【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能夹具，尤其涉及基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具。
技术介绍
1、在航空飞机的生产制造环节中，由于传统的装配方式需操作工人手持活动部件，进行多次的比试调整，劳动强度大，且装配质量差，装配周期长，成为飞机生产的瓶颈环节。因此，急需针对关键装配环节手段落后、装配效率低、质量一致性差问题，开展相关关键技术的研究，研制机器人等智能专用工艺装备，满足飞机结构装配高质量、高效率的生产需求。用于作业的末端夹具是机器人智能制造中的一个核心部件。
2、机器人末端夹具用来抓取被安装的前风挡玻璃及舱门组件，其中风挡玻璃组件总体重量约20kg,表面形状不规则，弯曲幅度较大；舱门组件总体重量约25kg,表面弯曲幅度较小，现有的末端夹具自适应能力较差，难以准确抓取具有不规则表面的零部件；针对上述的技术缺陷，现提出解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：通过三维视觉相机系统判断目标工件的曲面结构，根据目标工件的曲面曲度调整移动滑台的位置，进而通过电动旋转台调整真空吸附夹具的角度，通过旋转电机带动调节轮盘转动，进一步调整吸盘的俯仰角度，使得吸盘能够与工件的表面适度贴合，实现对复杂的大型曲面工件的抓取。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，包括夹具安装座和三维视觉相机系统，所述夹具安装座通过螺栓与机器人第六关节末端法兰相互连接，所述夹具安装座的底端表面安装有夹具支架，所述夹具支架的外侧表面安装有若干
3、所述三维视觉相机系统包括目标建模单元、夹具标记单元、夹持点核准单元、角度调节单元和吸附控制单元；其中：
4、目标建模单元，利用三维视觉相机扫描被抓取的工件表面，获取目标工件的图像信息，建立目标工件的三维模型，并根据目标工件的三维模型标定夹持点，将夹持点标记为h，其中h为大于1的自然数；
5、夹具标记单元，将夹具安装座下方的若干个真空吸附夹具标记为n，其中n为大于h的自然数；
6、夹持点核准单元，获取夹持点的坐标和真空吸附夹具的分布位置核定工作夹具，将工作夹具标记为n*，根据工作夹具的分布位置制定机器人移动路径，机器人控制夹具支架移动至目标工作上方，使得每一工作夹具对应分布在夹持点上方；
7、角度调节单元，分析夹持点所在曲面的曲度，按目标工件的三维模型计算出各个工作夹具的高度位置、水平旋转角度及俯仰旋转角度数值，向各工作夹具发出调节指令，将工作夹具底部的吸盘调整至与夹持点所在曲面的曲度相互贴合，最大化实现吸盘与曲面曲度一致；
8、吸附控制单元，控制机器人带动夹具支架进一步移动，使得工作夹具底板的吸盘与夹持点相互接触，根据角度调节单元调节后的吸盘角度计算工作夹具的吸盘吸力，控制真空泵通过真空管路对吸盘进行抽真空，使得吸盘完全与目标工件的表面吻合，实现对复杂的大型曲面工件的抓取。
9、进一步的，所述夹具支架包括四个纵向加强杆和两个横向支撑杆，两个所述横向支撑杆相对设置，四个所述纵向加强杆分别连接于两个横向支撑杆的相对侧面，四个所述纵向加强杆的底端表面安装有两个横向梁，夹具支架作为夹具的主要结构支撑部件，夹具支架采用横纵相连的框架型结构设计，支架中部设有4根立式的纵向加强杆，与夹具安装座相连的2根纵向加强杆采用t型结构加固，使支架结构具备足够的刚度，同时夹具支架整体采用铝合金材料制作，同时进行镂空减重设计，保证夹具整体重量尽量轻，以降低机器人所需负载要求。
10、进一步的，所述吸盘调整机构包括垂直调节模块和电动旋转台，所述垂直调节模组安装在夹具支架的外侧表面，所述电动旋转台安装在垂直调节模组的底端表面，所述电动旋转台的底端表面安装有俯仰角度调节模组，所述电动旋转台的型号为y200ra60。
11、进一步的，所述垂直调节模组包括直线导轨和移动滑台，所述直线导轨安装在夹具支架的外侧表面，所述移动滑台活动安装在直线导轨的内壁处，所述直线导轨的外侧表面安装有步进电机。
12、进一步的，所述俯仰角度调节模组包括旋转电机和调节轮盘，所述旋转电机安装在电动旋转台的底端表面，所述调节轮盘安装在旋转电机的输出端外侧表面，所述调节轮盘的外侧表面安装有夹具安装件。
13、进一步的，所述真空吸附夹具包括夹具壳体和吸盘，所述夹具壳体连接于夹具安装件的内部，所述夹具壳体的外侧表面安装有真空泵，所述真空泵的输出端连接有真空管路，所述吸盘安装在夹具壳体的底端表面，所述真空管路的末端表面连接至吸盘的底端表面，所述吸盘的底端表面安装有真空传感器，所述真空管路的内部安装有真空切换阀；
14、其中真空泵用于产生负压力来实现吸附物体，真空管路用于将真空泵产生的负压力传递到吸盘上，真空管路具备足够的密封性和耐压性，以确保负压力的稳定传递，真空管路的材料具备耐腐蚀性和耐磨性，以适应各种工作环境；
15、真空传感器用于监测吸盘的真空状态，以确保吸盘正确吸附物体，真空传感器可以采用压力传感器、压差传感器等类型，以实时监测真空泵和吸盘之间的压力差，真空传感器的输出信号可以用于控制真空泵的启停，以实现吸盘的自动控制；
16、而真空切换阀用于控制吸盘的开关状态，以实现吸附和释放物体，吸盘作为最终与工件接触的部件，通过负压吸附的方式吸附物体；
17、真空管路上还可连接真空过滤器，真空过滤器用于过滤吸入的空气，防止灰尘和杂质进入真空泵和管路，其具备高效的过滤效果和易于清洁、更换的特点，以保证系统的稳定运行；
18、进一步的，建立目标工件的三维模型，并根据目标工件的三维模型标定夹持点的具体方法如下：
19、s1、获取视觉相机拍摄的图像信息，基于图像信息获取目标工件的特征点建立目标工件的三维模型；
