基于视觉引导的定位抓取自动化上料装置与工作方法

技术领域

本发明属于工件上料领域。

背景技术

如图1所示带有内环槽的圆环形工件结构是一种常见的结构件，如轴承外圈、密封套、圆盘形机器的壳体等；

这种环形工件在上料之前一般储存在工件储存盒内，如图2所示、一般工件储存盒内阵列储存分布有若干工件码垛堆，工件码垛堆由若干圆环形工件上下同轴心码垛而成，为了最大限度利用空间，任意相邻两工件码垛堆之间相互紧挨；由于这种相互紧挨的关系，这种装在储存盒内的环形工件在逐个上料时，无法向常规夹取一样在外部夹取，因此需要设计一种能顺利逐个夹取这种装在储存盒内的环形工件，并能顺利释放的上料结构。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于视觉引导的定位抓取自动化上料装置与工作方法，能对盒装的环形构件进行逐一的上料。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于视觉引导的定位抓取自动化上料装置，包括工件储存盒、工件储存盒内阵列储存分布有若干工件码垛堆，任意相邻两工件码垛堆之间相互紧挨；工件码垛堆由若干圆环形工件上下同轴心码垛而成；

工件储存盒的一侧设置有工件上料传送带，工件上料传送带上方有上料过渡座，上料过渡座上设置有与工件上料传送带平行的工件滑槽，工件滑槽靠近工件储存盒的一端的槽底镂空有落料孔；

工件抓取机构能将工件储存盒中任意工件码垛堆最上端的一个圆环形工件夹取，并转移至工件滑槽上，然后工件抓取机构驱动圆环形工件沿工件滑槽滑动至与落料孔同轴心，进而使圆环形工件通过落料孔下落至工件上料传送带上。

进一步的，工件抓取机构包括工件储存盒与工件上料传送带之间的转臂驱动电机，转轴上固定有导轨转臂，导轨转臂沿长度方向设置有导轨，导轨上设置有能沿导轨转臂长度方向主动位移的滑块，滑块下侧固定有升降器，升降器的升降杆下端固定有夹爪单元；导轨转臂能绕转轴旋转至平行于工件上料传送带上方。

进一步的，各圆环形工件的内壁均同轴心有环槽，环槽的边缘形成内径小于环槽内径的槽边内缘。

进一步的，夹爪包括横向轴承支座，横向轴承支座的中部通过连接件固定连接升降杆下端，横向轴承支座的两端下侧分别设置有第一旋转卡盘和第二旋转卡盘，第一旋转卡盘和第二旋转卡盘上均同轴心设置有转轴，第一旋转卡盘的转轴和第二旋转卡盘的转轴分别通过两轴承转动安装在横向轴承支座两端的竖向轴承孔中。

进一步的，第一旋转卡盘的外圈设置有内凹的第一环齿槽，第一环齿槽内呈圆周阵列有第一圈传动齿，第一旋转卡盘的外轮廓记为第一卡盘外轮廓，俯视视角下，第一圈传动齿在第一卡盘外轮廓围合范围内；

第二旋转卡盘的外圈设置有内凹的第二环齿槽，第二环齿槽内呈圆周阵列有第二圈传动齿，第二旋转卡盘的外轮廓记为第二卡盘外轮廓，俯视视角下，第二圈传动齿在第二卡盘外轮廓围合范围内。

进一步的，第一旋转卡盘与第二旋转卡盘之间夹设有双向顶杆，双向顶杆与导轨转臂平行，双向顶杆的两端分别设置有第一顶头和第二顶头；

双向顶杆的两侧沿长度方向分别阵列有第一列传动齿体和第二列传动齿体；第一列传动齿体和第二列传动齿体分别与第一圈传动齿和第二圈传动齿啮合。

进一步的，横向轴承支座上固定安装有卡盘驱动电机，卡盘驱动电机能驱动第一旋转卡盘和第二旋转卡盘中的任意一个沿自身轴线旋转。

进一步的，夹爪的“第一种状态”当第一旋转卡盘和第二旋转卡盘均卡入圆环形工件a的环槽内，并与圆环形工件的环槽的内壁面相切，且第一顶头顶压环槽的内壁面时，在俯视视角下，第一旋转卡盘、第二旋转卡盘和第一顶头分别与环槽的内壁面相切的三个切点的连线刚好构成等边三角形；

夹爪的“第二种状态”：当升降杆与圆环形工件同轴心，且第一顶头和第二顶头对称于横向轴承支座两侧时，在俯视视角下，夹爪作为一个整体在圆环形工件的槽边内缘的围合范围内。

进一步的，夹爪夹取圆环形工件在“第一种状态”的基础上，升降杆平移至与落料孔同轴心时，被夹爪夹取圆环形工件在工件滑槽内的纵向投影轮廓记为虚拟圆形轮廓，如图，虚拟圆形轮廓与落料孔轮廓存在一定的偏心距离。

