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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 墻體材料生產(chǎn)線卸堆機(jī)器人
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 墻體材料生產(chǎn)線卸堆機(jī)器人在成品材料卸載方面提出解決方案，綜合視覺伺服技術(shù)、自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)和嵌入式處理技術(shù)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化功能的墻體材料生產(chǎn)線卸堆裝備。該作品與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，提高墻材生產(chǎn)效率，解決實(shí)際生產(chǎn)中耗費(fèi)大量勞動(dòng)力和時(shí)間的問題，大大提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
- 詳細(xì)介紹：
- 貫徹落實(shí)墻體材料革新“十五”規(guī)化并結(jié)合四川“抗震救災(zāi)，重建家園”，新型墻體材料的生產(chǎn)和使用，得到迅猛發(fā)展，發(fā)揮了巨大作用。墻體材料生產(chǎn)工藝和裝備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化，墻體材料生產(chǎn)線卸堆機(jī)器人在成品材料卸載方面提出解決方案，綜合視覺伺服技術(shù)、自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)和嵌入式處理技術(shù)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的機(jī)電一體化功能的墻體材料生產(chǎn)線卸堆裝備。機(jī)器人控制屬于視覺伺服控制系統(tǒng)，研發(fā)適用于墻材生產(chǎn)線的專用視覺傳感器，可自動(dòng)定位墻材的位置并控制機(jī)器人抓取磚塊放到指定位置，單次操作過(guò)程時(shí)間小于20秒，在技術(shù)方面，運(yùn)用視覺伺服技術(shù)、無(wú)需示教、有自我感知能力，是一類可進(jìn)行規(guī)?；鳂I(yè)的先進(jìn)機(jī)器人。該作品與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，提高墻材生產(chǎn)效率，解決實(shí)際生產(chǎn)中耗費(fèi)大量勞動(dòng)力和時(shí)間的問題，大大提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本作品的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括： 1.該作品研究開發(fā)了墻材生產(chǎn)線專用視覺傳感器，采用130萬(wàn)像素CMOS圖形芯片、ARM控制器、圖形接口與高速通信接口，構(gòu)成前端專用圖像功能一體機(jī)，提供非接觸方式的實(shí)時(shí)在線定位，并向控制器提供機(jī)器人工作的相關(guān)信息,從而使機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)地調(diào)整其位姿,實(shí)現(xiàn)精確的跟蹤或定位,實(shí)現(xiàn)了墻體材料定位、抓手入侵、旋轉(zhuǎn)送料、指定位卸堆等工作，能夠自主地適應(yīng)環(huán)境，無(wú)需示教。 2.研究設(shè)計(jì)了作用磚堆識(shí)別的激光光柵模塊，實(shí)現(xiàn)了在不預(yù)先標(biāo)定攝像機(jī)和機(jī)器人參數(shù)的情況下，直接通過(guò)圖像進(jìn)行機(jī)器人伺服控制，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。對(duì)非標(biāo)定視覺伺服中的目標(biāo)特征點(diǎn)的提取方法進(jìn)行了研究。采用了區(qū)域顏色和邊緣信息相融合的方法，對(duì)圖像進(jìn)行較為穩(wěn)定的分割和邊緣檢測(cè)，不需要人為的設(shè)定系數(shù)和參數(shù)。 3.研究開發(fā)了適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的嵌入式控制系統(tǒng)，使用高性能ARM+DSP的多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)微處理器控制電機(jī)，為圖像的快速處理提供硬件基礎(chǔ)，并能準(zhǔn)確控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)；裝配各種傳感器，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；圖像處理單元還將搭配以太網(wǎng)接口，便于檢測(cè)墻材和數(shù)據(jù)傳輸、共享與協(xié)調(diào)控制；所有的運(yùn)動(dòng)過(guò)程通過(guò)10寸帶觸摸的液晶屏實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)上，供遠(yuǎn)程監(jiān)控所用。 4、設(shè)計(jì)了合理的機(jī)器人結(jié)構(gòu)，采用優(yōu)化后的四連桿機(jī)構(gòu)為機(jī)器人手臂，水平控制電機(jī)和垂直控制電機(jī)與腰部機(jī)座鉸鏈鏈接，結(jié)合夾持器部分，利用視覺伺服機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械夾持器部分近似垂直升降、水平伸縮和腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1.使用具有130萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器作為墻體材料采集單元，結(jié)合ARM開發(fā)出適合墻體材料的專用視覺圖像傳感器，保證在合適的視野和景深范圍內(nèi)對(duì)墻材空間坐標(biāo)的檢測(cè)。 2.該作品具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的圖像識(shí)別、分割、提取等處理算法以及相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)。采用激光光柵，在不預(yù)先標(biāo)定攝像機(jī)和機(jī)器人參數(shù)的情況下，直接通過(guò)圖像進(jìn)行機(jī)器人伺服控制，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。獨(dú)立運(yùn)行，可靠性高。 3.使用高性能的嵌入式處理器作為圖像處理單元，并配套存儲(chǔ)器，為圖像的快速處理提供硬件基礎(chǔ)，便于檢測(cè)墻體材料和數(shù)據(jù)傳輸、共享與協(xié)調(diào)控制。并設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)模式。使用高數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度的DSP控制器，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃、插補(bǔ)計(jì)算、伺服控制等，不斷讀取各軸編碼器的脈沖量，計(jì)算機(jī)械手的現(xiàn)行位置。 4.設(shè)計(jì)了優(yōu)化的四連桿機(jī)構(gòu)和平衡桿為機(jī)器人本體，運(yùn)行穩(wěn)定且能夠承受高負(fù)重，其速度和效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工人。