本发明涉及自动码垛系统，具体的说是一种基于视觉定位的弹药码垛机械手。包括水平移动机构、垂向移动机构、跟随调整机构、横向同步定位夹紧机构、纵向定位夹紧机构、视觉检测相机及测距传感器，其中水平移动机构滚动连接于行车轨道上，所述垂向移动机构安装于水平移动机构上、并可沿垂向滑动，所述视觉检测相机和测距传感器安装在垂向移动机构的末端，所述跟随调整机构位于所述垂向移动机构的下方、并与其滑动连接，所述横向同步定位夹紧机构安装在所述跟随调整机构的下方，所述纵向定位夹紧机构安装在横向同步定位夹紧机构上。本发明可以根据弹药位置的视觉信息调整码垛机械手的取放位置。
1.一种基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于，包括水平移动机构(1)、垂向移动机构(2)、跟随调整机构(3)、横向同步定位夹紧机构(4)、纵向定位夹紧机构(5)、视觉检测相机(6)及测距传感器(7)，其中水平移动机构(1)滚动连接于行车轨道上，所述垂向移动机构(2)安装于水平移动机构(1)上、并可沿垂向滑动，所述视觉检测相机(6)和测距传感器(7)安装在垂向移动机构(2)的末端，所述跟随调整机构(3)位于所述垂向移动机构(2)的下方、并与其滑动连接，所述横向同步定位夹紧机构(4)安装在所述跟随调整机构(3)的下方，所述纵向定位夹紧机构(5)安装在所述横向同步定位夹紧机构(4)上；
所述横向同步定位夹紧机构(4)包括横向卡爪驱动气缸(31)、第一横向卡爪(30)、第二横向卡爪(35)及同步组件(15)，其中第一横向卡爪(30)和第二横向卡爪(35)可沿横向滑动地安装在所述跟随调整机构(3)的下方，所述横向卡爪驱动气缸(31)固定安装在所述跟随调整机构(3)的下方、并输出端与第一横向卡爪(30)连接，所述第一横向卡爪(30)通过同步组件(15)与第二横向卡爪(35)连接，所述横向卡爪驱动气缸(31)驱动第一横向卡爪(30)运动，所述第一横向卡爪(30)通过同步组件(15)带动所述第二横向卡爪(35)向相反方向运动，所述第一横向卡爪(30)和第二横向卡爪(35)的下端分别连接有一个所述纵向定位夹紧机构(5)；
所述同步组件(15)包括第一连杆(151)、第二连杆(152)、转轴(153)及第三连杆(154)，其中第二连杆(152)的中部通过转轴(153)安装在所述跟随调整机构(3)的下方，所述第二连杆(152)可绕转轴(153)转动，所述第二连杆(152)的两端分别与第一连杆(151)和第三连杆(154)的一端铰接，所述第一连杆(151)和第三连杆(154)的另一端分别与第二横向卡爪(35)和所述第一横向卡爪(30)铰接。
2.按权利要求1所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述水平移动机构(1)包括水平移动平台(32)、滚动行走轮(11)、滚动辅助定位轮(12)及水平驱动装置，其中水平移动平台(32)的底部设有滚动行走轮(11)和滚动辅助定位轮(12)，所述水平驱动装置安装在所述水平移动平台(32)上、并与所述滚动行走轮(11)传动连接，所述水平移动平台(32)通过滚动行走轮(11)在行车轨道上行走、并通过与行车轨道滑动配合的滚动辅助定位轮(12)定位。
3.按权利要求2所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述水平移动平台(32)的前、后侧均设有防撞块(13)。
