)品判斷合格或者定位，最后由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂I抓取物品放置到指定位置。
[0048]參見圖4，本實施例提供的機械手臂1，在注塑機2上安裝伺服縱走式機械手臂1，所述橫行部11為加長型的橫行部11，其長度在4米或以上，機械手臂I將注塑機2內(nèi)的產(chǎn)品及水口從模具內(nèi)取出，通過橫行部11沿注塑機2上空，輸送并放置到注塑機2尾端的生產(chǎn)線輸送帶3上；所述的引拔部12的橫向、縱向手臂位置可調(diào)整，所述正臂部13通過設(shè)置治具，在注塑機2開模后，下行至模具內(nèi)取出產(chǎn)品，副臂部14下行至模具內(nèi)取水口，水口放置到指定位置；所述引拔部12設(shè)置引拔臂、線軌122及滑塊124，所述正臂部13、副臂部14在線軌122上滑動；所述引拔部12還設(shè)置引拔氣缸牽動座、正臂部13引拔氣缸安裝板、副臂部14引拔氣缸安裝座、引拔氣缸安裝板墊塊及引拔擋塊，通過氣缸驅(qū)動方式來帶動兩支手臂移動，所述引拔部12還設(shè)置油壓緩沖器來緩沖氣缸動作，引拔臂通過角碼連接橫行部11。
[0049]參見圖5，橫行部11，設(shè)置基座111，使之能與注塑機2連接，保證支撐整個機械手臂I運行，且運行平穩(wěn)。設(shè)置拱112，連接在基座111上，在拱112平面上兩端固定兩條線軌113，在兩條線軌113附帶四個滑塊上設(shè)置一個橫行滑板114，橫行滑板114通過安裝馬達固定板115，同時馬達固定板上固定減速機，裝上伺服馬達116，通過伺服馬達116旋轉(zhuǎn)帶動皮帶輪在皮帶線軌113上來回運轉(zhuǎn)。因橫行部1111拱為加長型，整個橫行滑板114運行距離比較長，且周期比較長，所以對線軌113與滑塊耐磨性能上要求比較高，因此設(shè)置一個自動給油泵，使之在全循環(huán)運行時，自動給線軌113潤滑。整個自動循環(huán)運行，全部由機械手臂伺服控制系統(tǒng)控制。
[0050]設(shè)置皮帶固定座及防撞頂桿，防止機器失去控制時，保護硬件安全，并在拱兩頂端設(shè)計橫行端蓋，起到防撞人性安全保護。
[0051]參見圖6，引拔部12，設(shè)置引拔臂121，同時引拔臂121設(shè)置了固定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，易于手臂在引拔臂上滑動位置，設(shè)置線軌122、滑塊124，保證正臂部13、副臂部14精確地在線軌122軌跡上滑動。設(shè)置氣缸123，配套設(shè)置引拔氣缸牽動座、正臂引拔氣缸安裝板、副臂引拔氣缸安裝座、引拔氣缸安裝板墊塊、引拔擋塊，使之通過氣缸驅(qū)動來帶動兩支手臂移動，同時設(shè)置油壓緩沖器來緩沖氣缸動作。引拔臂通過角碼連接橫行部11，所有氣管、電纜通過拖鏈統(tǒng)一輸送與保護。引拔臂兩端設(shè)置引拔端蓋，使之美觀，并達到人性化的安全保護。
[0052]參見圖7，所述的機械手臂1，還包括分類裝置15，該分類裝置15包括設(shè)置在一輸送帶末端的定位部件151及攔截部件152,所述定位部件151包括定位氣缸153及定位桿154，該定位氣缸153的活塞桿活動方向與輸送帶垂直；所述攔截部件152包括攔截架155，及豎向設(shè)置在攔截架155上左右對稱的兩個攔截氣缸156,橫向連接在兩個攔截氣缸的活塞桿上的頂料桿157，所述攔截部件152還包括物料延遲輸送組件158，其具體包括產(chǎn)品延遲氣缸159，設(shè)置在產(chǎn)品延遲氣缸活塞桿上的推板，及設(shè)置在推板前方的推料桿料頭，所述產(chǎn)品延遲氣缸通過氣缸固定組件固定在輸送帶側(cè)方。注塑產(chǎn)品經(jīng)輸送帶輸送，當產(chǎn)品在輸送帶上靠近攔截部件152時，如果定位部件151里有產(chǎn)品，攔截部件152中攔截氣缸156將下行，頂料桿157將擋住產(chǎn)品，不讓產(chǎn)品進入定位部件151里，以免造成干涉。等到預(yù)設(shè)的機械手臂把定位部件151里的產(chǎn)品取走后，攔截部件152中攔截氣缸156上行，讓產(chǎn)品進入定位部件151。當兩個產(chǎn)品排列緊靠著靠近攔截部件152時，第一個產(chǎn)品經(jīng)過攔截部件152時，產(chǎn)品延遲氣缸159推出，將緊靠著第一個產(chǎn)品的后面一個產(chǎn)品頂住，讓其不能緊跟第一個產(chǎn)品走，延時一段時間，當?shù)谝粋€產(chǎn)品走出了攔截部件152時，攔截氣缸156下行，產(chǎn)品延遲氣缸159收回，攔截部件152攔截第二個產(chǎn)品。