《钢珠分拣机器人.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢珠分拣机器人.pdf（10页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 103506325 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103506325 A (21)申请号 201310416250.9 (22)申请日 2013.09.12 B07C 5/10(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 莫锦秋 陈刚 王晓骎 金川 史敏 陈斌 (74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 31236 代理人 郭国中 (54) 发明名称 钢珠分拣机器人 (57) 摘要 本发明提供了一种钢珠分拣机器人， 包括漏 斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构以及。
2、控制机构， 所述漏斗通过轨道与进给机构相连接， 所述进给 机构通过轨道与分拣机构相连接， 所述检测机构 设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上， 所述控制机构分别与检测机构和分拣机构相连 接。与现有技术相比， 本发明具有结构简洁、 成本 低廉、 占用空间小、 反应速度快、 控制精度高的特 点， 且具有很强的可调性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103506325 A CN 103506325 A 1/2 页 2 1. 一种钢。
3、珠分拣机器人， 其特征在于， 包括漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构、 连接 轨道以及控制机构， 所述漏斗通过轨道与进给机构相连接， 所述进给机构通过连接轨道与 分拣机构相连接， 所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上， 所述控制 机构分别与检测机构和分拣机构相连接 ; 其中 : 所述进给机构包括减速电机、 连杆机构、 直线轴承、 直线导轨和楔形活塞， 所述楔形活 塞通过连杆机构与减速电机相连接， 并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动， 所述直 线轴承和直线导轨分别为两个， 两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两侧， 通过直线导轨的限位作用， 控制楔形活塞竖直方向。
4、运动的垂直度 ; 所述检测机构包括若干组激光传感装置， 其中， 每一组激光传感装置均包括发射部分 和接收部分， 所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列， 每一组激光传感 装置通过检测遮挡的激光对数目， 发出传感信息 ; 所述分拣机构包括步进电机、 联轴器、 平面推动轴承、 联动轨道以及多个分拣门， 所述 联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接， 并通过步进电机的驱动随平面拖 动轴承左右旋转 ; 所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触 ; 所述控制机构包括开发板， 所述开发板的输入端与若干组激光传感装置相连接， 用于 接收不同的传感信息， 从而产生不同的控制信息 ; 所述。
5、开发板的输出端与步进电机相连 接， 通过输出不同的控制指令控制步进电机运动， 从而驱动联动轨道旋转。 2. 根据权利要求 1 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 所述检测机构还包括一组对 称设置的固定薄板， 每一块固定薄板上均设有若干竖直方向的 U 型槽， 两块固定薄板上的 竖直方向的 U 型槽一一对称， 任一组激光传感装置的发射部分和接收部分设置于一组对称 设置的竖直方向的 U 型槽内， 并沿所述竖直方向的 U 型槽上下移动。 3. 根据权利要求 1 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 每一个分拣门的输出端均设 有一个收集盒。 4. 根据权利要求 1 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于，。
