基于动梁式龙门机器人的车厢检测系统

2019-09-20

装备机械 2019年3期

杭州娃哈哈集团有限公司研究院杭州 310009

1 设计背景

随着各行各业自动化程度的提高,货物自动装车系统的需求越来越大。在自动装车系统中,车辆检测是一个关键问题[1-5]。目前,车辆检测多采用视觉方法,但是存在识别准确性不高及成本较高的问题。针对以上问题,笔者设计了基于动梁式龙门机器人的车厢检测系统[6-10]。

2 系统结构

应用笔者设计的基于动梁式龙门机器人的车厢检测系统,在现有机器人抓手上安装行程可读气缸,便可以实现对车厢的检测,而不需要增加其它检测设备,进而降低成本,提高效率。检测系统中的动梁式龙门机器人如图1所示,其负载为300 kg,X轴行程为4 300 mm,Y轴行程为2 200 mm,Z轴行程为1 850 mm。在机器人抓手上安装四个行程可读气缸,用于车厢检测。具体位置为抓手前部两个、侧边一个、底部一个,如图2所示。1号气缸用于检测车厢底部信息,2号、3号气缸用于检测车厢前部信息,4号气缸用于检测车厢侧边信息。

采用西门子Simotion d435运动控制器,所有气缸数据接入SMC30模块。SMC30模块通过DRIVE_CLiQ总线与Simotion控制器传递实时数据。检测系统控制架构如图3所示。这一系统可以通过行程可读气缸检测车厢内部尺寸与斜度,然后根据码垛规则自动计算出所有码垛点参数,进行自动装车。

图1 动梁式龙门机器人

图2 行程可读气缸安装位置

图3 检测系统控制架构

3 检测方法

在进行检测前,规定车厢形状必须规则,且车辆停在指定区域内,确保抓手能顺利进入车厢。抓手进入车厢后的俯视平面图如图4所示。在自动检测时,四个气缸全部伸出,设定抓手中心点初始坐标为(x1,y1,z1,w1),默认初始角度为w1,使抓手朝向与Y轴方向平行。行程可读气缸的测量值存储于寄存器中,规定底部1号气缸读数为e0,前部2号、3号气缸读数分别为e1和e2,侧部4号气缸读数为e3。

图4 抓手进入车厢后俯视平面图

先进行车厢Z轴方向检测。机器人在Z轴方向慢慢下降,当底部1号气缸读数发生变化到预设值后停止,此时抓手中心点坐标变为(x1,y1,z2,w1),车厢Z轴方向坐标Carz=z2-e0。

然后进行车厢倾斜角度检测。机器人向Y轴方向前进,当前部2号、3号气缸读数发生变化降至预设值后停止,此时抓手中心坐标变为(x1,y2,z2,w1),车厢倾斜角度θ=arctan[(e2-e1)/b],b为2号、3号气缸之间的距离。车厢倾斜角度检测如图5所示。

再进行车厢Y轴方向检测。将机器人抓手旋转至与车厢平行,此时抓手中心坐标变为(x1,y2,z2,w2),其中抓手角度w2=w1+θ。设置临时变量Disy,令其为(e2+e1)/2,可推导得车厢Y轴方向坐标Cary=Disycosθ+y2。

最后进行车厢X轴方向检测。使机器人沿着倾斜角度θ向X轴正方向运动,当4号气缸读数变化降至预设值后停止,此时抓手中心坐标变为(x2,y3,z2,w2)。设置临时变量Disx,令其为e3cosθ,

图5 车厢倾斜角度检测

可推导得车厢X轴方向坐标Carx=e3cosθ+x2。车厢X轴、Y轴方向检测如图6所示。

图6 车厢X轴、Y轴方向检测

由以上检测步骤可得车厢右顶角,即码垛第一点的坐标。码垛第一点X轴方向坐标Layx=Carx=e3cosθ+x2,Y轴方向坐标Layy=Cary+(x2-x1)tanθ,Z轴方向坐标Layz=Carz,旋转轴方向坐标Layw=w2。码垛第一点如图7所示。

根据码垛第一点坐标及产品长、宽、高与码垛规则,即可生成车厢内码垛所有点的位置坐标。

4 检测结果

应用所设计的检测系统对车厢进行多次检测,其中两次检测结果分别见表1、表2。

图7 码垛第一点

坐标或变量检测结果(x1,y1,z1,w1)/[mm,mm,mm,(°)](1 200,500,600,0)(x1,y1,z2,w1)/[mm,mm,mm,(°)](1 200,500,120,0)(x1,y2,z2,w1)/[mm,mm,mm,(°)](1 200,825,120,0)(x1,y2,z2,w2)/[mm,mm,mm,(°)](1 200,825,120,-2.29)(x2,y3,z2,w2)/[mm,mm,mm,(°)](1 300,821,120,-2.29)e0/mm42e1/mm42e2/mm38e3/mm43θ/(°)-2.29Disx/mm42.97Disy/mm40Carx/mm1 342.97Cary/mm865Carz/mm78Layx/mm1 342.97Layy/mm861Layz/mm42Layw/(°)-2.29