基本信息
- 项目名称：
- 墙体材料生产线卸堆机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 墙体材料生产线卸堆机器人在成品材料卸载方面提出解决方案，综合视觉伺服技术、自动化检测技术和嵌入式处理技术，研制具有自主知识产权的机电一体化功能的墙体材料生产线卸堆装备。该作品与生产实际相结合，提高墙材生产效率，解决实际生产中耗费大量劳动力和时间的问题，大大提高企业经济效益。
- 详细介绍：
- 贯彻落实墙体材料革新“十五”规化并结合四川“抗震救灾，重建家园”，新型墙体材料的生产和使用，得到迅猛发展，发挥了巨大作用。墙体材料生产工艺和装备实现了机械化和自动化，墙体材料生产线卸堆机器人在成品材料卸载方面提出解决方案，综合视觉伺服技术、自动化检测技术和嵌入式处理技术，研制具有自主知识产权的机电一体化功能的墙体材料生产线卸堆装备。机器人控制属于视觉伺服控制系统，研发适用于墙材生产线的专用视觉传感器，可自动定位墙材的位置并控制机器人抓取砖块放到指定位置，单次操作过程时间小于20秒，在技术方面，运用视觉伺服技术、无需示教、有自我感知能力，是一类可进行规模化作业的先进机器人。该作品与生产实际相结合，提高墙材生产效率，解决实际生产中耗费大量劳动力和时间的问题，大大提高企业经济效益。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本作品的创新点主要包括： 1.该作品研究开发了墙材生产线专用视觉传感器，采用130万像素CMOS图形芯片、ARM控制器、图形接口与高速通信接口，构成前端专用图像功能一体机，提供非接触方式的实时在线定位，并向控制器提供机器人工作的相关信息,从而使机器人能够实时地调整其位姿,实现精确的跟踪或定位,实现了墙体材料定位、抓手入侵、旋转送料、指定位卸堆等工作，能够自主地适应环境，无需示教。 2.研究设计了作用砖堆识别的激光光栅模块，实现了在不预先标定摄像机和机器人参数的情况下，直接通过图像进行机器人伺服控制，驱动机器人运动。对非标定视觉伺服中的目标特征点的提取方法进行了研究。采用了区域颜色和边缘信息相融合的方法，对图像进行较为稳定的分割和边缘检测，不需要人为的设定系数和参数。 3.研究开发了适应工业生产的嵌入式控制系统，使用高性能ARM+DSP的多处理器系统结构，数字信号微处理器控制电机，为图像的快速处理提供硬件基础，并能准确控制机器人运动；装配各种传感器，实现闭环控制；图像处理单元还将搭配以太网接口，便于检测墙材和数据传输、共享与协调控制；所有的运动过程通过10寸带触摸的液晶屏实时显示数据上，供远程监控所用。 4、设计了合理的机器人结构，采用优化后的四连杆机构为机器人手臂，水平控制电机和垂直控制电机与腰部机座铰链链接，结合夹持器部分，利用视觉伺服机器人的运动，实现机械夹持器部分近似垂直升降、水平伸缩和腰部旋转运动。
科学性、先进性
- 1.使用具有130万像素的CMOS图像传感器作为墙体材料采集单元，结合ARM开发出适合墙体材料的专用视觉图像传感器，保证在合适的视野和景深范围内对墙材空间坐标的检测。 2.该作品具备自主知识产权的图像识别、分割、提取等处理算法以及相应的程序实现。采用激光光栅，在不预先标定摄像机和机器人参数的情况下，直接通过图像进行机器人伺服控制，驱动机器人运动。独立运行，可靠性高。 3.使用高性能的嵌入式处理器作为图像处理单元，并配套存储器，为图像的快速处理提供硬件基础，便于检测墙体材料和数据传输、共享与协调控制。并设置手动和自动模式。使用高数据处理能力和高运行速度的DSP控制器，执行运动学计算、轨迹规划、插补计算、伺服控制等，不断读取各轴编码器的脉冲量，计算机械手的现行位置。 4.设计了优化的四连杆机构和平衡杆为机器人本体，运行稳定且能够承受高负重，其速度和效率远远高于工人。搬运能力能达到120次/min,整个系统可靠性高，可保证在20s内完成一次搬运机械动作，使用寿命可达500万次以上。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品作为墙体材料生产线卸堆机器人样机在资阳市精工砖机厂进行了现场展示。由该工厂组织5名教授、高级工程师对其技术及性能进行了鉴定评审，评审得出该机器人及视觉伺服控制技术达到国内先进水平，装备设计合理，适于在现代新型墙体材料生产线应用的结论。该厂准备引进此项技术作为装备生产的重点技术。
