一种基于深度相机的机械臂定位装置的制作方法

1.本发明涉及机械加工技术领域，具体为一种基于深度相机的机械臂定位装置。


背景技术：

2.机械臂是指高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用，深度相机又称之为3d相机，顾名思义，就是通过该相机能检测出拍摄空间的景深距离，这也是与普通摄像头最大的区别。普通的彩色相机拍摄到的图片能看到相机视角内的所有物体并记录下来，但是其所记录的数据不包含这些物体距离相机的距离。
3.通过将深度相机安装在机械臂上，使得机械臂在加工过程中可以识别到加工物品的距离，从而使机械臂加工更加精确，但现有的机械臂定位装置中的深度相机大多数直接安装在机械臂上，导致深度相机的测算范围随着机械臂运行而改变，进一步造成深度相机测算范围内具有盲区，数据不准，并且机械臂运行过程中会产生震动，使得深度相机测算具有误差上，为此，我们提出一种基于深度相机的机械臂定位装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于深度相机的机械臂定位装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于深度相机的多轴机械臂定位装置，包括底座；
6.安装在所述底座表面上的多轴机械臂，所述多轴机械臂用于固定深度相机并可多角度转动；
7.设在所述底座的表面的加工台，所述加工台整体呈环形状，且该加工台安装在多轴机械臂的外侧，并用来放置加工物品；
8.安装在所述多轴机械臂外侧的安装架，所述安装架的一侧端面上装配有安装板；
9.所述安装板表面安装有深度相机识别机构，所述深度相机识别机构设有两组并且对称分布在安装板的一侧；
10.所述多轴机械臂位于安装板上安装的两组深度相机识别机构之间。
11.优选的，所述多轴机械臂的臂轴设有六根，并顺次铰接在底座上。
12.优选的，可拆卸安装在所述多轴机械臂上的加工头；
13.所述加工头安装在多轴机械臂的末端臂轴上，并且用来对工件的外端进行加工。
14.优选的，所述加工头的表面安装有位置感应器。
15.优选的，所述加工台的表面设置有线性等距离分布的刻度尺槽，所述加工台表面的刻度尺槽设置为横纵双方向。
16.优选的，所述深度相机识别机构包括安装在安装板上的控制电机，所述控制电机的输出轴和安装在安装板上的丝杆传动连接，所述安装板上位于丝杆的两侧均安装有限位
杆，所述丝杆和限位杆上安装有能够滑动的滑台，所述滑台的表面安装有侧边深度相机，所述滑台的表面安装有感应控制器，所述控制电机采用伺服电机。
17.优选的，所述滑台表面安装的侧边深度相机设置为三组呈等距离分布。
18.优选的，所述深度相机识别机构还包括安装在安装板顶端表面且位于多轴机械臂上方的顶部深度相机，所述顶部深度相机位于加工台的上方中心位置。
19.优选的，所述深度相机识别机构内设置有控制系统，所述控制系统的工作步骤如下：
20.步骤一：顶部深度相机识别待加工的物品的(x,y)坐标数据；
21.步骤二：侧边深度相机识别待加工的物品的(z)坐标数据；
22.步骤三：对待加工的物品的(x,y,z)坐标数据进行汇总并读取；
23.步骤四：多轴机械臂控制加工头上的位置感应器移动到顶部深度相机识别待加工的物品的(x,y)坐标附近处；
24.步骤五：多轴机械臂控制加工头上的位置感应器移动到侧边深度相机识别待加工的物品的(z)坐标水平处；
25.步骤六：通过侧边深度相机和顶部深度相机对位置感应器的(x,y,z)坐标数据进行再次读取，使得位置感应器的(x,y,z)坐标数据和待加工的物品表面的任意点(x,y,z)坐标数据进行重合；
26.步骤七：多轴机械臂控制加工头进行加工；
