相机安装支架设计

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相机支架形式

不同的相机安装方式使用不同的安装支架,详情见下表。

Eye to Hand安装支架

铝型材支架

方管支架

滑动相机支架(水平)

垂直移动式相机支架

Eye in Hand安装支架

相机高于机器人J6轴法兰

相机低于机器人J6轴法兰

各种形式的支架设计要求及适用场景,详见Eye to Hand安装支架的设计与安装Eye in Hand安装支架的设计与安装

Eye to Hand安装支架的设计

在Eye to Hand安装支架的设计过程中,需要考虑在立柱表面布置线槽,方便相机线缆的走线。

铝型材支架设计

铝型材支架采用双立柱铝型材搭建,需选择欧标8080铝型材,具体方案如下图所示。

AI mounting frame

方管支架设计(推荐方式)

使用方管支架时,需使用国标空心方管进行焊接。空心方管具有较高的强度和稳定性,能够提供坚固的支撑框架。支架的设计形式可以根据实际情况选择单立柱或龙门形式。具体形式及要求如下:

  • 单立柱支架设计

    适合周围没有明显震动的环境。它具有结构简单、安装方便的特点。

    single column mounting frame

    设计要求:

    • 方钢规格不低于100*100*5。

    • 建议采用整体焊接成型。

    • 相机支架横梁及立柱都应设置必要的斜撑和肋板。

  • 龙门支架设计

    适合有明显的震动的环境。龙门形式可提供更稳固的支撑结构,能够更好地抵抗外界震动和冲击,保证相机的稳定性。

    gantry mounting frame

滑动相机支架的设计

适用范围:相邻垛位共用同一台相机。

根据动力元件的不同,滑动相机支架可以分为:伺服模组式支架和气缸式支架。

  • 伺服模组式支架

    伺服模组式支架要求运行平稳,停止和启动无冲击,推荐正常运行速度≤250 mm/s。伺服模组式构成如下图所示:1-支架本体、2-模组安装板、3-相机安装板、4-相机、5-伺服模组、6-拖链安装板和7-拖链。

    servo modular mounting frame

    支架本体: 采用100*100方钢焊接而成。对于支架整体较高的场景可以增加斜撑或其他固定方式。 模组安装板和相机安装板:足够的强度和刚性,确保伺服模组工作时相机的稳定性。 伺服模组:伺服模组重复定位精度一般可以分为±0.01 mm、±0.02 mm、±0.05 mm、±0.1 mm、±0.2 mm等,可以根据实际项目精度需要选择合适精度的直线伺服模组,驱动部分推荐使用伺服电机。 拖链:拖链根据总线缆直径选择标准的市购件,一般要求总线缆所占横截面积小于拖链内部容积的60%~80%。 拖链安装板:根据要求采用钣金折弯。

  • 气缸式支架(不推荐方案)

    气缸的定位精度要略低于伺服模组,一般精度可以达到±0.1 mm。要求气缸式支架运行平稳,停止和启动无冲击,正常运行速度推荐≤200 mm/s。气缸式支架构成如下图所示:1-支架本体、2-气缸安装板、3-相机安装板、4-相机、5-气缸、6-拖链安装板和7-拖链。

    cylinder mounting frame

    气缸:根据实际现场垛位距离选择气缸行程。气缸类型建议选择导杆气缸,否则务必配合直线导轨使用。另外注意气缸必须配合油压缓冲器+限位块使用,此外气缸应配备排气节流阀。支架本体、气缸安装板、相机安装板、拖链安装板和拖链的设计和选型可参考伺服模组式支架。

    考虑到气缸冲击、整体运行精度、相机在停靠位置震动及长期稳定性,不推荐该方式。

垂直移动式相机支架设计

适用范围:垛型较高或垛型长宽尺寸过大、垛型底层麻袋点云较差。

垂直式相机支架按驱动力的不同分为:气动垂直移动相机支架和电动垂直移动相机支架。

  • 电动垂直移动相机支架

    设计要求:相机支架运行平稳,工作中无剧烈冲击;移动速度小于250mm/s,移动机构运行平稳流畅。此外相机支架要具有足够的刚性,保证在工作过程中不出现震动。电动垂直移动相机支架构成如下图所示:1-支架本体、2-3D相机、3-相机安装板、4-齿轮齿条组件、5-拖链和6-坦克链安装板。

    v mobile mounting frame 1

    齿轮齿条组件:建议选择抱闸式电机,防止意外断电后相机自由落体式掉落。

  • 气动垂直移动相机支架(不推荐方案)