4.按权利要求1所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述垂向移动机构(2)包括架体(33)、定滑轮(8)、吊绳(9)、配重组件(10)、垂向驱动机构(14)、垂向移动机构齿条(18)、垂向移动机构齿轮(19)及垂向移动平台(22)，其中垂向移动平台(22)与所述水平移动机构(1)滑动连接，所述垂向移动机构齿条(18)设置于所述垂向移动平台(22)上，所述垂向驱动机构(14)设置于所述水平移动平台(32)上、并输出端设有垂向移动机构齿轮(19)，所述垂向移动机构齿轮(19)与所述垂向移动机构齿条(18)啮合，所述架体(33)安装在所述水平移动机构(1)上，所述定滑轮(8)设置于所述架体(33)的顶部，所述吊绳(9)穿过定滑轮(8)两端分别与垂向移动平台(22)和配重组件(10)连接，所述垂向移动平台(22)的下端连接有所述视觉检测相机(6)、测距传感器(7)及跟随调整机构(3)。
5.按权利要求1或4所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述跟随调整机构(3)包括跟踪调整驱动机构、跟踪调整机构丝杠螺母传动副(27)及跟踪调整机构平台(34)，其中跟踪调整机构平台(34)的上方设有传动连接的跟踪调整驱动机构和跟踪调整机构丝杠螺母传动副(27)，所述跟踪调整机构丝杠螺母传动副(27)与所述垂向移动机构(2)连接，所述垂向移动机构(2)与所述跟踪调整机构平台(34)滑动连接；所述跟踪调整机构平台(34)的下方安装有可沿横向滑动的所述横向同步定位夹紧机构(4)。
6.按权利要求5所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述跟踪调整机构平台(34)的下方沿横向设有跟踪调整机构导轨(29)，所述横向同步定位夹紧机构(4)通过跟踪调整机构滑块(28)与所述跟踪调整机构导轨(29)滑动连接。
7.按权利要求1所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述纵向定位夹紧机构(5)包括纵向卡爪驱动气缸(16)、第一纵向卡爪(37)及第二纵向卡爪(39)，其中第一纵向卡爪(37)和第二纵向卡爪(39)可滑动地安装在所述第一横向卡爪(30)或第二横向卡爪(35)下方设有的纵向移动导轨上，所述纵向卡爪驱动气缸(16)安装在所述第一纵向卡爪(37)或第二纵向卡爪(39)上、并输出端与所述第二纵向卡爪(39)或第一纵向卡爪(37)连接。
8.按权利要求7所述的基于视觉定位的弹药码垛机械手，其特征在于：所述纵向定位夹紧机构(5)进一步包括纵向卡爪限位块B(40)、纵向卡爪限位块C(36)及纵向卡爪限位块A(38)，其中纵向卡爪限位块B(40)和纵向卡爪限位块C(36)设置于所述纵向移动导轨的两端，所述纵向卡爪限位块A(38)设置于所述纵向移动导轨的中部、并位于所述第一纵向卡爪(37)和第二纵向卡爪(39)之间，所述纵向卡爪驱动气缸(16)驱动所述第二纵向卡爪(39)和第一纵向卡爪(37)张开或闭合。
一种基于视觉定位的弹药码垛机械手
技术领域
[0001] 本发明涉及自动码垛系统，具体的说是一种基于视觉定位的弹药码垛机械手。
背景技术
[0002] 目前，码垛系统采用通过导轨滑块导向，齿轮齿条驱动的方式来实现自动码垛。这样的码垛系统有以下弊端：第一，在大跨距、大范围码垛时，就会遇到加工制作成本高，安装调试难等问题；第二，传统码垛系统通过固定坐标点来实现自动码垛功能，遇到码垛工件意外丢失、人员参与码垛作业、码垛工件被移动等情况，就会造成码垛摆放不整齐等情况，严重还会造成码垛悬空掉落、码垛重叠挤压，这种情况在弹药生产中是绝对不允许出现的；第三，传统码垛系统需要事先把码垛工件的位置严格准确放置才能实现码垛自动上料功能，这样增加了码垛成本和工作量。