27.步骤八：深度相机识别机构实时矫正加工头的坐标数据。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1、本方案通过将机械臂和深度相机识别机构独立安装，使得深度相机识别机构在外部对机械臂的空间位置进行定位控制，相较于将深度相机直接安装在机械臂上进行定位，具有更广泛的视野范围，同时不会因为机械臂的自身运行造成深度相机识别有误差，并且控制更加精确；
30.2、本装置通过将机械臂上设置有位置感应器，通过深度相机识别机构可以对位置感应器所在空间位置的任意坐标(x,y,z)的数据进行精确计算，从而实现对机械臂的精确控制，同时深度相机识别机构上安装有三组侧边深度相机，通过三组侧边深度相机计算的数据进行核对校准，从而使得深度相机识别机构对机械臂的定位控制更加精确；
31.3、本装置通过设置两组深度相机识别机构，使得两组深度相机识别机构在对机械臂的空间位置进行定位校准的同时，可以相互校对数据，并且两组深度相机识别机构的覆盖范围更大，使得深度相机识别机构的测算数据不会因为机械臂的运行产生盲区，造成定位误差。
附图说明
32.图1为本发明结构正视示意图；
33.图2为本发明结构侧视示意图；
34.图3为本发明结构俯视示意图；
35.图4为本发明结构正视平面示意图；
36.图5为本发明结构侧视平面示意图；
37.图6为本发明机械臂和加工台结构示意图；
38.图7为本发明坐标计算结构示意图。
39.图中：1、多轴机械臂；101、机械臂一轴；102、机械臂二轴；103、机械臂三轴；104、机械臂四轴；105、机械臂五轴；106、机械臂六轴；107、加工头；108、位置感应器；2、底座；3、加工台；4、安装架；5、安装板；6、深度相机识别机构；601、控制电机；602、丝杆；603、限位杆；604、滑台；605、侧边深度相机；606、感应控制器；607、顶部深度相机。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.实施例一
42.请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：
43.一种基于深度相机的机械臂定位装置，本装置通过将多轴机械臂1安装在底座2上，同时底座2表面位于多轴机械臂1的外侧安装有加工台3，通过多轴机械臂1运行可以对加工台3上放置的物品进行加工；
44.本方案中的多轴机械臂1采用六轴机械臂，图示也是六轴机械臂，但多轴机械臂1所采用的型号并不局限于六轴机械臂，也可替代为其他的机械臂；
45.底座2的外侧安装有安装架4，安装架4的表面安装有安装板5，安装架4采用钢结构拼接而成，可使用钢材生产后运输到使用点，进行现场拼装，极大的简便了使用方式；
46.安装板5采用焊接的方式安装在安装架4上，使得安装架4和安装板5为一体结构，进而保证整体结构的稳定性和安全性，并且安装架4和安装板5之间安装有加强筋，使得深度相机识别机构6安装更加稳定，提供牢固的支撑基础外，也保证了运行安全；
47.安装板5上安装有深度相机识别机构6，通过深度相机识别机构6可以对多轴机械臂1的运行进行定位，深度相机识别机构6可以对多轴机械臂1在施工空间内任意移动的位置进行定位，进一步使反馈的数据和多轴机械臂1进行重新矫正，从而控制多轴机械臂1的精确控制，实现高精度加工；
48.深度相机识别机构6内置控制系统，控制系统的工作步骤如下：
49.步骤一：顶部深度相机识别待加工的物品的(x,y)坐标数据；
50.步骤二：侧边深度相机识别待加工的物品的(z)坐标数据；
51.步骤三：对待加工的物品的(x,y,z)坐标数据进行汇总并读取；
52.步骤四：机械臂控制加工头上的位置感应器移动到顶部深度相机识别待加工的物品的(x,y)坐标附近处；
53.步骤五：机械臂控制加工头上的位置感应器移动到侧边深度相机识别待加工的物品的(z)坐标水平处；
