[發(fā)明專利]一種多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)的工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110498477.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113264212B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊留群;李顯雙;董興濤;潘虎;吳杰;陳煒;鄧劍楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 濟(jì)客筑科技（太倉）有限公司
• 主分類號(hào): B65B13/18
• 分類號(hào): B65B13/18;B65B27/10;B65B57/14
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32267
• 代理人: 李玉婷

1.一種多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：

多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)包括視覺識(shí)別相機(jī)(801)、視覺定位相機(jī)(802)、多軸捆扎機(jī)器人(803)和控制系統(tǒng)，所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)和視覺定位相機(jī)(802)設(shè)置在桁架或者多軸捆扎機(jī)器人(803)上，所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)、視覺定位相機(jī)(802)和多軸捆扎機(jī)器人(803)均與控制系統(tǒng)連接；

所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)獲取所需捆扎鋼筋網(wǎng)片全局?jǐn)?shù)據(jù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的圖像處理模塊生成捆扎節(jié)點(diǎn)工藝文檔，控制系統(tǒng)再經(jīng)過路徑規(guī)劃模塊規(guī)劃捆扎路徑，即識(shí)別二維坐標(biāo)，也就是XY坐標(biāo)，形成橫縱鋼筋網(wǎng)片的十字交叉點(diǎn)數(shù)據(jù)；

所述視覺定位相機(jī)(802)根據(jù)視覺識(shí)別相機(jī)(801)獲取的所需捆扎鋼筋網(wǎng)片全局?jǐn)?shù)據(jù)的二維坐標(biāo)信息，能識(shí)別深度信息也就是Z坐標(biāo)，即獲取橫縱鋼筋網(wǎng)片上全部的十字交叉點(diǎn)沿豎直方向的位置信息；

所述多軸捆扎機(jī)器人(803)根據(jù)規(guī)劃好的捆扎路徑進(jìn)行鋼筋捆扎，同時(shí)繪制已捆扎數(shù)據(jù)圖，與工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制；

所述控制系統(tǒng)進(jìn)行捆扎點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的算法為：

以O(shè)點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè)A點(diǎn)為實(shí)際捆扎點(diǎn)，C點(diǎn)為鋼筋捆扎機(jī)旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)：

令A(yù)點(diǎn)坐標(biāo)為(X點(diǎn),Y點(diǎn),Z點(diǎn))，C點(diǎn)坐標(biāo)(X軸,Y軸,Z軸)，則O點(diǎn)坐標(biāo)為(X軸,Y軸,Z點(diǎn))；

即CA為鋼筋捆扎機(jī)，旋轉(zhuǎn)半徑為R，與Z軸負(fù)方向夾角θ；

E點(diǎn)為θ＝0時(shí)的鋼筋捆扎機(jī)基點(diǎn)；

OA為CA在X-Y平面投影，長度為L，與x正方向夾角為Ψ；

A點(diǎn)與C點(diǎn)在X方向的偏差為ΔX，Y向的偏差為ΔY；

由此可建立如下公式：

Z_點(diǎn)＝Z_軸-Rcosθ (1)；

所述多軸捆扎機(jī)器人(803)的鋼筋捆扎機(jī)半徑標(biāo)定的公式為：

當(dāng)θ＝0時(shí)，即E點(diǎn)坐標(biāo)為(X｀軸,Y｀軸,Z｀軸)，則可得：

Z_點(diǎn)＝Z′_軸-R (4)；

聯(lián)立方程(1)和(4)，可得：

上述一種多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

S1、工人將鋼筋以及模臺(tái)按要求擺放，形成鋼筋網(wǎng)片，模臺(tái)流轉(zhuǎn)至捆扎工位；

S2、視覺識(shí)別相機(jī)(801)對(duì)鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行拍照識(shí)別圖中的鋼筋交叉點(diǎn)，生成捆扎點(diǎn)位圖，然后發(fā)送到上位機(jī)控制系統(tǒng)的界面上，通過人工二次檢查，確認(rèn)所有捆扎點(diǎn)都識(shí)別出來，然后交給上位機(jī)控制系統(tǒng)規(guī)劃捆扎路徑；

