基于腕眼立体视觉的机械臂‑电磁可更换螺钉旋拧系统技术方案

技术编号:13742427 阅读:98 留言:0更新日期:2016-09-23 02:03
本发明专利技术涉及一种基于腕眼立体视觉的机械臂‑电磁可更换螺钉旋拧系统,包含:电磁可更换螺钉旋拧操作器;机械臂系统,其与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器连接设置;腕眼立体视觉系统,其与所述的机械臂系统通过电路连接;所述的腕眼立体视觉系统对螺钉进行识别和测量,并向机械臂系统发送螺钉的位置及姿态信息,引导机械臂系统以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器对螺钉进行逼近和旋拧操作,以更换安装在螺钉平台上的螺钉。本发明专利技术结构简单、使用方便、成本低;实现在空间特殊环境中自主安装、拆卸螺钉的功能;可广泛用于在轨服务、在轨维护或工业领域中的螺钉旋拧操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种螺钉旋拧系统,具体是指一种基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,属于机器人领域。
技术介绍
随着航天科技的发展和人类探索太空的深入,空间机器人和空间机械臂已经越来越多的应用于在轨组装、维护、释放、捕获、回收与科学实验等操作中,大大提高了空间设备的自动化水平和作业效率,减少宇航员太空作业的危险。由于空间和舱外任务日益复杂多样,因此不同的任务需要配备专用的操作器。申请号为CN201220247552.9的名为一种自动打螺钉机的中国技术专利,具体公开了一种旋拧螺丝的自动化设备,与其相类似的还有申请号为CN201320529614.X的名为一种新型自动打螺钉机构的中国技术专利,但上述两种设备的体型均较大,并不方便安装在机械臂末端关节进行螺钉旋拧操作,因此并不满足在轨服务和在轨维护的要求。申请号为CN20082011760.2的名为一种用于打螺钉机构中的磁吸式螺刀头装置的中国技术专利,其体型较小,装置中的磁性件导套用于吸附旋拧下的螺钉,但磁性件具有永磁特性,装置在工作空间内可能对其他可被磁性吸附的设备、部件产生吸附力,进而可能对设备或线路造成损坏。现有技术中,尚未有关于具有腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统的技术公开。因此,目前亟需提出一种具有腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,实现在空间特殊环境中自主识别、测量、旋拧螺钉的操作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,结构简单、使用方便、成本低;实现在空间特殊环境中自主安装、拆卸螺钉的功能;可广泛用于在轨服务、在轨维护或工业领域中的螺钉旋拧操作。为实现上述目的,本专利技术提供一种基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,包含:电磁可更换螺钉旋拧操作器;机械臂系统,其与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器连接设置;腕眼立体视觉系统,其与所述的机械臂系统通过电路连接;所述的腕眼立体视觉系统对螺钉进行识别和测量,并向机械臂系统发送螺钉的位置及姿态信息,引导机械臂系统以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器对螺钉进行逼近和旋拧操作,以更换安装在螺钉平台上的螺钉。本专利技术所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,还包含视景仿真计算机,其分别与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器以及机械臂系统通过电路连接,实时模拟电磁可更换螺钉旋拧操作器和机械臂系统的运动,提供实时仿真画面。所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器包含:适配筒;传动滑杆,其设置在所述的适配筒的孔轴内,可与适配筒保持同步旋转,并可沿适配筒的轴向方向前后滑动;电磁铁组件,其固定设置在所述的传动滑杆内;扳手组件,其与所述的传动滑杆固定连接,通过控制电磁铁组件的通断电,使扳手组件实现对螺钉的吸附、夹持和释放;其中,所述的传动滑杆、电磁铁组件和扳手组件固定连接形成一体,并与所述的适配筒通过孔轴配合形成运动副,在与适配筒保持同步旋转的同时可沿其轴向方向前后滑动,在扳手组件夹持螺钉时,适应螺钉在更换过程中的旋进旋出的直线运动。