CN111745672A - 一种抓取型机器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抓取型机器人及其控制方法，属于生产制造技术领域，包括电机A，所述电机A的动力输出端转动连接有轴承的动力输入端，所述轴承的下方转动连接有基座，所述基座的左右两侧分别固定安装有转轴A和转轴B，所述转轴A和转轴B的外部分别固定连接有承接臂A和承接臂B，所述承接臂A和承接臂B的内部分别固定安装有红外线控制器A和红外线控制器B，所述承接臂A和承接臂B的下方分别转动连接有抓手A和抓手B。本发明通过安装有抓手A、抓手B、伸缩杆、电磁铁和防滑垫，抓取时对管材进行二次的固定，确保了管材抓取时的稳定性，提高了安全性，方便在堆积的料堆中进行挑拣，提高了实用性和使用效果。

Description

一种抓取型机器人及其控制方法
技术领域
本发明涉及生产制造技术领域，尤其涉及一种抓取型机器人及其控制方法。
背景技术
机器人抓手是一种能模仿人体手、臂动作，以实现抓取、搬运物件或操作工具的装置，其能够有效降低人员劳动负荷，提高工作效率，现已广泛应用于机械制造、冶金、电子等各领域，随着现代化工业生产的迅速发展，业内已开发出多种规格类型的机器人抓手，但是在生产制造领域内，机器人抓手常常需要抓取管装的材料，此类材料体积较大，抓取面小，不容易固定，抓取时容易造成脱落，而且管材在料区里堆放时，很多材料堆积在一起，机器人抓手不容易挑选，容易抓错。
专利号CN201810116334.3公开了一种机器人抓手，包括左右相对设置的两个机械臂及用以驱使两个所述机械臂动作的驱动源，且所述机器人抓手还包括支撑板、连接至所述驱动源的支撑梁及设置于所述机械臂与支撑梁之间的铰接轴，所述支撑板开设有左右延伸的滑槽，所述机械臂设置有探伸入所述滑槽且可沿所述滑槽左右移动的支撑轴，以使得所述驱动源带动支撑梁上下移动时，驱使所述机械臂绕铰接轴旋转，实现机械臂的开合动作。本发明机器人抓手结构简洁，成本可控，便于现场装配及维护，利于业内推广应用。
该装置在使用时存在以下几个缺点：1、该装置在使用无法对抓取后的管状材料进行固定，防止材料脱落，安全性较差，所以还需要进行改进；2、该装置在使用时无法实现快速的在管材堆内部进行分离，挑拣，使用不便，所以还需要进行改进。
发明内容
本发明提供一种抓取型机器人及其控制方法，旨在通过安装有抓手A、抓手B、伸缩杆、电磁铁和防滑垫，首先现有的机器人抓手在抓取管材时，由于管材的形状问题，抓取面小，不便于固定，抓取时容易造成脱落，通过安装有抓手A和抓手B，使用时抓手A和抓手B将管材抓取在内部，两者进行夹合，随后抓手A和抓手B内部的橡胶材质的防滑垫，确保管材在抓手A和抓手B内部不会晃动，形成一次固定，并且通过外部电源给抓手A和抓手B上方的伸缩杆下方的电磁铁通电，电磁铁紧紧吸附在管材的表面，对管材形成的二次的固定，确保了管材抓取时的稳定性，提高了安全性，而且现在的工厂环境复杂，管材堆积在一处，抓取环境十分恶略，需要从中进行挑选，传统的机器人抓手抓手末端无法进行活动，在料堆中容易发生碰撞，损坏管材也损坏抓手，通过在抓手A和抓手B内部的抓臂中安装有电机C，使用时通过外部电源给电机C通电，电机C转动，带动抓臂内部的多个齿轮转动，齿轮带动外侧的传送带转动，传送带转动转轴B转动，从而转轴B带动抓手A和抓手B最末端的抓板进行灵活的左右摆动，方便在堆积的料堆中进行挑拣，提高了实用性和使用效果。
本发明提供的具体技术方案如下：
本发明提供的一种抓取型机器人的控制方法，包括：
利用摄像机来获取目标物体的位置信息，经过运算变换转化成机器人手爪的抓取信息，然后再利用工业机器人运动学的逆解算法计算出一组机械臂各个关节的转角，再通过控制机器人各个关节的转动，使机器人的手爪以特定的姿态到达目标物体的位置并实现对目标物体的准确抓取。
可选的，视觉控制具体包括：
(1)图像去燥：
摄像机采集图像后，采用邻域平均法，即由相邻区域中众多像素灰度的平均值来代替每一像素灰度，采集到带有N×N像素的原始图像是g(x,y),并且去除噪音后的图像是h(x,y)；可以得到这样一个公式：
Figure BDA0002558727450000031
其中，x,y＝0,1,2,…,N-1；x则是(x,y)相邻区域图像的全部像素坐标；
(2)图像分割：
假设分割阂值是T，若图像灰度值超过T，那么其就是目标区域；若图像灰度值低于T，那么其就是背景区域，图像墒值定义如下：
Figure BDA0002558727450000032
其中p(x,y)是指像素发生概率，并且p(x,y)＝ni/N指像素数量，N则是像素的总数量；
背景区域中的概率是