[0003] 国内在弹药生产领域还没有基于视觉的码垛机械手，传统的码垛系统通过绝对坐标定位方式很难满足弹药码垛的安全性能，使用传统码垛系统会增加额外的不安全因素。
发明内容
[0004] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于视觉定位的弹药码垛机械手。这种基于视觉定位的弹药码垛机械手可以根据弹药位置的视觉信息调整码垛机械手的取放位置。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一种基于视觉定位的弹药码垛机械手，包括水平移动机构、垂向移动机构、跟随调整机构、横向同步定位夹紧机构、纵向定位夹紧机构、视觉检测相机及测距传感器，其中水平移动机构滚动连接于行车轨道上，所述垂向移动机构安装于水平移动机构上、并可沿垂向滑动，所述视觉检测相机和测距传感器安装在垂向移动机构的末端，所述跟随调整机构位于所述垂向移动机构的下方、并与其滑动连接，所述横向同步定位夹紧机构安装在所述跟随调整机构的下方，所述纵向定位夹紧机构安装在所述横向同步定位夹紧机构上。
[0007] 所述水平移动机构包括水平移动平台、滚动行走轮、滚动辅助定位轮及水平驱动装置，其中水平移动平台的底部设有滚动行走轮和滚动辅助定位轮，所述水平驱动装置安装在所述水平移动平台上、并与所述滚动行走轮传动连接，所述水平移动平台通过滚动行走轮在行车轨道上行走、并通过与行车轨道滑动配合的滚动辅助定位轮定位。所述水平移动平台的前、后侧均设有防撞块。
[0008] 所述垂向移动机构包括架体、定滑轮、吊绳、配重组件、垂向驱动机构、垂向移动机构齿条、垂向移动机构齿轮及垂向移动平台，其中垂向移动平台与所述水平移动机构滑动连接，所述垂向移动机构齿条设置于所述垂向移动平台上，所述垂向驱动机构设置于所述水平移动平台上、并输出端设有垂向移动机构齿轮，所述垂向移动机构齿轮与所述垂向移动机构齿条啮合，所述架体安装在所述水平移动机构上，所述定滑轮设置于所述架体的顶部，所述吊绳穿过定滑轮两端分别与垂向移动平台和配重组件连接，所述垂向移动平台的下端连接有所述视觉检测相机、测距传感器及跟随调整机构。
[0009] 所述跟随调整机构包括跟踪调整驱动机构、跟踪调整机构丝杠螺母传动副及跟踪调整机构平台，其中跟踪调整机构平台的上方设有传动连接的跟踪调整驱动机构和跟踪调整机构丝杠螺母传动副，所述跟踪调整机构丝杠螺母传动副与所述垂向移动机构连接，所述垂向移动机构与所述跟踪调整机构平台滑动连接；所述跟踪调整机构平台的下方安装有可沿横向滑动的所述横向同步定位夹紧机构。
[0010] 所述跟踪调整机构平台的下方沿横向设有跟踪调整机构导轨，所述横向同步定位夹紧机构通过跟踪调整机构滑块与所述跟踪调整机构导轨滑动连接。
[0011] 所述横向同步定位夹紧机构包括横向卡爪驱动气缸、第一横向卡爪、第二横向卡爪及同步组件，其中第一横向卡爪和第二横向卡爪可沿横向滑动地安装在所述跟随调整机构的下方，所述横向卡爪驱动气缸固定安装在所述跟随调整机构的下方、并输出端与第一横向卡爪连接，所述第一横向卡爪通过同步组件与第二横向卡爪连接，所述横向卡爪驱动气缸驱动第一横向卡爪运动，所述第一横向卡爪通过同步组件带动所述第二横向卡爪向相反方向运动，所述第一横向卡爪和第二横向卡爪的下端分别连接有一个所述纵向定位夹紧机构。