搬運(yùn)能力能達(dá)到120次/min,整個(gè)系統(tǒng)可靠性高，可保證在20s內(nèi)完成一次搬運(yùn)機(jī)械動(dòng)作，使用壽命可達(dá)500萬(wàn)次以上。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品作為墻體材料生產(chǎn)線卸堆機(jī)器人樣機(jī)在資陽(yáng)市精工磚機(jī)廠進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)展示。由該工廠組織5名教授、高級(jí)工程師對(duì)其技術(shù)及性能進(jìn)行了鑒定評(píng)審，評(píng)審得出該機(jī)器人及視覺伺服控制技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，裝備設(shè)計(jì)合理，適于在現(xiàn)代新型墻體材料生產(chǎn)線應(yīng)用的結(jié)論。該廠準(zhǔn)備引進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)作為裝備生產(chǎn)的重點(diǎn)技術(shù)。
作品所處階段
- 樣品已經(jīng)制作完成，正在進(jìn)行廠校聯(lián)合開發(fā)實(shí)際裝備
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物，樣品，現(xiàn)場(chǎng)演示，視頻
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 我國(guó)大力發(fā)展新型墻體材料，限制粘土磚的生產(chǎn)和使用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、節(jié)土、利廢、多功能等特點(diǎn)，是國(guó)家強(qiáng)力推行的墻材革新工作，已經(jīng)取得很大成效。擁有9000個(gè)制磚企業(yè)年產(chǎn)量約7900億塊標(biāo)磚，裝卸以人工操作為主；而該卸堆機(jī)器人作為一種成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，樣機(jī)完成并展示，提出卸堆方案，對(duì)墻體材料生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低勞動(dòng)成本、提高生產(chǎn)速率、提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平起到了顯著的作用，帶來(lái)直接的市場(chǎng)效益。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用和需求越來(lái)越強(qiáng)烈，按照我國(guó)現(xiàn)在的產(chǎn)磚數(shù)量，全國(guó)對(duì)該墻體材料生產(chǎn)線卸堆機(jī)器人的需求量約1.2萬(wàn)臺(tái)，可帶來(lái)上百億的產(chǎn)值，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。
同類課題研究水平概述
- (1)墻體材料生產(chǎn)線卸堆現(xiàn)狀 新型墻體材料具有節(jié)能、節(jié)土、利廢、多功能等特點(diǎn)，有利于環(huán)境保護(hù)，符合可持續(xù)發(fā)展要求，能大幅度改善建筑功能。我國(guó)強(qiáng)力推行的墻材革新，大力發(fā)展墻材生成線。國(guó)內(nèi)墻材生產(chǎn)設(shè)備的落后，嚴(yán)重制約了墻材的生產(chǎn)，低生產(chǎn)率的同時(shí)，往往還伴隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的高耗能和高污染。特別是在成品磚卸載方面，仍然是傳統(tǒng)的人工手動(dòng)操作方式，從隧道窯出來(lái)的成品材料是分層橫豎交叉堆放在窯車上，用程控機(jī)器人難以卸載窯車上的磚堆。用人工卸載窯車上的磚堆，不僅操作環(huán)境差，工作強(qiáng)度大，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代墻材生產(chǎn)線的產(chǎn)量與質(zhì)量的要求。 根據(jù)20世紀(jì)90年代的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，美國(guó)在磚坯和成品磚的處理設(shè)備方而既有自動(dòng)操作方式，也有手動(dòng)操作方式。碼坯設(shè)備自動(dòng)操作方式有122臺(tái)套，手動(dòng)操作方式有52臺(tái)套;卸磚設(shè)備自動(dòng)操作方式有54臺(tái)套，手動(dòng)操作方式有118臺(tái)套?？梢娫诔善反u卸載方而手動(dòng)操作方式多于自動(dòng)操作方式。 (2)視覺伺服控制現(xiàn)狀 機(jī)器人視覺伺服控制主要應(yīng)用于三大領(lǐng)域:第一是用帶有視覺的機(jī)器人進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn),代替人的目檢。 第二是在機(jī)器人進(jìn)行裝配、搬運(yùn),焊接等工作時(shí),用視覺系統(tǒng)對(duì)需加工的零、部件進(jìn)行識(shí)別,并確定它在空間的位置和方向,引導(dǎo)機(jī)器人的手準(zhǔn)確地定位在所需加工的零件上,完成焊接、分類、搬運(yùn)和裝配任務(wù);第三是為移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行導(dǎo)航。利用視覺系統(tǒng)為移動(dòng)機(jī)器人提供它所在環(huán)境的外部信息,使機(jī)器人能自主地規(guī)劃它的行進(jìn)路線,回避障礙物,安全到達(dá)目的地,完成指令。 在國(guó)外,機(jī)器人視覺的應(yīng)用普及主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體及電子行業(yè),其中大概40%-50%都集中在半導(dǎo)體行業(yè)。具體如PCB印刷電路生產(chǎn)中、絲網(wǎng)印刷設(shè)備中等。機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)的各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用。 在我國(guó),機(jī)器人視覺產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用還較慢,并且多是一些低端方面的應(yīng)用。目前在我國(guó)隨著配套設(shè)施的完善,技術(shù)、資金的積累,各行各業(yè)對(duì)采用圖像和機(jī)器視覺技術(shù)的工業(yè)自動(dòng)化、智能化需求開始出現(xiàn),國(guó)內(nèi)有關(guān)大專院校、研究所和企業(yè)近兩年在圖像和視覺技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了積極探索和大膽的嘗試,逐步開始了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。這些應(yīng)用現(xiàn)在主要集中于制藥、藥品檢測(cè)分裝,印刷、印刷色彩檢測(cè),礦泉水瓶蓋監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。在其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用空間也很大,有著良好的發(fā)展趨勢(shì)。