6、 所述控制机构还包括集成在 开发板上的如下部件 : - 电源开关， 与外部电源电路连接 ; - 减速电机启动按钮， 与减速电机电路连接 ; - 减速电机调速旋钮， 与减速电机电路连接。 5. 根据权利要求 4 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 所述控制机构还包括面板盒， 所述开发板以及集成在开发板上的电源开关、 减速电机启动按钮、 减速电机调速旋钮均设 置于面板盒内， 所述面板盒的上表面设有与电源开关、 减速电机启动按钮和减速电机调速 旋钮相适配的孔。 6. 根据权利要求 1 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 所述开发板的输入端与若干 组激光传感装置之间电路连接或信号连接 ; 所述开发。
7、板的输出端与步进电机之间电路连 接或信号连接。 7. 根据权利要求 1 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 所述分拣门包括大球分拣门、 中球分拣门和小球分拣门， 相应地， - 所述检测机构包括两组激光传感装置， 所述检测机构输出的传感信息包括 : 两组遮 挡数目、 一组遮挡数目和零遮挡数目 ; 权 利 要 求 书 CN 103506325 A 2 2/2 页 3 -所述控制机构输出的控制信息包括:大球控制信息、 中球控制信息和小球控制信息; - 所述联动轨道包括 : 向左旋转 30 度模式、 向右旋转 30 度模式和零旋转模式。 8. 根据权利要求 1 至 7 中任一项所述的钢珠分拣机器人，。
8、 其特征在于， 还包括如下部 件 : - 固定机构 ; 所述漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。 9. 根据权利要求 8 所述的钢珠分拣机器人， 其特征在于， 所述固定机构包括多根相互 连接的型材以及夹板， 多根型材之间以及型材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连 接。 权 利 要 求 书 CN 103506325 A 3 1/5 页 4 钢珠分拣机器人 技术领域 0001 本发明涉及机电一体化技术领域的机器人， 具体是一种利用机电系统对三种不同 大小的钢珠进行分拣的钢珠分拣机器人。 背景技术 0002 分拣机器人在实际生产中有着广泛的用途， 例如工业上对。
9、钢珠的分拣、 农业上对 苹果、 土豆的分拣。 传统的分拣通过人工来实现， 效率低、 成本高， 在人力物力方面造成了很 大的浪费。 随着机电一体化技术的高速发展， 尤其是传感技术和控制技术的普及， 己经实现 了分拣系统的自动化、 智能化和高效化。 英国人曾研究了遥控机械系统， 通过人在电视屏幕 上看土豆， 只需用指示棒碰一下烂土豆图像， 专门的装置便可以把烂土豆挑拣出来， 但这种 机器离开人就不能工作。后来发现好土豆和烂土豆对红外线反射是不同的， 于是发明用光 学方法挑拣土豆， 机器人具备了传感器、 物镜和电子一光学系统。一个小时它就可以挑拣 3 吨土豆， 可以代替 6 名挑拣工人的劳动， 工作。
10、质量大大超过人工作业。分拣系统中的控制单 元可以采用单片机， 也可以采用 PLC， 单片机控制的优点是经济实惠， 成本相对较低 ; 缺点 是用单片机制作的主控板受制版工艺、 布局结构、 器件质量等因素的影响导致抗干扰能力 差， 故障率高， 不易扩展， 对环境依赖性强， 开发周期长。 PLC控制的优点是抗干扰能力强， 故 障率低， 易于设备的扩展， 便于维护， 开发周期短 ; 缺点是成本相对单片机要高。 0003 经过对现有技术的文献检索发现， 南京林业大学的焦恩璋发明了一种基于机器视 觉的工业机器人运动控制装置 ( 专利类型 : 实用新型， 专利号 :CN200920044303.8， 申请日。
11、 期 :2009 年 6 月 1 日 )， 以 MOTOMAN-UP6 机器人为基础， 构建了一个基于机器视觉的机器人 分拣实验系统 . 该分拣实验系统由机器人、 PC 机、 相机、 图像采集卡、 传送带和自开发的分 拣控制软件组成.系统的工作原理和工作过程为:当目标对象源源不断地进入分拣作业区 时， 通过相机连续自动地获取作业对象图像， 然后由软件对采集到的图像进行运算分析、 变 换目标对象坐标、 识别目标对象分类信息、 维护分拣目标的运动踪迹， 最终控制机器人实现 分拣动作。 发明内容 0004 本发明针对现有技术中存在的上述不足， 提供了一种钢珠分拣机器人。 0005 本发明是通过如下技。