所述的扳手组件为可拆卸的固定连接在传动滑杆上,根据不同规格的螺钉,更换与其相匹配的扳手组件。所述的电磁铁组件包含:电磁铁骨架,其固定设置在所述的传动滑杆内;电磁铁铁芯,其固定设置在所述的电磁铁骨架内,且与所述的扳手组件固定连接;电磁铁线圈,其绕设在所述的电磁铁铁芯上,且位于所述的电磁铁骨架内,通过控制电磁铁线圈的通断电,使得与电磁铁铁芯固定连接的扳手组件具备磁性,实现其对螺钉的吸附、夹持和释放。所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器还包含:复位弹簧,其支撑设置在所述的传动滑杆与适配筒之间,始终处于压缩状态,跟随传动滑杆的前后滑动而压缩或复位,保持传动滑杆、电磁铁组件和扳手组件在各种操作姿态中处于压紧力平衡状态,实现扳手组件对螺钉的柔性旋拧。所述的机械臂系统包含:机械臂基座;机械臂机构本体,其设置在所述的机械臂基座上,该机械臂机构本体的末端上还连接设置有手腕末端关节以及手腕相邻关节,该手腕末端关节与所述的适配筒相连接;机械臂示教器,其与所述的腕眼立体视觉系统通过电路连接,接收其发送的螺钉的位置及姿态信息;机械臂控制器,其分别与所述的机械臂示教器以及机械臂机构本体通过电路连接,根据机械臂示教器所获得的螺钉的位置及姿态信息,控制机械臂机构本体动作,以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器对螺钉进行逼近和旋拧操作。所述的腕眼立体视觉系统包含:腕眼立体视觉相机工装,其设置在所述的机械臂机构本体的手腕相邻关节上;腕眼立体视觉相机,其设置在所述的腕眼立体视觉相机工装上;镜头,其设置在所述的腕眼立体视觉相机上,且该镜头的对准方向与手腕末端关节的轴线平行;测量计算机,其分别与所述的腕眼立体视觉相机以及机械臂示教器通过电路连接;腕眼立体视觉相机对螺钉的正面进行拍摄,并以螺钉的螺钉头外圆与内六边形轮廓作为特征进行识别;测量计算机测量螺钉的位置和姿态,发送至机械臂示教器,引导机械臂机构本体以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器对螺钉进行逼近和旋拧操作。所述的腕眼立体视觉系统还包含:光源,其设置在所述的腕眼立体视觉相机工装上,且位于所述的镜头的前方。本专利技术所提供的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,采用腕眼立体视觉系统进行螺钉的识别、测量、定位和引导抓取,且与传统相机安装方式不同,腕眼立体视觉相机安装于机械臂机构本体的手腕相邻关节上,从而避免了机械臂机构本体的手腕末端关节带动电磁可更换螺钉旋拧操作器旋转时,腕眼立体视觉相机与其一起旋转的情况;电磁可更换螺钉旋拧操作器采用电磁控制而不是永磁体,解决了螺钉旋拧之后掉落的问题,同时防止永磁对其它设备、部件或导体产生影响;对机械臂机构本体的手腕末端关节采取力位混合控制,从而使得机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统具有良好的自适应和柔顺特性,在满足功能要求的前提下,电磁可更换螺钉旋拧操作器具有结构简单、使用方便、成本低的优点。该系统方便集成扩展,具有一定的推广价值。附图说明图1为本专利技术中的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统的结构示意图;图2为本专利技术中的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统的近景结构示意图;图3为本专利技术中的电磁可更换螺钉旋拧操作器的剖面结构示意图;图4为本专利技术中的电磁可更换螺钉旋拧操作器的电磁铁组件的剖面结构示意图;图5为本专利技术中的由腕眼立体视觉系统所识别的螺钉的示意图。具体实施方式以下结合图1~图5,详细说明本专利技术的一个优选实施例。如图1和图2所示,为本专利技术提供的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,包含:电磁可更换螺钉旋拧操作器1;机械臂系统2,其与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器1连接设置;腕眼立体视觉系统3,其与所述的机械臂系统2通过电路连接;所述的腕眼立体视觉系统3对螺钉5进行识别和测量,并向机械臂系统2发送螺钉5的位置及姿态信息,引导机械臂系统2以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器1对螺钉5进行逼近和旋拧操作,以更换安装在螺钉平台6上的螺钉5。