54.步骤六：通过侧边深度相机和顶部深度相机对位置感应器的(x,y,z)坐标数据进行再次读取，使得位置感应器的(x,y,z)坐标数据和待加工的物品表面的任意点(x,y,z)坐标数据进行重合；
55.步骤七：机械臂控制加工头进行加工；
56.步骤八：深度相机识别机构实时矫正加工头的坐标数据。
57.实施例二
58.请参阅图1-7，在实施例一的基础上，本发明提供一种技术方案：
59.一种基于深度相机的机械臂定位装置，多轴机械臂1包括安装在底座2上的机械臂一轴101,机械臂一轴101上安装有机械臂二轴102，机械臂二轴102远离机械臂三轴103的一端安装有机械臂三轴103，机械臂三轴103上安装有机械臂四轴104，机械臂四轴104上安装有机械臂五轴105，机械臂五轴105上安装有机械臂六轴106，通过机械臂一轴101、机械臂二轴102、机械臂三轴103、机械臂四轴104、机械臂五轴105和机械臂六轴106组成一个六轴的机械臂，使得多轴机械臂1在底座2上的整体工作范围变大，并且多轴机械臂1的运行坐标可以是任意点的(x,y,z)；
60.同时机械臂六轴106上安装有加工头107，加工头107可替换为多种加工工具，例如用于开孔的钻机、焊接用的焊枪等，使得多轴机械臂1的适用范围更大；
61.加工头107的表面安装有位置感应器108，通过位置感应器108的设置，使得深度相机识别机构6可以快速识别多轴机械臂1在运行后，位置感应器108所在的空间位置坐标点(x,y,z)的数据。
62.实施例三
63.请参阅图1-7，在实施例一和实施例二的基础上，本发明提供一种技术方案：
64.一种基于深度相机的机械臂定位装置，加工台3设置为环形安装在多轴机械臂1的表面，使得多轴机械臂1进行任意空间的位置移动后，都可以对加工台3表面任意位置放置的物品进行加工；
65.同时加工台3的表面设置有线性等距离分布的刻度尺槽，并且刻度尺槽设置为横纵双方向，使得深度相机识别机构6可以对多轴机械臂1运行过程中，位置感应器108所在的(x,y)坐标数据进行识别；
66.深度相机识别机构6包括安装在安装板5上的丝杆602和限位杆603，丝杆602位于安装板5的中心位置，同时限位杆603设置为两组呈对称分布在丝杆602的表面，而丝杆602和两组限位杆603的表面安装有可以上下滑动的滑台604，同时安装板5的表面还安装有控制电机601，控制电机601的输出轴和丝杆602传动连接，使得控制电机601运行后可以驱动丝杆602在滑台604内转动，进一步使得滑台604在限位杆603的限制作用下，可以在丝杆602的表面滑动；
67.通过控制电机601设置为伺服电机，使得丝杆602可以正反双向转动，进一步控制滑台604可以上下往复滑动；
68.滑台604的表面安装有感应控制器606，通过感应控制器606可以和位置感应器108相感应，从而对加工头107当前位置的高度进行识别；
69.滑台604的表面安装有三组侧边深度相机605，通过三组侧边深度相机605可以对多轴机械臂1所在的空间位置进行识别，也可对代加工的物品空间位置进行识别，使得深度相机识别机构6对多轴机械臂1可以进行精确的定位控制，从而实现多轴机械臂1对带加工物品的精确加工；
70.深度相机识别机构6还包括安装在安装板5顶端的顶部深度相机607，通过顶部深
度相机607可以对加工台3表面的横纵双向刻度尺槽进行识别，从而对加工台3表面的(x,y)坐标进行数据读取；
71.当带加工的物品放置在加工台3表面后，通过顶部深度相机607识别代加工物品在加工台3表面的(x,y)坐标，再通过开启控制电机601运行，使得控制电机601驱动滑台604从初始位置开始运行，使得滑台604沿着垂直的方向上下滑动，侧边深度相机605在上下滑动过程中会识别到加工台3表面放置的代加工物品的高度，从而对代加工物品的坐标数据(x,y,z)进行读取；