12、术方案实现。 0006 一种钢珠分拣机器人， 包括漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构以及控制机构， 所 述漏斗通过轨道与进给机构相连接， 所述进给机构通过轨道与分拣机构相连接， 所述检测 机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上， 所述控制机构分别与检测机构和分拣 机构相连接 ; 其中 : 0007 所述进给机构包括减速电机、 连杆机构、 直线轴承、 直线导轨和楔形活塞， 所述楔 形活塞通过连杆机构与减速电机相连接， 并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动， 所 述直线轴承和直线导轨分别为两个， 两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两 说 明 书 CN 103506325 A。
13、 4 2/5 页 5 侧， 通过直线导轨的限位作用， 控制楔形活塞竖直方向运动的垂直度 ; 0008 所述检测机构包括若干组激光传感装置， 其中， 每一组激光传感装置均包括发射 部分和接收部分， 所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列， 每一组激光 传感装置通过检测遮挡的激光对数目， 发出传感信息 ; 0009 所述分拣机构包括步进电机、 联轴器、 平面推动轴承、 联动轨道以及多个分拣门， 所述联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接， 并通过步进电机的驱动随平 面拖动轴承左右旋转 ; 所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触 ; 0010 所述控制机构包括开发板， 所述开。
14、发板的输入端与若干组激光传感装置相连接， 用于接收不同的传感信息， 从而产生不同的控制信息 ; 所述开发板的输出端与步进电机相 连接， 通过输出不同的控制指令控制步进电机运动， 从而驱动联动轨道旋转。 0011 优选地， 所述检测机构还包括一组对称设置的固定薄板， 每一块固定薄板上均设 有若干竖直方向的U型槽， 两块固定薄板上的竖直方向的U型槽一一对称， 任一组激光传感 装置的发射部分和接收部分设置于一组对称设置的竖直方向的 U 型槽内， 并沿所述竖直方 向的 U 型槽上下移动。 0012 优选地， 所述每一个分拣门的输出端均设有一个收集盒。 0013 优选地， 所述控制机构还包括集成在开发板。
15、上的如下部件 : 0014 - 电源开关， 与外部电源电路连接 ; 0015 - 减速电机启动按钮， 与减速电机电路连接 ; 0016 - 减速电机调速旋钮， 与减速电机电路连接。 0017 优选地， 所述控制机构还包括面板盒， 所述开发板以及集成在开发板上的电源开 关、 减速电机启动按钮、 减速电机调速旋钮均设置于面板盒内， 所述面板盒的上表面设有与 电源开关、 减速电机启动按钮和减速电机调速旋钮相适配的孔。 0018 优选地， 所述面板盒采用亚克力材质。 0019 优选地， 所述开发板的输入端与若干组激光传感装置之间电路连接或信号连接 ; 所述开发板的输出端与步进电机之间电路连接或信号连接。
16、。 0020 优选地， 所述分拣门包括大球分拣门、 中球分拣门和小球分拣门， 相应地， 0021 - 所述检测机构包括两组激光传感装置， 其输出的传感信息包括 : 两组遮挡数目、 一组遮挡数目和零遮挡数目 ; 0022 - 所述控制机构输出的控制信息包括 : 大球控制信息、 中球控制信息和小球控制 信息 ; 0023 - 所述联动轨道包括 : 向左旋转 30 度模式、 向右旋转 30 度模式和零旋转模式。 0024 优选地， 所述钢珠分拣机器人还包括如下部件 : 0025 - 固定机构 ; 0026 所述漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。 0027 优选。
17、地， 所述固定机构包括多根相互连接的型材以及夹板， 多根型材之间以及型 材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连接。 0028 与现有技术相比， 本发明具有结构简洁、 成本低廉、 占用空间小、 反应速度快、 控制 精度高的特点。 说 明 书 CN 103506325 A 5 3/5 页 6 附图说明 0029 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述， 本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显 : 0030 图 1 为钢珠分拣机器人整体结构示意图 ; 0031 图 2 为进给机构结构示意图 ; 0032 图 3 为检测机构结构示意图 ; 0033 图 4 为分拣机构结构示意图 ; 。