當產(chǎn)品進入定位部件151后，定位部件151的定位氣缸153推出，將產(chǎn)品定位在預(yù)設(shè)的定位位置，然后收回，注塑產(chǎn)品在定位桿154和定位氣缸153的共同作用下定位到指定的地方，待產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15的攝像機識別。位于分類裝置15處的機械手臂為單獨設(shè)置的機械手臂，這機械手臂的功能只是將位于定位部件151內(nèi)的注塑產(chǎn)品取出并按程序設(shè)置防置到指定位置，這機械手臂的結(jié)構(gòu)與設(shè)置在注塑機上的伺服縱走式機械手臂不一樣。
[0053]本實施例通過伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制位于同一生產(chǎn)線輸送帶3上不同注塑機2上的機械手臂I的運作，并檢測生產(chǎn)的注塑產(chǎn)品的合格與否，將不同規(guī)格型號的注塑產(chǎn)品分別擺放，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
[0054]機械手臂伺服控制系統(tǒng)，控制機械手臂I從注塑機2中取出產(chǎn)品，同時，產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置檢測產(chǎn)品是否合格，并由中央控制處理器發(fā)送信號到機械手臂伺服控制系統(tǒng)中，控制機械手臂I將產(chǎn)品放置到輸送帶上或者放置到廢料桶21中；多個機械手臂I上的伺服控制系統(tǒng)連接同一個中央控制處理器，實現(xiàn)高效、同步、集中管理，多個機械手臂I上的伺服控制系統(tǒng)的運行情況實時掌控，實現(xiàn)智能化調(diào)配生產(chǎn)。
[0055]產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置15，設(shè)置的智能攝像頭，將注塑產(chǎn)品的圖片信息輸送到中央控制處理器中，并由其判斷產(chǎn)品的規(guī)格，再由機械手臂I的分類裝置15將同一條生產(chǎn)線輸送帶3上的不同規(guī)格的產(chǎn)品放置到指定的地方。
[0056]視覺檢測系統(tǒng)具有分辨率高、幀率高等優(yōu)點，是機器視覺發(fā)展的主流。
[0057]本發(fā)明并不限于上述實施方式，采用與本發(fā)明上述實施例相同或近似方法或裝置，而得到的其他伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法及機械手臂，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其包括設(shè)置在一條生產(chǎn)線輸送帶上的多臺機械手臂，該機械手臂上設(shè)有橫行部、引拔部、正臂部及副臂部，通過伺服電機驅(qū)動，正臂部及副臂部設(shè)置在引拔部上，引拔部設(shè)置在橫行部上，其特征在于，設(shè)置伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)通過CAN控制總線分別連接多臺機械手臂伺服控制系統(tǒng)及視覺檢測系統(tǒng)，其包括以下步驟: (1)所述控制系統(tǒng)包括中央控制處理器； (2)所述控制系統(tǒng)還包括機械手臂伺服控制系統(tǒng)，多臺機械手臂上的伺服控制系統(tǒng)通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)； (3)所述控制系統(tǒng)還包括機器視覺檢測系統(tǒng)，該機器視覺檢測系統(tǒng)包括產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置，產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置及產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置通過CAN控制總線與中央控制處理器連接并形成一控制網(wǎng)絡(luò)； (4)機械手臂伺服控制系統(tǒng)及機器