进一步的，基于视觉引导的定位抓取自动化上料装置的工作方法，其特征在于：工件抓取机构将工件储存盒中任意工件码垛堆最上端的一个圆环形工件夹取，并转移至工件滑槽上，然后工件抓取机构驱动圆环形工件沿工件滑槽滑动至与落料孔同轴心，进而使圆环形工件通过落料孔下落至工件上料传送带上。

有益效果：本发明能实现对装在储存盒内的环形工件进行逐个上料，避免了盒装工件的相互紧挨的关系，导致储存盒内的环形工件在逐个上料时，无法向常规夹取一样在外部夹取的问题。

附图说明

附图1为被夹取的圆环形工件的立体剖视图；

附图2为本装置的整体正视图；

附图3为本装置的俯视图；

附图4为本装置的立体示意图；

附图5为若干工件码垛堆与工件储存盒分离时的示意图；

附图6为附图4的标记1处的放大示意图；

附图7为夹爪与圆环形工件分离时的结构示意图；

附图8为圆环形工件被夹爪夹取时的示意图；

附图9为附图8的俯视图；

附图10为夹爪的“第二种状态”下的俯视图；

附图11为上料过渡座俯视图；

附图12为“步骤五”中被夹爪夹取圆环形工件的轮廓在俯视视角下与所述虚拟圆形轮廓重合时的示意图；

附图13为“步骤六”结束时的示意图；

附图14为“步骤六”中圆环形工件在第二顶头的推顶下平移至与落料孔重合时的示意图；

附图15为“步骤六”中第一顶头和第二顶头对称于横向轴承支座两侧，从而使夹爪进入“第二种状态”。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图1至15所示的基于视觉引导的定位抓取自动化上料装置，包括上方开放的工件储存盒3、工件储存盒3内阵列储存分布有若干工件码垛堆2，任意相邻两工件码垛堆2之间相互紧挨；工件码垛堆2由若干圆环形工件2a上下同轴心码垛而成，圆环形工件2a的内壁均同轴心有环槽20，环槽20的边缘形成内径小于环槽20内径的槽边内缘13；这种带有内环槽的圆环形工件结构是一种常见的结构件，如轴承外圈、密封套、圆盘形机器的壳体等。

工件储存盒3上方设置有视觉相机11，视觉相机11能实时拍摄到工件储存盒3内的俯视图案，，起到视觉辅助引导作用，在俯视图案中，各工件码垛堆2均为圆形轮廓，若某一组工件码垛堆2上的所有圆环形工件2a均被拿取，则视觉相机11拍摄不到这组工件码垛堆2的圆形轮廓，说明这一组工件码垛堆2已被全部拿取。

工件储存盒3的一侧设置有工件上料传送带10，工件上料传送带10上方平行设置有上料过渡座9，为更顺畅的落料，上料过渡座9与工件上料传送带10之间的间距大于圆环形工件2a的厚度，为了避免坠落出现的翻滚现象，最佳的状态是上料过渡座9与工件上料传送带10之间的间距小于两倍圆环形工件2a的厚度，上料过渡座9通过支架与地面固定；上料过渡座9上设置有与工件上料传送带10平行的工件滑槽8，工件滑槽8靠近工件储存盒3的一端的槽底镂空有落料孔7，落料孔7的轮廓为落料孔轮廓7.1，落料孔7大于或等于圆环形工件2a的外径。

还包括工件抓取机构，工件抓取机构能将工件储存盒3中任意工件码垛堆2最上端的一个圆环形工件2a夹取，并转移至工件滑槽8上，然后工件抓取机构驱动圆环形工件2a沿工件滑槽8滑动至与落料孔7同轴心，进而使圆环形工件2a通过落料孔7下落至工件上料传送带10上。

工件抓取机构包括工件储存盒3与工件上料传送带10之间的转臂驱动电机4，转臂驱动电机4的转轴5为竖向，转轴5上垂直固定有导轨转臂6，导轨转臂6沿长度方向设置有导轨，导轨上设置有能沿导轨转臂6长度方向主动位移的滑块45，滑块45下侧固定有升降器14，升降器14的升降杆14a下端固定有夹爪1单元；导轨转臂6能绕转轴5旋转至平行于工件上料传送带10上方。

夹爪1包括横向轴承支座23，横向轴承支座23的中部通过连接件31固定连接升降杆14a下端，横向轴承支座23的两端下侧分别设置有第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15，第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15上均同轴心设置有转轴，第一旋转卡盘16的转轴和第二旋转卡盘15的转轴分别通过两轴承转动安装在横向轴承支座23两端的竖向轴承孔中；横向轴承支座23上固定安装有卡盘驱动电机24，卡盘驱动电机24能驱动第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15中的任意一个沿自身轴线旋转。

第一旋转卡盘16的外圈设置有内凹的第一环齿槽，第一环齿槽内呈圆周阵列有第一圈传动齿27，第一旋转卡盘16的外轮廓记为第一卡盘外轮廓16a，俯视视角下，第一圈传动齿27在第一卡盘外轮廓16a围合范围内；

第二旋转卡盘15的外圈设置有内凹的第二环齿槽，第二环齿槽内呈圆周阵列有第二圈传动齿28，第二旋转卡盘15的外轮廓记为第二卡盘外轮廓15a，俯视视角下，第二圈传动齿28在第二卡盘外轮廓15a围合范围内；