作品所处阶段
- 样品已经制作完成，正在进行厂校联合开发实际装备
技术转让方式
- 有偿转让或合作开发
作品可展示的形式
- 实物，样品，现场演示，视频
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我国大力发展新型墙体材料，限制粘土砖的生产和使用，实现节能、节土、利废、多功能等特点，是国家强力推行的墙材革新工作，已经取得很大成效。拥有9000个制砖企业年产量约7900亿块标砖，装卸以人工操作为主；而该卸堆机器人作为一种成熟的技术和产品，样机完成并展示，提出卸堆方案，对墙体材料生产企业提高生产效率、降低劳动成本、提高生产速率、提高企业的生产管理水平起到了显著的作用，带来直接的市场效益。随着工业自动化的发展，国内的应用和需求越来越强烈，按照我国现在的产砖数量，全国对该墙体材料生产线卸堆机器人的需求量约1.2万台，可带来上百亿的产值，经济效益十分可观。
同类课题研究水平概述
- (1)墙体材料生产线卸堆现状 新型墙体材料具有节能、节土、利废、多功能等特点，有利于环境保护，符合可持续发展要求，能大幅度改善建筑功能。我国强力推行的墙材革新，大力发展墙材生成线。国内墙材生产设备的落后，严重制约了墙材的生产，低生产率的同时，往往还伴随着工业生产过程的高耗能和高污染。特别是在成品砖卸载方面，仍然是传统的人工手动操作方式，从隧道窑出来的成品材料是分层横竖交叉堆放在窑车上，用程控机器人难以卸载窑车上的砖堆。用人工卸载窑车上的砖堆，不仅操作环境差，工作强度大，已经不能满足现代墙材生产线的产量与质量的要求。 根据20世纪90年代的统计数据，美国在砖坯和成品砖的处理设备方而既有自动操作方式，也有手动操作方式。码坯设备自动操作方式有122台套，手动操作方式有52台套;卸砖设备自动操作方式有54台套，手动操作方式有118台套。可见在成品砖卸载方而手动操作方式多于自动操作方式。 (2)视觉伺服控制现状 机器人视觉伺服控制主要应用于三大领域:第一是用带有视觉的机器人进行产品检验,代替人的目检。 第二是在机器人进行装配、搬运,焊接等工作时,用视觉系统对需加工的零、部件进行识别,并确定它在空间的位置和方向,引导机器人的手准确地定位在所需加工的零件上,完成焊接、分类、搬运和装配任务;第三是为移动机器人进行导航。利用视觉系统为移动机器人提供它所在环境的外部信息,使机器人能自主地规划它的行进路线,回避障碍物,安全到达目的地,完成指令。 在国外,机器人视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业,其中大概40%-50%都集中在半导体行业。具体如PCB印刷电路生产中、丝网印刷设备中等。机器人视觉伺服控制系统还在质量检测的各个方面得到广泛的应用。 在我国,机器人视觉产品、技术的开发及应用还较慢,并且多是一些低端方面的应用。目前在我国随着配套设施的完善,技术、资金的积累,各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始出现,国内有关大专院校、研究所和企业近两年在图像和视觉技术领域进行了积极探索和大胆的尝试,逐步开始了工业现场的应用。这些应用现在主要集中于制药、药品检测分装,印刷、印刷色彩检测,矿泉水瓶盖监测等领域。在其它相关产业中的应用空间也很大,有着良好的发展趋势。