本专利技术所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,还包含视景仿真计算机4,其分别与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器1以及机械臂系统2通过电路连接,用于实时模拟电磁可更换螺钉旋拧操作器1和机械臂系统本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种基于腕眼立体视觉的机械臂‑电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,包含:电磁可更换螺钉旋拧操作器(1);机械臂系统(2),其与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)连接设置;腕眼立体视觉系统(3),其与所述的机械臂系统(2)通过电路连接;所述的腕眼立体视觉系统(3)对螺钉(5)进行识别和测量,并向机械臂系统(2)发送螺钉(5)的位置及姿态信息,引导机械臂系统(2)以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)对螺钉(5)进行逼近和旋拧操作,以更换安装在螺钉平台(6)上的螺钉(5)。

【技术特征摘要】
1.一种基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,包含:电磁可更换螺钉旋拧操作器(1);机械臂系统(2),其与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)连接设置;腕眼立体视觉系统(3),其与所述的机械臂系统(2)通过电路连接;所述的腕眼立体视觉系统(3)对螺钉(5)进行识别和测量,并向机械臂系统(2)发送螺钉(5)的位置及姿态信息,引导机械臂系统(2)以带动电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)对螺钉(5)进行逼近和旋拧操作,以更换安装在螺钉平台(6)上的螺钉(5)。2.如权利要求1所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,还包含:视景仿真计算机(4),其分别与所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)以及机械臂系统(2)通过电路连接,实时模拟电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)和机械臂系统(2)的运动,提供实时仿真画面。3.如权利要求1所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,所述的电磁可更换螺钉旋拧操作器(1)包含:适配筒(11);传动滑杆(12),其设置在所述的适配筒(11)的孔轴内,可与适配筒(11)保持同步旋转,并可沿适配筒(11)的轴向方向前后滑动;电磁铁组件(13),其固定设置在所述的传动滑杆(12)内;扳手组件(15),其与所述的传动滑杆(12)固定连接,通过控制电磁铁组件(13)的通断电,使扳手组件(15)实现对螺钉(5)的吸附、夹持和释放;其中,所述的传动滑杆(12)、电磁铁组件(13)和扳手组件(15)固定连接形成一体,并与所述的适配筒(11)通过孔轴配合形成运动副,在与适配筒(11)保持同步旋转的同时可沿其轴向方向前后滑动,在扳手组件(15)夹持螺钉(5)时,适应螺钉(5)在更换过程中的旋进旋出的直线运动。4.如权利要求3所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,所述的扳手组件(15)为可拆卸的固定连接在传动滑杆(12)上,根据不同规格的螺钉(5),更换与其相匹配的扳手组件(15)。5.如权利要求3所述的基于腕眼立体视觉的机械臂-电磁可更换螺钉旋拧系统,其特征在于,所述的电磁铁组件(13)包含:电磁铁骨架(131),其固定设置在所述的传动滑杆(12)内;电磁铁铁芯(133),其固定设置在所述的电磁铁骨架(131)内,且与所述的扳手组件(15)固定连接;电磁铁线圈(132),其绕设在所述的电磁铁铁芯(133)上,且位于所述的电磁铁骨架(131)内,通过控制电磁铁线圈(132)的通断电,使得与电磁铁铁芯(133)固定连接的扳手...

【专利技术属性】
技术研发人员:侯月阳卢山王奉文田路路于学文田少雄
申请(专利权)人:上海航天控制技术研究所
类型:发明
国别省市:上海;31

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