Figure BDA0002558727450000033
目标区域中的概率则是
Figure BDA0002558727450000034
其中x＝T，T+1，…，L，并且L是指图像灰度极数。
可选的，所述的抓取型机器人包括机器人本体和视觉***，所述的机器人本体包括电机A，所述电机A的动力输出端转动连接有轴承的动力输入端，所述轴承的下方转动连接有基座，所述基座的左右两侧分别固定安装有转轴A和转轴B，所述转轴A和转轴B的外部分别固定连接有承接臂A和承接臂B，所述承接臂A和承接臂B的内部分别固定安装有红外线控制器A和红外线控制器B，所述承接臂A和承接臂B的下方分别转动连接有抓手A和抓手B，所述抓手B包括电机B、连接杆、电机C、齿轮、传送带、转轴B、抓臂和抓板，所述电机B的动力输出端转动连接有连接杆的动力输入端，所述连接杆的内部固定安装有电机C，所述电机C的动力输出端转动连接有齿轮的动力输入端，且齿轮可拆卸安装在抓臂的内部，所述齿轮的外侧转动连接有传送带的一端，所述传动带的另一端转动连接有转轴B，所述转轴B的外侧转动连接有抓板。
可选的，所述基座的内部下方固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆的下方固定安装有电磁铁。
可选的，所述齿轮的数量为若干，且抓手A的结构与抓手B的结构相同。
可选的，所述抓臂的内侧镶嵌连接有防滑垫。
可选的，所述电机A、红外线控制器A、红外线控制器B和电磁铁的电力输入端皆与外部电源的电力输出端呈电性连接，所述电机B和电机C的电力输入端皆与红外线控制器B的电力输出端呈电性连接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明旨在通过安装有伸缩杆、电磁铁和防滑垫，首先现有的机器人抓手在抓取管材时，由于管材的形状问题，抓取面小，不便于固定，抓取时容易造成脱落，安全性较低，通过安装有抓手A和抓手B，使用时抓手A和抓手B将管材抓取在内部，两者进行夹合，随后抓手A和抓手B内部的橡胶材质的防滑垫，确保管材在抓手A和抓手B内部不会晃动，形成一次固定，并且通过外部电源给抓手A和抓手B上方的伸缩杆下方的电磁铁通电，电磁铁紧紧吸附在管材的表面，对管材形成的二次的固定，确保了管材抓取时的稳定性，提高了安全性。
本发明旨在通过安装有抓手A、抓手B和抓板，由于现在的工厂环境复杂，管材堆积在一处，抓取环境十分恶略，需要从中进行挑选，传统的机器人抓手抓手末端无法进行活动，在料堆中容易发生碰撞，损坏管材也损坏抓手，通过在抓手A和抓手B内部的抓臂中安装有电机C，使用时通过外部电源给电机C通电，电机C转动，带动抓臂内部的多个齿轮转动，齿轮带动外侧的传送带转动，传送带转动转轴B转动，从而转轴B带动抓手A和抓手B最末端的抓板进行灵活的左右摆动，方便在堆积的料堆中进行挑拣，提高了实用性和使用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种抓取型机器人的整体结构示意图；
图2为本发明实施例的一种抓取型机器人的抓手B的结构示意图。
图中：1、电机A；2、轴承；3、基座；4、转轴B；5、承接臂B；6、红外线控制器B；7、抓手B；8、抓手A；9、红外线控制器A；10、电磁铁；11、转轴A；12、伸缩杆；13、转轴B；14、抓板；15、防滑垫；16、连接杆；17、电机B；18、电机C；19、齿轮；20、传送带；21、承接臂A；22、抓臂。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合图1～图2对本发明实施例的一种抓取型机器人及其控制方法进行详细的说明。
一种抓取型机器人的控制方法，包括：
利用摄像机来获取目标物体的位置信息，经过运算变换转化成机器人手爪的抓取信息，然后再利用工业机器人运动学的逆解算法计算出一组机械臂各个关节的转角，再通过控制机器人各个关节的转动，使机器人的手爪以特定的姿态到达目标物体的位置并实现对目标物体的准确抓取。
其中，视觉控制具体包括：
(1)图像去燥：
摄像机采集图像后，采用邻域平均法，即由相邻区域中众多像素灰度的平均值来代替每一像素灰度，采集到带有N×N像素的原始图像是g(x,y),并且去除噪音后的图像是h(x,y)；可以得到这样一个公式：
Figure BDA0002558727450000061
其中，x,y＝0,1,2,…,N-1；x则是(x,y)相邻区域图像的全部像素坐标；
(2)图像分割：
假设分割阂值是T，若图像灰度值超过T，那么其就是目标区域；若图像灰度值低于T，那么其就是背景区域，图像墒值定义如下：