72.此时控制多轴机械臂1移动到大概位置，再通过丝杆602驱动滑台604上下滑动，使得滑台604上安装的感应控制器606感应到位置感应器108，感应控制器606内安装的控制器便发送停止运行信号给丝杆602，使得滑台604上安装的侧边深度相机605和位置感应器108保持水平，此时位置感应器108所在的高度坐标z被测出，再通过顶部深度相机607对位置感应器108所在的(x,y)坐标进行定位，使得位置感应器108的坐标数据(x,y,z)和代加工物品的坐标数据(x,y,z)进行重合，进一步使得加工头107可以对代加工物品进行加工；
73.通过滑台604上安装的三组侧边深度相机605均可对位置感应器108的直线距离进行测距，用于位置感应器108所在的(x,y)坐标确定，而三组侧边深度相机605的间距确定，三组侧边深度相机605和顶部深度相机607间的夹角数据也确定，在任意
△
abc中,a2＝b2+c
2-2bc
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cosa，由此通过三组侧边深度相机605对位置感应器108的数据进行三次测算后并校准，使得位置感应器108的空间定位更加精确；
74.如图7所示，通过两组侧边深度相机605可以测算出位置感应器108的x、z的数据，通过顶部深度相机607可以测算出位置感应器108的y的数据，当x、y、z已知，可求n、m，进一步通过、y、z、n、m数据已知，可以求出角a、b、c、d的数据，从而使位置感应器108的空间位置定位更加精确；
75.但当位置感应器108的坐标数据(x,y,z)和代加工物品的坐标数据(x,y,z)进行重合后，加工头107和代加工物品必然发生碰撞，此时通过两组深度相机识别机构6的设置，使得两组深度相机识别机构6对多轴机械臂1空间定位进行测算并矫正后，可以避免多轴机械臂1和代加工物品的碰撞；
76.本装置通过深度相机识别机构6在外部对多轴机械臂1的空间位置进行定位控制，避免将深度相机直接安装在多轴机械臂1上进行定位，具有更广泛的视野范围，同时不会因为机械臂的自身运行造成深度相机识别有误差，并且控制更加精确.
77.综上，本实施例提供一种基于深度相机的机械臂定位装置，包括底座；
78.底座的表面安装有用于加工的机械臂；
79.底座的表面安装有加工台，加工台设置为环形结构安装在机械臂的外侧用于放置加工物品；
80.机械臂的外侧安装有安装架，安装架的表面安装有安装板；
81.安装板表面安装有深度相机识别机构，深度相机识别机构设置为两组呈对称安装在安装板上；
82.机械臂位于安装板上安装的两组深度相机识别机构之间；
83.本方案通过将机械臂和深度相机识别机构独立安装，使得深度相机识别机构在外部对机械臂的空间位置进行定位控制，相较于将深度相机直接安装在机械臂上进行定位，
具有更广泛的视野范围，同时不会因为机械臂的自身运行造成深度相机识别有误差，并且控制更加精确；
84.本装置通过将机械臂上设置有位置感应器，通过深度相机识别机构可以对位置感应器所在空间位置的任意坐标(x,y,z)的数据进行精确计算，从而实现对机械臂的精确控制，同时深度相机识别机构上安装有三组侧边深度相机，通过三组侧边深度相机计算的数据进行核对校准，从而使得深度相机识别机构对机械臂的定位控制更加精确；
85.本装置通过设置两组深度相机识别机构，使得两组深度相机识别机构在对机械臂的空间位置进行定位校准的同时，可以相互校对数据，并且两组深度相机识别机构的覆盖范围更大，使得深度相机识别机构的测算数据不会因为机械臂的运行产生盲区，造成定位误差。
86.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
87.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。