18、0034 图中 :1 为漏斗， 2 为夹板， 3 为楔形活塞， 4 为直线轴承， 5 为轨道， 6 为减速电机， 7 为型材， 8为激光传感装置， 9为步进电机， 10为平面推力轴承， 11为联动轨道， 12为分捡门， 13 为收集盒， 14 为面板盒。 具体实施方式 0035 下面对本发明的实施例作详细说明 : 本实施例在以本发明技术方案为前提下进 行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程。 应当指出的是， 对本领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的 保护范围。 0036 请同时参阅图 1 至图 4。 0037 本实施例。
19、提供了一种钢珠分拣机器人， 包括漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构 以及控制机构， 所述漏斗通过轨道与进给机构相连接， 所述进给机构通过轨道与分拣机构 相连接， 所述检测机构设置于进给机构与分拣机构之间的连接轨道上， 所述控制机构分别 与检测机构和分拣机构相连接 ; 其中 : 0038 所述进给机构包括减速电机、 连杆机构、 直线轴承、 直线导轨和楔形活塞， 所述楔 形活塞通过连杆机构与减速电机相连接， 并通过减速电机的驱动随连杆机构上下运动， 所 述直线轴承和直线导轨分别为两个， 两个直线轴承通过两根直线导轨设置于楔形活塞的两 侧， 通过直线导轨的限位作用， 控制楔形活塞竖直方向运动的。
20、垂直度 ; 0039 所述检测机构包括若干组激光传感装置， 其中， 每一组激光传感装置均包括发射 部分和接收部分， 所述发射部分和接收部分之间的激光对形成激光检测阵列， 每一组激光 传感装置通过检测遮挡的激光对数目， 发出传感信息 ; 0040 所述分拣机构包括步进电机、 联轴器、 平面推动轴承、 联动轨道以及多个分拣门， 所述联动轨道通过平面推动轴承和联轴器与步进电机相连接， 并通过步进电机的驱动随平 面拖动轴承左右旋转 ; 所述联动轨道通过旋转与多个分拣门一一接触 ; 0041 所述控制机构包括开发板， 所述开发板的输入端与若干组激光传感装置相连接， 用于接收不同的传感信息， 从而产生不同。
21、的控制信息 ; 所述开发板的输出端与步进电机相 连接， 通过输出不同的控制指令控制步进电机运动， 从而驱动联动轨道旋转。 0042 进一步地， 所述检测机构还包括一组对称设置的固定薄板， 每一块固定薄板上均 设有若干竖直方向的U型槽， 两块固定薄板上的竖直方向的U型槽一一对称， 任一组激光传 感装置的发射部分和接收部分设置于一组对称设置的竖直方向的 U 型槽内， 并沿所述竖直 方向的 U 型槽上下移动。 0043 进一步地， 所述每一个分拣门的输出端均设有一个收集盒。 说 明 书 CN 103506325 A 6 4/5 页 7 0044 进一步地， 所述控制机构还包括集成在开发板上的如下部件。
22、 : 0045 - 电源开关， 与外部电源电路连接 ; 0046 - 减速电机启动按钮， 与减速电机电路连接 ; 0047 - 减速电机调速旋钮， 与减速电机电路连接。 0048 进一步地， 所述控制机构还包括面板盒， 所述开发板以及集成在开发板上的电源 开关、 减速电机启动按钮、 减速电机调速旋钮均设置于面板盒内， 所述面板盒的上表面设有 与电源开关、 减速电机启动按钮和减速电机调速旋钮相适配的孔。 0049 进一步地， 所述面板盒采用亚克力材质。 0050 进一步地， 所述开发板的输入端与若干组激光传感装置之间电路连接或信号连 接 ; 所述开发板的输出端与步进电机之间电路连接或信号连接。 。
23、0051 进一步地， 所述分拣门包括大球分拣门、 中球分拣门和小球分拣门， 相应地， 0052 - 所述检测机构包括两组激光传感装置， 其输出的传感信息包括 : 两组遮挡数目、 一组遮挡数目和零遮挡数目 ; 0053 - 所述控制机构输出的控制信息包括 : 大球控制信息、 中球控制信息和小球控制 信息 ; 0054 - 所述联动轨道包括 : 向左旋转 30 度模式、 向右旋转 30 度模式和零旋转模式。 0055 进一步地， 所述钢珠分拣机器人还包括如下部件 : 0056 - 固定机构 ; 0057 所述漏斗、 进给机构、 检测机构、 分拣机构以及控制机构分别固定于固定机构上。 0058 进一。