[0012] 所述同步组件包括第一连杆、第二连杆、转轴及第三连杆，其中第二连杆的中部通过转轴安装在所述跟随调整机构的下方，所述第二连杆可绕转轴转动，所述第二连杆的两端分别与第一连杆和第三连杆的一端铰接，所述第一连杆和第三连杆的另一端分别与第二横向卡爪和所述第一横向卡爪铰接。
[0013] 所述纵向定位夹紧机构包括纵向卡爪驱动气缸、第一纵向卡爪及第二纵向卡爪，其中第一纵向卡爪和第二纵向卡爪可滑动地安装在所述第一横向卡爪或第二横向卡爪下方设有的纵向移动导轨上，所述纵向卡爪驱动气缸安装在所述第一纵向卡爪或第二纵向卡爪上、并输出端与所述第二纵向卡爪或第一纵向卡爪连接。
[0014] 所述纵向定位夹紧机构进一步包括纵向卡爪限位块B、纵向卡爪限位块C及纵向卡爪限位块A，其中纵向卡爪限位块B和纵向卡爪限位块C设置于所述纵向移动导轨的两端，所述纵向卡爪限位块A设置于所述纵向移动导轨的中部、并位于所述第一纵向卡爪和第二纵向卡爪之间，所述纵向卡爪驱动气缸驱动所述第二纵向卡爪和第一纵向卡爪张开或闭合。
[0015] 本发明的优点与积极效果为：
[0016] 1.本发明的水平移动机构使用滚轮直接驱动的同时通过视觉系统保证码垛定位精度，节约制造成本，减少安装调试时间。
[0017] 2.本发明的视觉系统可以判断当前是否有码垛或者转运条件，从而提高了码垛机械手在搬运弹药时的安全度。
[0018] 3.本发明的视觉判断系统可以根据弹药位置正在码垛机械手位置，从而在进行码垛上料功能时，降低弹药初始摆放的位置精度，增加了码垛系统的容错性。
[0019] 4.本发明基于视觉定位，不仅可以实现弹药生产中自动码垛、抽检、上料功能，而且避免了悬空码垛，重叠码垛等危险状况，更重要的是提高了人工参与码垛的兼容性和安全度。
附图说明
[0020] 图1为本发明的结构示意图；
[0021] 图2为图1的侧视图；
[0022] 图3为本发明中跟随调整机构的结构示意图；
[0023] 图4为图1的仰视图；
[0024] 图5为本发明中纵向定位夹紧机构的结构示意图。
[0025] 其中：1为平移动机构，2为垂向移动机构，3为跟随调整机构，4为横向同步定位夹紧机构，5为纵向定位夹紧机构，6为视觉检测相机，7为测距传感器，8为定滑轮，9为吊绳，10为配重组件，11为滚动行走轮，12为滚动辅助定位轮，13为防撞块，14为垂向驱动机构，15为同步组件，151为第一连杆，152为第二连杆，153为转轴，154为第三连杆，16为纵向卡爪驱动气缸，17为垂向移动机构导轨，18为垂向移动机构齿条，19为垂向移动机构齿轮，20为跟踪调整机构滑块，21为跟踪调整机构导轨，22为垂向移动平台，23为纵向卡爪，24为跟踪调整机构防爆电机，25为跟踪调整机构减速机，26为联轴器，27跟踪调整机构丝杠螺母传动副，28为跟踪调整机构滑块，29为跟踪调整机构导轨，30为第一横向卡爪，31为横向卡爪驱动气缸，32为水平移动平台，33为架体，34为跟踪调整机构平台，35为第二横向卡爪，36为纵向卡爪限位块C，37为第一纵向卡爪，38为纵向卡爪限位块A，39为第二纵向卡爪，40为纵向卡爪限位块B。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0027] 如图1、图2所示，本发明提供的一种基于视觉定位的弹药码垛机械手，包括水平移动机构1、垂向移动机构2、跟随调整机构3、横向同步定位夹紧机构4、纵向定位夹紧机构5、视觉检测相机6及测距传感器7，其中水平移动机构1滚动连接于行车轨道上，所述垂向移动机构2安装于水平移动机构1上、并可沿垂向滑动，所述视觉检测相机6和测距传感器7安装在垂向移动机构2的末端。所述视觉检测相机6用于视觉拍照，根据视觉信息判断当前是否有码垛或者转运条件；所述测距传感器7用于实时检测机械手与码垛位置的距离。所述跟随调整机构3位于所述垂向移动机构2的下方、并与其滑动连接，所述横向同步定位夹紧机构4安装在所述跟随调整机构3的下方，所述纵向定位夹紧机构5安装在所述横向同步定位夹紧机构4上。