視覺檢測系統(tǒng)共同通過CAN控制總線與中央控制處理器組成的伺服控制及視覺檢測的集中管理、分散控制系統(tǒng)，通過該集中管理、分散控制系統(tǒng)，分別控制多臺機械手臂將不同注塑機注塑產(chǎn)品取出，取出的同時檢測產(chǎn)品，放置到生產(chǎn)線輸送帶上，最后將產(chǎn)品分類擺放，實現(xiàn)不同產(chǎn)品的快速、精確、高效的檢測及分類擺放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，步驟(2)所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)是由位置、速度和電流三閉環(huán)控制實現(xiàn)的輸出速度和距離準確復(fù)制輸入要求的位置伺服控制裝置，電流環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)的電流在動態(tài)時為最佳波形，速度環(huán)和位置環(huán)保證機械手臂伺服控制系統(tǒng)在任何時刻的輸出速度和位置準確復(fù)制輸入信號要求的速度和位置；電流環(huán)由電流采樣反饋電路和電流環(huán)控制器構(gòu)成，完成輸出轉(zhuǎn)矩控制，速度環(huán)由位置檢測反饋電路、速度計算和速度環(huán)調(diào)節(jié)器組成，實現(xiàn)無極調(diào)速，位置環(huán)由外部指定信號和位置環(huán)調(diào)節(jié)器組成，保證定位精度，指定位置脈沖信號作為位置環(huán)的輸入，位置環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為速度環(huán)的輸入信號，速度環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出作為電流環(huán)的輸入信號，電流環(huán)輸出三相PWM控制器的開關(guān)信號，三個環(huán)節(jié)相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)位置指令跟隨，三個環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)器通過模擬控制同PID串聯(lián)校正實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，所述的機械手臂伺服控制系統(tǒng)連接機械手臂，機械手臂內(nèi)置有伺服電機，所述位置伺服控制裝置包括相互電連接的電機專用控制單片機、電流傳感器、智能功率IPM模塊、永磁同步電機PMSM及增量式磁性編碼器，該電機專用控制單片機內(nèi)置有三相馬達驅(qū)動模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、事件計算器模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，步驟(3)所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置設(shè)置在每臺機械手臂上，并收集注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品信息，將產(chǎn)品信息傳輸?shù)街醒肟刂铺幚砥髦?，判斷產(chǎn)品是否合格，將合格產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線的輸送帶上，將不合格產(chǎn)品放置到廢料收集桶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，步驟(3)所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶的末端，檢測被輸送來的產(chǎn)品規(guī)格，并統(tǒng)計數(shù)據(jù)到中央控制處理器，產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置通過分類裝置將不同產(chǎn)品放置到指定位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，所述產(chǎn)品質(zhì)量檢測裝置包括設(shè)置在機械手臂上的攝像機，攝像機獲取注塑產(chǎn)品的產