[发明专利]一种基于3D视觉的捏合机桨叶自动清理机器人系统

说明书

本申请涉及捏合机桨叶清理的技术领域，特别是一种基于3D视觉的捏合机桨叶自动清理机器人系统，包括位于捏合机一侧的六轴关节臂机器人、使机器人可靠近和远离捏合机移动的移动导轨、连接于机器人且用于对捏合机进行清理的末端执行器、连接于机器人的3D相机。达到了对捏合机桨叶的位姿识别，并能够高效率的对桨叶表面进行清理的效果。

技术领域

本申请涉及捏合机桨叶清理的技术领域，特别是一种基于3D视觉的捏合机桨叶自动清理机器人系统，利用3D视觉和点云匹配对桨叶位姿进行快速定位，控制桨叶停止在合适的清理位置，并通过机器人进行自动清理捏合机桨叶的快速自动清理系统。

背景技术

随着科技的进步和化学化工产业的发展，越来越多的化工产品兴起，而这些产品很多都是由多种原料融合而成，成型前需要在生产车间内通过捏合机进行搅拌均匀。由于混合药浆对原料的混合比例要求严格，且混合后的产品往往流动性和粘性强、不易清理、具有一定的污染性和易燃易爆等危险性等特点，因此需要在每次混合完成后对桨叶上的残料进行清理，这对保障药浆产品的混合比例、减少对车间环境污染以及保障现场人员的安全等极具现实意义。而目前现有的捏合机桨叶清理方式都存在各自的问题。

传统的桨叶清理通常是由工作人员穿戴防护手套和护具进入车间利用手持铲刀进行桨叶的清理，由于混合药浆的粘性和流动性药浆很容易黏在工作人员的身上，再加上混合药浆往往具有一定的腐蚀性和易燃易爆，工作人员在清理前必须除静电，即便如此化工车间事故的案例也屡见不鲜。此外，由于捏合机的实心桨和空心桨处于捏合状态，需要额外的工作人员配合清理人员转动桨叶，工作效率低。

因此需要一套不干扰捏合机的正常工作，自动识别桨叶转动位姿，且能根据识别结果调整桨叶清理轨迹的桨叶自动清理系统，完成桨叶所有区域的快速自动清理和远程监控。

部分车间采用通用六轴机器人配合2D相机进行桨叶的定位和清理，但2D相机是基于贴在桨叶上的色带以及编码等特征物进行识别，特征物易受现场粉尘的遮挡覆盖导致识别错误，且相机固定在车间内，拍摄视角有限。捏合机桨叶在自转的同时进行公转，且每次公转位置的桨叶自转角度不同，再加上桨叶处于捏合状态，桨叶必须停止在离线轨迹的附近才能进行清理，上述方案需要在桨叶停止后检测位姿，若不合适则继续转动桨叶，检测效率很低，不能满足现场的清理需求，且清理时机器人底座固定，末端执行器不具有柔性，清理效果差。

发明内容

为了解决现有人工清理桨叶劳动强度大，清理效率低，操作不当易发生危险的问题，提供一种基于3D视觉的捏合机桨叶自动清理机器人系统。

通过设计不依赖在桨叶上添加标记物特征的桨叶位姿检测方法，以及桨叶清理的末端执行器，该系统能够在桨叶转动过程中检测桨叶的位姿，将其停止在适合清理的位置，计算出当前位置与基准位置的坐标变换矩阵，并将数据以socket通信的方式传递给机器人修正清理轨迹。该系统还设计一套带有柔性的末端执行器和快换装置，保证末端执行器可以适应桨叶各个表面的清理工作。此外，机器人与导轨连接，形成机器人的第七轴，增大机器人清理过程中的灵活性。

本申请采用如下的技术方案：

一种基于3D视觉的捏合机桨叶自动清理机器人系统，包括位于捏合机一侧且可靠近和远离捏合机移动的六轴关节臂机器人、连接于机器人且用于对捏合机进行清理的末端执行器、连接于机器人的3D相机，捏合机包括桨叶；

机器人系统进行自动清理的方法为：

确定桨叶清理位置，建立桨叶位姿识别的基坐标系，进行机器人离线轨迹示教以及离线编程等获得离线轨迹，3D相机拍照创建基准点云；

转动桨叶，使3D相机对桨叶转动后的实际位置拍照获得桨叶实际点云图像，处理桨叶实际点云图像，获得待匹配点云；

待匹配点云与基准点云进行点云配准，获得桨叶的转角及其转轴的平移量；