[0028] 所述水平移动机构1包括水平移动平台32、滚动行走轮11、滚动辅助定位轮12及水平驱动装置，其中水平移动平台32的底部设有四个滚动行走轮11和两个滚动辅助定位轮12，所述水平驱动装置安装在所述水平移动平台32上、并与所述滚动行走轮11传动连接，所述水平移动平台32通过滚动行走轮11在行车轨道上行走、并通过分别与行车轨道两测滑动配合的两个滚动辅助定位轮12定位。所述水平移动平台32的前、后侧均设有两个防撞块13。
[0029] 所述水平驱动装置包括一组防爆电机减速器及同步带轮，其中安装在水平移动平台32上的防爆电机减速器通过同步带轮驱动滚动行走轮11转动，滚动辅助定位轮12与行车轨道配合定位，避免水平移动机构1发生颤动，防撞块13作为水平移动平台32运动时的最后安全保障。
[0030] 所述垂向移动机构2包括架体33、定滑轮8、吊绳9、配重组件10、垂向驱动机构14、垂向移动机构齿条18、垂向移动机构齿轮19及垂向移动平台22，其中垂向移动平台22与所述水平移动机构1的水平移动平台32滑动连接，所述垂向移动机构齿条18设置于所述垂向移动平台22上，所述垂向驱动机构14设置于所述水平移动平台32上、并输出端设有垂向移动机构齿轮19，所述垂向移动机构齿轮19与所述垂向移动机构齿条18啮合。所述垂向驱动机构14包括防爆电机及减速机，防爆电机配合减速机驱动垂向移动机构齿轮19旋转，所述垂向移动机构齿轮19与垂向移动机构齿条18啮合，从而驱动垂向移动机构2相对水平移动机构1垂向滑动。所述架体33安装在所述水平移动机构1的水平移动平台32上，所述定滑轮8设置于所述架体33的顶部，所述吊绳9穿过定滑轮8一端与垂向移动平台22连接，另一端与配重组件10连接，来配平重力。所述垂向移动平台22的下端连接有所述视觉检测相机6、测距传感器7及跟随调整机构3。
[0031] 所述垂向移动平台22上设有垂向移动机构导轨17，所述水平移动平台32通过垂向移动机构滑块与所述垂向移动机构导轨17滑动连接。
[0032] 如图3所示，所述跟随调整机构3包括跟踪调整驱动机构、跟踪调整机构丝杠螺母传动副27、跟踪调整机构滑块28、跟踪调整机构导轨29及跟踪调整机构平台34，其中跟踪调整机构平台34的上方设有传动连接的跟踪调整驱动机构和跟踪调整机构丝杠螺母传动副27，所述跟踪调整机构丝杠螺母传动副27中的螺母与所述垂向移动平台22的末端连接，所述垂向移动平台22通过滑块与所述跟踪调整机构平台34上方设有的导轨滑动连接；所述跟踪调整机构平台34的下方沿横向设有跟踪调整机构导轨29，所述横向同步定位夹紧机构4通过跟踪调整机构滑块28与所述跟踪调整机构导轨29滑动连接。
[0033] 所述跟踪调整驱动机构包括依次连接的跟踪调整机构防爆电机24、跟踪调整机构减速机25及联轴器26，所述联轴器26与滚珠丝杠连接，由跟踪调整机构防爆电机24驱动滚珠丝杠旋转，与滚珠丝杠螺纹配合的螺母带动所述垂向移动机构2移动。目的是根据视觉检测相机6采集的数据进行精密调整，以获得准确的码垛位置信息。