S3、上位機(jī)控制系統(tǒng)先將所有識(shí)別出來的點(diǎn)位按照X坐標(biāo)進(jìn)行分組，由于鋼筋在實(shí)際使用過程中會(huì)發(fā)生形變，所以每個(gè)組內(nèi)的捆扎點(diǎn)位X坐標(biāo)不盡相同，需要用多軸捆扎機(jī)器人(803)中的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行補(bǔ)償，以組內(nèi)點(diǎn)位中X坐標(biāo)的最小值為鋼筋捆扎機(jī)的初始X坐標(biāo)，設(shè)為X0，多軸捆扎機(jī)器人(803)中鋼筋捆扎機(jī)的槍身垂直于水平面，標(biāo)定C坐標(biāo)為0°，將鋼筋捆扎機(jī)旋轉(zhuǎn)至最大開合角設(shè)定為α，鋼筋捆扎機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與鋼筋捆扎機(jī)槍頭之間的距離為R，此時(shí)鋼筋捆扎機(jī)末端的X變化值ΔXM為能補(bǔ)償?shù)淖畲缶嚯x為ΔXM＝Rsinα，同時(shí)也作為X坐標(biāo)分組的寬度，由于鋼筋變形量的不同，實(shí)際分組數(shù)小于(Xmax-Xmin)/ΔXM，然后再將每一組內(nèi)的點(diǎn)位按照Y坐標(biāo)分成m組，分別對(duì)應(yīng)m把鋼筋捆扎機(jī)；

S4、啟動(dòng)多軸捆扎機(jī)器人(803)，多軸捆扎機(jī)器人(803)運(yùn)行到鋼筋網(wǎng)片工位起始位置；

S5、機(jī)器人根據(jù)X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)分組依次進(jìn)行捆扎，此過程中先運(yùn)行到該分組中X0，然后每個(gè)鋼筋捆扎機(jī)的Y/Z/C軸根據(jù)控制算法生成的路徑依次進(jìn)行動(dòng)作，運(yùn)動(dòng)到位后觸發(fā)捆扎動(dòng)作，捆扎完成后上升到安全高度準(zhǔn)備捆扎下一個(gè)點(diǎn)，捆扎過程中每個(gè)鋼筋捆扎機(jī)單獨(dú)動(dòng)作，當(dāng)同一組內(nèi)所有的交叉點(diǎn)都捆扎完成，才會(huì)沿X坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)到下一組準(zhǔn)備捆扎；

S6、步驟S5中多軸捆扎機(jī)器人(803)一邊捆扎，上位機(jī)控制系統(tǒng)一邊在界面上繪制捆扎節(jié)點(diǎn)圖，并與識(shí)別到的鋼筋網(wǎng)片數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)顯示作業(yè)進(jìn)度；

S7、不斷重復(fù)上述步驟S5和S6，直至鋼筋網(wǎng)片上所有捆扎點(diǎn)都捆扎完畢后，多軸捆扎機(jī)器人(803)上的若干鋼筋捆扎機(jī)都回到安全區(qū)域，通知位機(jī)控制系統(tǒng)，等待捆扎下一塊鋼筋網(wǎng)片。

2.一種多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)的工作方法，其特征在于：

多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)包括視覺識(shí)別相機(jī)(801)、視覺定位相機(jī)(802)、多軸捆扎機(jī)器人(803)和控制系統(tǒng)，所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)和視覺定位相機(jī)(802)設(shè)置在桁架或者多軸捆扎機(jī)器人(803)上，所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)、視覺定位相機(jī)(802)和多軸捆扎機(jī)器人(803)均與控制系統(tǒng)連接；

所述視覺識(shí)別相機(jī)(801)獲取所需捆扎鋼筋網(wǎng)片全局?jǐn)?shù)據(jù)，經(jīng)過控制系統(tǒng)的圖像處理模塊生成捆扎節(jié)點(diǎn)工藝文檔，控制系統(tǒng)再經(jīng)過路徑規(guī)劃模塊規(guī)劃捆扎路徑，即識(shí)別二維坐標(biāo)，也就是XY坐標(biāo)，形成橫縱鋼筋網(wǎng)片的十字交叉點(diǎn)數(shù)據(jù)；

所述視覺定位相機(jī)(802)根據(jù)視覺識(shí)別相機(jī)(801)獲取的所需捆扎鋼筋網(wǎng)片全局?jǐn)?shù)據(jù)的二維坐標(biāo)信息，能識(shí)別深度信息也就是Z坐標(biāo)，即獲取橫縱鋼筋網(wǎng)片上全部的十字交叉點(diǎn)沿豎直方向的位置信息；

所述多軸捆扎機(jī)器人(803)根據(jù)規(guī)劃好的捆扎路徑進(jìn)行鋼筋捆扎，同時(shí)繪制已捆扎數(shù)據(jù)圖，與工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制；