(chǎn)品圖片信息，并將產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器，由中央控制處理器內(nèi)置的程序計算，對注塑產(chǎn)品進行改變、比對、量測、顏色辨認、顆粒分析的產(chǎn)品圖片信息處理動作，并與內(nèi)置的合格注塑產(chǎn)品信息對比，判斷生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否合格，中央控制處理器將該判斷結(jié)果輸送到機械手臂伺服控制系統(tǒng)，由機械手臂伺服控制系統(tǒng)控制機械手臂將生產(chǎn)出來的產(chǎn)品放置到生產(chǎn)線輸送帶上或者廢料桶內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，所述產(chǎn)品規(guī)格檢測及分類裝置包括設(shè)置在生產(chǎn)線輸送帶末端的攝像機，將攝像機獲取的產(chǎn)品圖片信息輸送到中央控制處理器中，通過二值化運算進行產(chǎn)品圖片信息處理，然后利用Blob算法檢測產(chǎn)品圖片信息中的目標圖像的內(nèi)點和邊界點，得出物體的周長、面積，進而計算6個不變矩和圓形度，將這7個數(shù)據(jù)作為特征量進行識別，對識別的結(jié)果進行定位，確定產(chǎn)品的規(guī)格及中心坐標，然后將上述信息通過CAN控制總線傳遞給機械手臂伺服控制系統(tǒng)，再由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂準確抓取在輸送帶上的產(chǎn)品，并將不同規(guī)格的產(chǎn)品放置到指定位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法，其特征在于，所述的攝像機為智能攝像頭，其包括攝像、圖像采集、圖像處理、CPU、輸入輸出接口，通過智能攝像頭獲得被測產(chǎn)品的圖像信號，得到產(chǎn)品圖片信息，然后通過Α/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送給中央控制處理器中，根據(jù)像素分布、亮度和顏色的信息，進行運算來抽取目標圖像的特征，然后再根據(jù)中央控制處理器預(yù)設(shè)的判別準則輸出判斷結(jié)果，對目標產(chǎn)品判斷合格或者定位，最后由機械手臂伺服控制系統(tǒng)去控制機械手臂抓取物品放置到指定位置。
9.一種實施權(quán)利要求1至8之一所述伺服控制機械手及視覺檢測生產(chǎn)線的控制方法的機械手臂，其特征在于，所述橫行部為加長型的橫行部，其長度在4米或以上，機械手臂將注塑機內(nèi)的產(chǎn)品及水口從模具內(nèi)取出，通過橫行部沿注塑機上空，輸送并放置到注塑機尾端的生產(chǎn)線輸送帶上；所述的引拔部的橫向、縱向手臂位置可調(diào)整，所述正臂部通過設(shè)置治具，在注塑機開模后，下行至模具內(nèi)取出產(chǎn)品，副臂部下行至模具內(nèi)取水口，水口放置到指定位置；所述引拔部設(shè)置引拔臂、線軌及滑塊，所述正臂部、副臂部在線軌上滑動；所述引拔部還設(shè)置引拔氣缸牽動座、正臂部引拔氣缸安裝板、副臂部引拔氣缸安裝座、引拔氣缸安裝板墊塊及引拔擋塊，通過氣缸驅(qū)動方式來帶動兩支手臂移動，所述引拔部還設(shè)置油壓緩沖器來緩沖氣缸動作，引拔臂通過角碼連接橫行部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的機械手臂，其特征在于，其還包括分類裝置，該分類裝置包括設(shè)置在一輸送帶末端的定位部件及攔截部件，所述定位部件包括定位氣缸及定位桿，該定位氣缸的活塞桿活動方向與輸送帶垂直；所述攔截部件包括攔截架，及豎向設(shè)置在攔截架上左右對稱的兩個攔截氣缸，橫向連接在兩個攔截氣缸的活塞桿上的頂料桿，所述攔截部件還包括物料延遲輸送 組件，其具體包括產(chǎn)品延遲氣缸，設(shè)置在產(chǎn)品延遲氣缸活塞桿上的推板，及設(shè)置在推板前方的推料桿料頭，所述產(chǎn)品延遲氣缸通過氣缸固定組件固定在輸送帶側(cè)方。
【文檔編號】G05B19/418GK103901861SQ201410141317
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】尹榮造 申請人:廣東伯朗特智能裝備股份有限公司