20、s2、对目标工件的三维模型进行细节修正，包括三维模型中的曲面曲度，以及曲面与平面之间的平滑衔接，然后对目标工件的三维模型中的各种材料赋予重度值；
21、s3、采用有限元分析方法模拟目标工件的重力作用，根据力矩平衡原理，定位目标工件的重心，以目标工作的重心为圆心，以目标工件重心所在平面为基准平面建立平面坐标系；
22、s4、在平面坐标系上划定荷载区域，荷载区域的数量根据目标工件的面积划定，每一荷载区域的面积大于目标工件面积的四分之一，再次根据力矩平衡原理定位每一荷载区域的重心，将每一荷载区域的重心位置标记为夹持点。
23、进一步的，根据角度调节单元调节后的吸盘角度计算工作夹具的吸盘吸力的具体方法如下：
24、sa、计算吸盘的吸吊力f，其中p为真空度，d为吸盘直径，t为安全率系数；
25、sb、目标工件的重量为w,计算吸吊所需的真空度p,
26、sc、获取真空泵的最大真空度pmax,得到真空率真空系统响应时间曲线获得响应时间tp＝e1t，进而计算平均吸入流量q,其中v为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，包括夹具安装座(1)和三维视觉相机系统，其特征在于，所述夹具安装座(1)通过螺栓与机器人第六关节末端法兰相互连接，所述夹具安装座(1)的底端表面安装有夹具支架(2)，所述夹具支架(2)的外侧表面安装有若干个吸盘(13)调整机构，所述吸盘(13)调整机构的底端表面安装有真空吸附夹具；
2.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述夹具支架(2)包括四个纵向加强杆(201)和两个横向支撑杆(202)，两个所述横向支撑杆(202)相对设置，四个所述纵向加强杆(201)分别连接于两个横向支撑杆(202)的相对侧面，四个所述纵向加强杆(201)的底端表面安装有两个横向梁(203)。
3.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述吸盘(13)调整机构包括垂直调节模块和电动旋转台(3)，所述垂直调节模组安装在夹具支架(2)的外侧表面，所述电动旋转台(3)安装在垂直调节模组的底端表面，所述电动旋转台(3)的底端表面安装有俯仰角度调节模组。
4.
5.根据权利要求3所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述俯仰角度调节模组包括旋转电机(7)和调节轮盘(8)，所述旋转电机(7)安装在电动旋转台(3)的底端表面，所述调节轮盘(8)安装在旋转电机(7)的输出端外侧表面，所述调节轮盘(8)的外侧表面安装有夹具安装件(9)。
6.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述真空吸附夹具包括夹具壳体(10)和吸盘(13)，所述夹具壳体(10)连接于夹具安装件(9)的内部，所述夹具壳体(10)的外侧表面安装有真空泵(11)，所述真空泵(11)的输出端连接有真空管路(12)，所述吸盘(13)安装在夹具壳体(10)的底端表面，所述真空管路(12)的末端表面连接至吸盘(13)的底端表面，所述吸盘(13)的底端表面安装有真空传感器(14)，所述真空管路(12)的内部安装有真空切换阀(15)。
7.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，建立目标工件的三维模型，并根据目标工件的三维模型标定夹持点的具体方法如下：
8.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，根据角度调节单元调节后的吸盘(13)角度计算工作夹具的吸盘(13)吸力的具体方法如下：
...【技术特征摘要】
1.基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，包括夹具安装座(1)和三维视觉相机系统，其特征在于，所述夹具安装座(1)通过螺栓与机器人第六关节末端法兰相互连接，所述夹具安装座(1)的底端表面安装有夹具支架(2)，所述夹具支架(2)的外侧表面安装有若干个吸盘(13)调整机构，所述吸盘(13)调整机构的底端表面安装有真空吸附夹具；
2.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述夹具支架(2)包括四个纵向加强杆(201)和两个横向支撑杆(202)，两个所述横向支撑杆(202)相对设置，四个所述纵向加强杆(201)分别连接于两个横向支撑杆(202)的相对侧面，四个所述纵向加强杆(201)的底端表面安装有两个横向梁(203)。
3.根据权利要求1所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述吸盘(13)调整机构包括垂直调节模块和电动旋转台(3)，所述垂直调节模组安装在夹具支架(2)的外侧表面，所述电动旋转台(3)安装在垂直调节模组的底端表面，所述电动旋转台(3)的底端表面安装有俯仰角度调节模组。
4.根据权利要求3所述的基于三维视觉反馈的机械臂末端智能专用夹具，其特征在于，所述垂直调节模组包括直线导轨(4)和移动滑台(5)，所述直线导轨(4)安装在夹具支架(2)的外侧表面，所述移动滑台(5)活动安装在直线导轨(4)的内壁...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘增康，欧阳中川，荣浩明，龚涛，陈伟，张帆，嵇建成，宗路，孙锐峰，张亮，马敬皓，
申请(专利权)人：深圳职业技术大学，
类型：发明
国别省市：
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