第一旋转卡盘16与第二旋转卡盘15之间夹设有双向顶杆17，双向顶杆17与导轨转臂6平行，双向顶杆17的两端分别设置有第一顶头18和第二顶头19；

双向顶杆17的两侧沿长度方向分别阵列有第一列传动齿体21和第二列传动齿体22；第一列传动齿体21和第二列传动齿体22分别与第一圈传动齿27和第二圈传动齿28啮合；

夹爪1的“第一种状态”，如图9所示：当第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15均卡入圆环形工件2a的环槽20内，并与圆环形工件2a的环槽20的内壁面相切，且第一顶头18顶压环槽20的内壁面时，在俯视视角下，第一旋转卡盘16、第二旋转卡盘15和第一顶头18分别与环槽20的内壁面相切的三个切点的连线刚好构成等边三角形25，如图9，从而实现最佳的均匀夹取作用。

夹爪1的“第二种状态”如图10所示：当升降杆14a与圆环形工件2a同轴心，且第一顶头18和第二顶头19对称于横向轴承支座23两侧时，在俯视视角下，夹爪1作为一个整体在圆环形工件2a的槽边内缘13的围合范围内；

夹爪1夹取圆环形工件2a在“第一种状态”的基础上，升降杆14a平移至与落料孔7同轴心时，被夹爪1夹取圆环形工件2a在工件滑槽8内的纵向投影轮廓记为为虚拟圆形轮廓30，如图11，虚拟圆形轮廓30与落料孔轮廓7.1存在一定的偏心距离。

工作方法：初始状态下，夹爪1上的第一顶头18和第二顶头19对称于横向轴承支座23两侧；

步骤一，在视觉相机11的引导下，通过转轴5的主动旋转，再配合沿滑块45沿导轨转臂6长度方向的主动位移，使升降杆14a平移至与任意一组工件码垛堆2同轴心，在俯视视角下，夹爪1作为一个整体在正下方的工件码垛堆2上的各圆环形工件2a的槽边内缘13的围合范围内，此时的夹爪1处于“第二种状态”，如图10；

步骤二，升降杆14a带动“第二种状态”的夹爪1向下位移，直至夹爪1向下位移至所对应工件码垛堆2最上端的一个圆环形工件2a的围合范围内；

步骤三，卡盘驱动电机24驱动第一旋转卡盘16顺时针旋转，进而在啮合传动下使双向顶杆17沿长度方向推进，使第一顶头18逐渐远离横向轴承支座23，第二顶头19逐渐靠近横向轴承支座23，与此同时滑块45沿导轨转臂6长度方向的适应性的主动位移，使第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15朝远离第一顶头18的方向横向偏移；直至第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15均卡入圆环形工件2a的环槽20内，并与圆环形工件2a的环槽20的内壁面顶压相切，且第一顶头18顶压环槽20的内壁面，此时在俯视视角下，第一旋转卡盘16、第二旋转卡盘15和第一顶头18分别与该圆环形工件2a的环槽20的内壁面相切的三个切点的连线刚好构成等边三角形25，如图9，此时夹爪1进入“第一种状态”，该圆环形工件2a被夹爪1的“内接三角支撑”下被完全钳持；

步骤四，升降杆14a带动夹爪1和被夹爪1钳持的圆环形工件2a上升至高于上料过渡座9；

步骤五，通过转轴5的主动旋转，再配合沿滑块45沿导轨转臂6长度方向的主动位移，使升降杆14a平移至与落料孔7同轴心，此时被夹爪1夹取圆环形工件2a的轮廓在俯视视角下与虚拟圆形轮廓30重合，如图12，并与落料孔轮廓7.1存在一定的偏心距离；最后升降杆14a带动夹爪1下降，直至被夹爪1夹取圆环形工件2a下降到上料过渡座9的工件滑槽8中；

步骤六，卡盘驱动电机24驱动第一旋转卡盘16逆时针旋转，进而在啮合传动下使双向顶杆17沿长度方向推进，使第一顶头18逐渐靠近横向轴承支座23并脱离环槽20的内壁面，第二顶头19逐渐远离横向轴承支座23并逐渐靠近环槽20的内壁面，直至第二顶头19接触到环槽20的内壁面，如图13；

随着第二顶头19继续逐渐远离横向轴承支座23，圆环形工件2a在第二顶头19的横向顶压下在工件滑槽8中滑动，圆环形工件2a逐渐平移至与落料孔7重合，使第一旋转卡盘16和第二旋转卡盘15逐渐脱离圆环形工件2a的环槽20，直至圆环形工件2a在第二顶头19的推顶下平移至与落料孔7重合，如图14；

最后立刻控制卡盘驱动电机24驱动第一旋转卡盘16顺时针旋转，使第二顶头19做靠近横向轴承支座23的位移，直至第一顶头18和第二顶头19对称于横向轴承支座23两侧，从而使夹爪1进入“第二种状态”，如图15，失去夹爪1约束的圆环形工件2a通过落料孔7下落至工件上料传送带10上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。