[0034] 所述横向同步定位夹紧机构4包括横向卡爪驱动气缸31、第一横向卡爪30、第二横向卡爪35及同步组件15，其中第一横向卡爪30和第二横向卡爪35通过跟踪调整机构滑块28与所述跟踪调整机构导轨29滑动连接。所述横向卡爪驱动气缸31固定安装在所述跟踪调整机构平台34的下方、并输出端与第一横向卡爪30连接，所述第一横向卡爪30通过同步组件15与第二横向卡爪35连接。所述第一横向卡爪30和第二横向卡爪35的下端分别连接有一个所述纵向定位夹紧机构5。
[0035] 如图4所示，所述同步组件15包括第一连杆151、第二连杆152、转轴153及第三连杆154，其中第二连杆152的中部通过转轴153安装在所述跟踪调整机构平台34的下方，所述第二连杆152可绕转轴153转动，所述第二连杆152的两端分别与第一连杆151和第三连杆154的一端铰接，所述第一连杆151和第三连杆154的另一端分别与第二横向卡爪35和所述第一横向卡爪30铰接。所述横向卡爪驱动气缸31驱动第一横向卡爪30运动，所述第一横向卡爪
30通过同步组件15带动所述第二横向卡爪35向相反方向运动。即所述横向卡爪驱动气缸31通过同步组件15驱动所述第一横向卡爪30和所述第二横向卡爪35实现同步张开或闭合功能。
[0036] 如图5所示，所述纵向定位夹紧机构5包括纵向卡爪驱动气缸16、第一纵向卡爪37及第二纵向卡爪39，其中第一纵向卡爪37和第二纵向卡爪39可滑动地安装在所述第一横向卡爪30或第二横向卡爪35下方设有的纵向移动导轨上，所述纵向卡爪驱动气缸16安装在所述第一纵向卡爪37或第二纵向卡爪39上、并输出端与所述第二纵向卡爪39或第一纵向卡爪37连接。
[0037] 所述纵向定位夹紧机构5进一步包括纵向卡爪限位块B40、纵向卡爪限位块C36及纵向卡爪限位块A38，其中纵向卡爪限位块B40和纵向卡爪限位块C36设置于所述纵向移动导轨的两端，所述纵向卡爪限位块A38设置于所述纵向移动导轨的中部、并位于所述第一纵向卡爪37和第二纵向卡爪39之间，所述第一纵向卡爪37在所述纵向卡爪限位块B40与纵向卡爪限位块A38之间运动，所述第二纵向卡爪39在所述纵向卡爪限位块C36与纵向卡爪限位块A38之间运动。所述纵向卡爪驱动气缸16驱动所述第二纵向卡爪39和第一纵向卡爪37张开或闭合。
[0038] 本发明的工作原理为：
[0039] 本发明提供的一种基于视觉定位的弹药码垛机械手，在发生码垛系统定位不准确或者弹药实际位置与预定位置存在偏差时，根据视觉信息重新调整码垛机械手位置来保证准确定位。
[0040] 本发明水平方向上采用滚轮直接驱动实现水平面上的运动，从而降低成本，减少安装调试难度。垂向运动采用齿轮齿条来保证重复定位精度。跟踪系统由丝杠螺母配合导轨滑块运动，根据视觉信息来调整跟踪系统的运动距离，保证码垛机械手位置与弹药位置的一致性。测距传感器实时检测机械手与码垛位置的距离，当出现预定码垛位置空间被占或者码垛位置下方出现悬空等意外时，通过测距传感器反馈的数据，码垛系统及时应对，避免发生生产事故。
[0041] 码垛上线时，弹药根据预先规划，已经放置到预定位置。机械手根据码垛系统规划，预先行走到预定位置，然后进行视觉拍照，传感器测距，根据测距保障码垛上料的安全可行性，根据视觉拍照，确定弹药的准确位置，然后码垛机械手进行抓取。
[0042] 下线码垛时，机械手抓取弹药，根据码垛系统规划，预先行走到预定码垛位置，然后进行视觉拍照，传感器测距，根据测距保障下线码垛的安全可行性，根据视觉拍照，确定码垛位置准确信息，然后码垛的放置、叠放功能。