    设计要求:相机支架运行平稳,工作中无剧烈冲击;移动速度小于200mm/s,移动机构运行平稳流畅;此外相机支架有足够的刚性,保证在工作过程中不出现震动。气动垂直移动相机支架构成如下图所示:1-支架本体、2-相机安装板、3-3D相机、4-拖链、5-无杆气缸和6-拖链安装板。

    v mobile mounting frame 2

    气缸:根据实际现场垛位距离选择气缸行程。此外注意气缸必须配备油压缓冲器和限位块,并且应配备排气节流阀。选择中封式控制气缸换向阀,保证断气后相机不会因重力而产生自由落体运动。

    考虑到气缸冲击、整体运行精度、相机在停靠位置震动及长期稳定性,不推荐该方式。

Eye in Hand安装支架的设计

下文介绍Eye in Hand安装支架的两种常见设计形式。

相机高于机器人J6轴法兰

  • 优点:机器人臂展较小时,可以抬高相机,扩大拍照视野。

  • 缺点:机器人J6轴转动范围受限,相机支架或相机与机器人本体存在干涉的情况。

结构图示:1-相机、2-相机支架、3-机器人J6轴法兰

eih 1

相机低于机器人J6轴法兰

  • 优点:机器人J6轴转动不受相机或相机支架的影响。

  • 缺点:机器人抬升相同高度时,相机拍照高度不高,视野较小。

结构图示:1-相机、2-相机支架、3-机器人J6轴法兰

eih 2

相机支架安装要求

相机常见的安装方式有两种:

  • Eye to Hand(ETH):相机安装于独立的相机支架上。

  • Eye in Hand(EIH):相机安装于机器人末端,随机器人一同运动。

不同的安装方式下,相机支架的安装、线缆布线等要求存在不同。

Eye to Hand(ETH)

将相机安装于独立的相机支架时,需考虑稳定性、可靠性和线缆布线,确保图像采集的准确性。具体注意事项如下:

  • 相机支架的固定

    可以选择膨胀螺栓或化学螺栓将相机支架固定在地面,墙面等可以提供稳定可靠支撑的位置,确保相机不会晃动。

    地脚螺栓的数量和型号取决于支架的高度和结构形式。对于非地面的安装方式,相机支架可能需要依靠侧墙、地面或天花板进行加固,如下图所示。

    eth non floor mount
  • 相机线缆布线

    将相机线缆安装在立柱表面布置的线槽内,以便整齐走线。这样既可以保证线缆的安全性、美观性,又能方便检修。详细内容可参考相机线缆敷设规范

  • 相机安装角度调整

    通常情况下,相机垂直朝下安装。但对于顶高受限的项目,可考虑通过倾斜相机的方式来改善安装角度。但在项目设计初期,建议进行模拟和仿真测试,以确保相机倾斜的角度符合实际需求。

    eth mount tilt

Eye in Hand(EIH)

在将相机安装于机器人末端时,需注意如下事项:

  • 相机支架安装

    相机支架安装时应做防松处理,例如使用螺纹胶涂抹安装螺栓、使用防松垫片等。

  • 线缆固定方式

    必须对接头附近的线缆进行固定,防止相机接头受力。捆扎线缆时考虑机器人末端法兰的旋转余量,避免放线不足导致相机线缆拉扯,甚至对相机线缆接头造成不可逆的损坏。线缆固定方式如下图所示:1-相机线缆、2-固定安装座、3-线缆接头、4-L型转接件、5-相机本体。

    eih cable fixing
  • 相机线缆布线

    应合理安排线缆的走向,避免管线包中线缆过长或者过短。下图所示为线缆过长的错误示例。详细内容可参考相机线缆敷设规范

    eih cabling
  • 线缆保护

    需采用管线包对线缆进行保护,且需注意如下事项:

    • 管线包不得采用自卷式包线管或包线布。

    • 管线包选择标准成套波纹管配件(包括但不限于:管线包固定座、内夹、摩擦球等)。

    • 管线包和线缆应分别做好固定和装配,防止在机器人运动过程中线缆受附加力矩。

      eih cable protection

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