所述多軸捆扎機(jī)器人(803)包括X軸移動(dòng)組件(1)、至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)、至少一個(gè)Z軸移動(dòng)組件(3)、至少一個(gè)鋼筋捆扎機(jī)(4)和至少一個(gè)捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)，所述至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)均設(shè)置在X軸移動(dòng)組件(1)上，所述X軸移動(dòng)組件(1)可驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)沿X軸水平方向移動(dòng)，所述至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)、至少一個(gè)Z軸移動(dòng)組件(3)和至少一個(gè)鋼筋捆扎機(jī)(4)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述Z軸移動(dòng)組件(3)設(shè)置在Y軸移動(dòng)組件(2)上，所述Y軸移動(dòng)組件(2)可驅(qū)動(dòng)Z軸移動(dòng)組件(3)沿Y軸水平方向移動(dòng)，所述Z軸移動(dòng)組件(3)的下端部設(shè)有捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)，所述Z軸移動(dòng)組件(3)可驅(qū)動(dòng)鋼筋捆扎機(jī)(4)沿Z軸豎直方向移動(dòng)，所述鋼筋捆扎機(jī)(4)和捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)連接，并且鋼筋捆扎機(jī)(4)位于鋼筋的上方，所述Y軸移動(dòng)組件(2)的移動(dòng)方向和X軸移動(dòng)組件(1)的移動(dòng)方向垂直，所述Z軸移動(dòng)組件(3)沿豎直方向移動(dòng)；

所述X軸移動(dòng)組件(1)包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的X軸直線模組(11)和支撐架(12)，所述兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的X軸直線模組(11)平行設(shè)置，所述支撐架(12)的兩端分別與兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的X軸直線模組(11)連接，所述至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)設(shè)置在支撐架(12)上，所述鋼筋設(shè)置在兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的X軸直線模組(11)之間；所述X軸直線模組(11)包括底部支撐座(111)、X軸齒條(112)、一組X軸導(dǎo)軌(113)、X軸滑板(114)、X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(115)和X軸驅(qū)動(dòng)齒輪，所述X軸齒條(112)和一組X軸導(dǎo)軌(113)均設(shè)置在底部支撐座(111)上，并且X軸齒條(112)和一組X軸導(dǎo)軌(113)平行設(shè)置，所述X軸滑板(114)和一組X軸導(dǎo)軌(113)滑動(dòng)連接，所述X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(115)固定設(shè)置在X軸滑板(114)上，并且X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(115)的轉(zhuǎn)軸和X軸驅(qū)動(dòng)齒輪連接，所述X軸驅(qū)動(dòng)齒輪和X軸齒條(112)嚙合，所述支撐架(12)的下端部和X軸滑板(114)固定連接；

所述Y軸移動(dòng)組件(2)包括Y軸齒條(21)、一組Y軸導(dǎo)軌(22)、Y軸滑板(23)、Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24)和Y軸驅(qū)動(dòng)齒輪，所述Y軸齒條(21)和一組Y軸導(dǎo)軌(22)均固定設(shè)置在支撐架(12)的橫梁上，并且Y軸齒條(21)和一組Y軸導(dǎo)軌(22)平行設(shè)置，所述Y軸滑板(23)和一組Y軸導(dǎo)軌(22)滑動(dòng)連接，所述Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24)固定設(shè)置在Y軸滑板(23)上，并且Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(24)的轉(zhuǎn)軸和Y軸驅(qū)動(dòng)齒輪連接，所述Y軸驅(qū)動(dòng)齒輪和Y軸齒條(21)嚙合，所述Z軸移動(dòng)組件(3)和Y軸滑板(23)連接；

所述Z軸移動(dòng)組件(3)包括豎直梁(31)、Z軸齒條(32)、Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(33)和Z軸驅(qū)動(dòng)齒輪，所述豎直梁(31)和Y軸滑板(23)滑動(dòng)連接，所述Z軸齒條(32)沿豎直方向固定設(shè)置在豎直梁(31)上，所述Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(33)設(shè)置在Y軸滑板(23)上，并且Z軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)(33)和Z軸驅(qū)動(dòng)齒輪連接，所述Z軸驅(qū)動(dòng)齒輪和Z軸齒條(32)嚙合，所述豎直梁(31)的下端部設(shè)有捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)；

所述捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)包括安裝板(51)、角度調(diào)節(jié)電機(jī)(52)和捆扎機(jī)安裝架(53)，所述安裝板(51)和豎直梁(31)的下端部固定連接，所述角度調(diào)節(jié)電機(jī)(52)固定設(shè)置在安裝板(51)上，并且角度調(diào)節(jié)電機(jī)(52)的轉(zhuǎn)軸和捆扎機(jī)安裝架(53)連接，所述鋼筋捆扎機(jī)(4)設(shè)置在捆扎機(jī)安裝架(53)上；

上述多軸機(jī)器人的點(diǎn)陣式鋼筋捆扎系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

S1、工人將鋼筋以及模臺(tái)按要求擺放，形成鋼筋網(wǎng)片，模臺(tái)流轉(zhuǎn)至捆扎工位；

S2、視覺識(shí)別相機(jī)(801)對(duì)鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行拍照識(shí)別圖中的鋼筋交叉點(diǎn)，生成捆扎點(diǎn)位圖，然后發(fā)送到上位機(jī)控制系統(tǒng)的界面上，通過人工二次檢查，確認(rèn)所有捆扎點(diǎn)都識(shí)別出來，然后交給上位機(jī)控制系統(tǒng)規(guī)劃捆扎路徑；