24、步地， 所述固定机构包括多根相互连接的型材以及夹板， 多根型材之间以及 型材与夹板之间分别通过三角形连接件紧固连接。 0059 在本实施例中， 0060 型材与型材、 型材与夹板之间通过专门的三角形连接件进行紧固， 整个系统的底 座使用 30mm30mm 的型材搭建而成， 具有足够的刚度。 0061 漏斗、 轨道、 夹板、 分拣门、 收集盒均可以采用亚克力板加工而成， 通过专用的胶水 粘结在一起。 0062 减速电机通过连杆机构驱动一个楔形活塞在竖直方向进行上下运动， 主要目的是 通过活塞的往复运动来将上一级轨道中紧密排在一起的钢珠间断送入下一级轨道， 以便激 光检测装置有足够的时间间隔来进行。
25、识别。活塞两侧安装了两个直线轴承， 直线轴承套在 两根直线导轨之上， 通过直线导轨的限位作用， 保证了活塞竖直万向运动的垂直度。另外， 可以通过对减速电机电压的控制来对电机调速， 调整活塞推动装置的运动速度， 从而实现 进入下一级轨道钢珠时间间隔的调节。 0063 激光传感装置分为发射部分和接收部分， 通过激光检测阵列检测来判断钢珠大 小， 不同大小的钢珠在经过激光检测阵列时所遮挡的激光对数目不同。激光传感装置固定 在一块固定薄板上， 固定薄板上开有竖直方向的 U 型槽， 激光传感装置可沿 U 型槽上下移 动， 实现了激光传感装置高度的调节， 以便对激光检测阵列进行合理排布。 本实施例以监测 。
26、三种不同尺寸的钢珠为例， 使用了两对激光传感装置， 小球经过激光检测阵列时不遮挡光 束， 中球经过激光检测阵列时遮挡一道光束， 大球经过激光检测阵列时遮挡两道光束。 0064 步进电机通过联轴器和平面推力轴承带动一段独立的联动轨道进行旋转， 联动轨 说 明 书 CN 103506325 A 7 5/5 页 8 道在步进电机的带动下可由中间零位转动到向左或者向右 30 度， 将不同大小的钢珠送入 相应的分拣门， 三个分拣门轨道长短不一， 依次增长， 钢珠滚下时滑动不同的距离， 落入相 应的收集盒内。 0065 面板盒由亚克力板粘结而成， 通过螺钉和铜螺柱将开发板、 电路板、 电源开关、 减 速电。
27、机调速旋钮、 减速电机启动按钮合理封装在面板盒内， 面板盒的上板开有不同大小的 孔， 对应电源开关、 减速电机启动按钮、 减速电机调速旋钮等。 0066 本实施例的具体操作过程如下 : 0067 将直径不同 ( 例如 19mm、 22mm、 25mm) 的钢珠混合放入漏斗 1 内， 钢珠会沿着漏斗 出口滚入轨道 5 内， 此时钢珠是一个挨着一个， 没有间隙的。然后旋开面板盒 14 上的电源 旋钮， 减速电机 6 开始转动， 楔形活塞 3 沿着直线导轨在竖直方向上进行往复运动， 将上一 级轨道中紧挨着的钢珠一个一个间断性地推送入下一级轨道内， 通过旋动减速电机调速旋 钮来调节电机转速， 从而调整。
28、钢珠的间隔时间， 以便激光传感装置 8 进行检测。如果间隔时 间太短， 激光传感装置 8 无法检测， 如果检测时间太长， 会降低整个系统的分拣速度， 所以 要选择一个合适的电机转速。 钢珠被推送出来之后， 经过一个直角轨道， 通过冲击来降低钢 珠的滚动速度， 避免钢珠滚动速度太快， 在经过激光检测阵列时跳动， 影响检测精度。激光 传感装置 8 将信号传送给 51 开发板， 开发板执行相应程序， 对不同大小的钢珠输出不同的 控制指令， 控制步进电机 9 执行相应动作。如果是大球， 步进电机 9 向左旋转 30 度， 带动联 动轨道 11 向左旋转 30 度， 刚好对准分拣门 12 的左侧轨道， 。
29、钢珠沿着该轨道滚动， 落入最远 的收集盒内 ; 如果是中球， 步进电机 9 向右旋转 30 度， 钢珠沿着联动轨道 11 的右侧轨道落 入最近的收集盒内 ; 如果是小球， 步进电机 9 停留在零位， 即中间位置， 钢珠沿着联动轨道 11 的中间轨道落入中间的收集盒内。 0068 本实施例提供的钢珠分拣机器人， 成本低廉、 分拣速度可调、 检测精度较高， 并且 具有很强的可调性:如果改变钢珠的尺寸， 只需改变激光传感装置8的高度， 重新对激光检 测阵列进行排布即可;如果需要检测四种不同大小的钢珠， 只需在薄板上增加一个U型槽， 增加一对激光传感装置即可 ; 如果需要提高系统单位时间的钢珠分拣速度， 只需旋动减速 电机调速旋钮， 增加减速电机转速即可。 0069 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是， 本发明并不局限于上述 特定实施方式， 本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影 响本发明的实质内容。 说 明 书 CN 103506325 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103506325 A 9 2/2 页 10 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103506325 A 10 。