S3、上位機(jī)控制系統(tǒng)先將所有識(shí)別出來的點(diǎn)位按照X坐標(biāo)進(jìn)行分組，由于鋼筋在實(shí)際使用過程中會(huì)發(fā)生形變，所以每個(gè)組內(nèi)的捆扎點(diǎn)位X坐標(biāo)不盡相同，需要用多軸捆扎機(jī)器人(803)中的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行補(bǔ)償，以組內(nèi)點(diǎn)位中X坐標(biāo)的最小值為鋼筋捆扎機(jī)的初始X坐標(biāo)，設(shè)為X0，多軸捆扎機(jī)器人(803)中鋼筋捆扎機(jī)的槍身垂直于水平面，標(biāo)定C坐標(biāo)為0°，將鋼筋捆扎機(jī)旋轉(zhuǎn)至最大開合角設(shè)定為α，鋼筋捆扎機(jī)旋轉(zhuǎn)軸與鋼筋捆扎機(jī)槍頭之間的距離為R，此時(shí)鋼筋捆扎機(jī)末端的X變化值ΔXM為能補(bǔ)償?shù)淖畲缶嚯x為ΔXM＝Rsinα，同時(shí)也作為X坐標(biāo)分組的寬度，之后再將每一組內(nèi)的點(diǎn)位按照Y坐標(biāo)分成m組，分別對(duì)應(yīng)m把鋼筋捆扎機(jī)；

S4、啟動(dòng)多軸捆扎機(jī)器人(803)，X軸移動(dòng)組件(1)驅(qū)動(dòng)支撐架(12)移動(dòng)至X0位置；

S5、至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)驅(qū)動(dòng)Z軸移動(dòng)組件(3)移動(dòng)至Y坐標(biāo)方向上m組內(nèi)每一組的最邊緣一側(cè)所對(duì)的鋼筋捆扎節(jié)點(diǎn)上；

S6、Z軸移動(dòng)組件(3)驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)進(jìn)行豎直方向的移動(dòng)，將捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)上連接的鋼筋捆扎機(jī)(4)根據(jù)鋼筋網(wǎng)片交叉點(diǎn)的豎直深度調(diào)節(jié)至捆扎位置；

S7、捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)驅(qū)動(dòng)鋼筋捆扎機(jī)(4)調(diào)節(jié)角度，使得鋼筋捆扎機(jī)(4)的機(jī)頭正對(duì)鋼筋網(wǎng)片交叉點(diǎn)，鋼筋捆扎機(jī)(4)啟動(dòng)進(jìn)行鋼筋的捆扎；

S8、鋼筋捆扎完畢，捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)和Z軸移動(dòng)組件(3)返回初始位置；

S9、Y軸移動(dòng)組件(2)驅(qū)動(dòng)Z軸移動(dòng)組件(3)移動(dòng)一個(gè)Y軸方向鋼筋網(wǎng)格的間距，重復(fù)上述步驟S6～S8，進(jìn)行鋼筋捆扎；

S10、不斷重復(fù)上述步驟S9，直至Y坐標(biāo)方向的鋼筋網(wǎng)片交叉點(diǎn)全部捆扎完畢，此時(shí)完成X軸第一組的鋼筋交叉點(diǎn)的捆扎；

S11、X軸移動(dòng)組件(1)驅(qū)動(dòng)支撐架(12)移動(dòng)到下一個(gè)組中的X0，重復(fù)上述步驟S5～S10，進(jìn)行X軸下一組鋼筋交叉點(diǎn)的捆扎；

S12、上述步驟S5～S11進(jìn)行捆扎過程中，上位機(jī)控制系統(tǒng)一邊在界面上繪制捆扎節(jié)點(diǎn)圖，并與識(shí)別到的鋼筋網(wǎng)片數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)顯示作業(yè)進(jìn)度；

S13、直至X軸移動(dòng)組件(1)驅(qū)動(dòng)支撐架(12)移動(dòng)到Xmax所在的組，完成鋼筋網(wǎng)片所有交叉點(diǎn)的捆扎，X軸移動(dòng)組件(1)、至少一個(gè)Y軸移動(dòng)組件(2)、至少一個(gè)Z軸移動(dòng)組件(3)和至少一個(gè)捆扎機(jī)角度調(diào)節(jié)組件(5)回到安全區(qū)域，通知位機(jī)控制系統(tǒng)，等待捆扎下一塊鋼筋網(wǎng)片。