Figure BDA0002558727450000071
其中p(x,y)是指像素发生概率，并且p(x,y)＝ni/N指像素数量，N则是像素的总数量；
背景区域中的概率是
Figure BDA0002558727450000072
目标区域中的概率则是
Figure BDA0002558727450000073
其中x＝T，T+1，…，L，并且L是指图像灰度极数。
上述以机器视觉检测为基础的机器人控制方法中，从图像去噪、图像分割，提高机器人抓取和识别稳定性与可操作性，从而促进机器人高效抓取的实现。
参考图1和图2所示，本发明实施例提供的一种抓取型机器人，包括电机A1，所述电机A1的动力输出端转动连接有轴承2的动力输入端，所述轴承2的下方转动连接有基座3，所述基座3的左右两侧分别固定安装有转轴A11和转轴B4，所述转轴A11和转轴B4的外部分别固定连接有承接臂A21和承接臂B5，所述承接臂A21和承接臂B5的内部分别固定安装有红外线控制器A9和红外线控制器B6，所述承接臂A21和承接臂B5的下方分别转动连接有抓手A8和抓手B7，所述抓手B7包括电机B17、连接杆16、电机C18、齿轮19、传送带20、转轴B13、抓臂22和抓板14，所述电机B17的动力输出端转动连接有连接杆16的动力输入端，所述连接杆16的内部固定安装有电机C18，所述电机C18的动力输出端转动连接有齿轮19的动力输入端，且齿轮19可拆卸安装在抓臂22的内部，所述齿轮19的外侧转动连接有传送带20的一端，所述传动带20的另一端转动连接有转轴B13，所述转轴B13的外侧转动连接有抓板14，现有的机器人抓手在抓取管材时，由于管材的形状问题，抓取面小，不便于固定，抓取时容易造成脱落，通过安装有抓手A8和抓手B7，使用时抓手A8和抓手B7将管材抓取在内部，两者进行夹合，随后抓手A8和抓手B7内部的橡胶材质的防滑垫15，确保管材在抓手A8和抓手B7内部不会晃动，形成一次固定，并且通过外部电源给抓手A8和抓手B7上方的伸缩杆10下方的电磁铁10通电，电磁铁10紧紧吸附在管材的表面，对管材形成的二次的固定，确保了管材抓取时的稳定性，提高了安全性，而且现在的工厂环境复杂，管材堆积在一处，抓取环境十分恶略，需要从中进行挑选，传统的机器人抓手抓手末端无法进行活动，在料堆中容易发生碰撞，损坏管材也损坏抓手，通过在抓手A8和抓手B7内部的抓臂22中安装有电机C18，使用时通过外部电源给电机C18通电，电机C18转动，带动抓臂22内部的多个齿轮19转动，齿轮19带动外侧的传送带20转动，传送带20转动带动转轴B13转动，从而转轴B13带动抓手A8和抓手B7最末端的抓板14进行灵活的左右摆动，方便在堆积的料堆中进行挑拣，提高了实用性和使用效果。
参照图1所示，所述基座3的内部下方固定安装有伸缩杆12，所述伸缩杆12的下方固定安装有电磁铁10。
参照图1所示，所述齿轮19的数量为若干，且抓手A8的结构与抓手B7的结构相同。
参照图1和图2所示，所述抓臂22的内侧镶嵌连接有防滑垫15。
参照图1所示，所述电机A1、红外线控制器A9、红外线控制器B6和电磁铁10的电力输入端皆与外部电源的电力输出端呈电性连接，所述电机B17和电机C17的电力输入端皆与红外线控制器B6的电力输出端呈电性连接。
本发明实施例提供一种抓取型机器人，使用时，首先通过外部电源给电机A1通电，电机A1转动，带动下方的轴承2转动，轴承2转动的同时带动下方的基座3转动，从而对抓取的角度进行调整，确保可以满足抓取的复杂环境，随后通过遥控红外线控制器A9和红外线控制器B6，红外线控制器A9和红外线控制器B6利用内部的红外发光二极管，以红外光为载体来将指令信息转换为控制指令接通外部电源，外部电源接通后，抓手A8和抓手B器内部的抓臂22中安装的电机C18开始通电，电机C18转动，带动抓臂22内部的多个齿轮19转动，齿轮19带动外侧的传送带20转动，传送带20转动带动转轴B13转动，从而转轴B13带动抓手A8和抓手B7最末端的抓板14进行灵活的左右摆动，方便在堆积的料堆中进行挑拣，抓取到管材之后，两侧的抓板14向上运动，将管材抵入抓手A8和抓手B7内部的抓臂22中，抓臂22的内侧的橡胶材质的防滑垫15对管材起到了防滑的作用，防止脱落，随后外部电源给电机B17通电，电机B17转动，带动下方的连接杆16转动，连接杆16带动下方的抓臂22相互夹合，从而将管材进行抓取和固定，随后通过外部电源给电磁铁10通电，电磁铁10内部的线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力，从而对管材进行紧紧的吸附，确保了管材不会脱落，提高了安全性。
上述电机A1、电机B17和电机C18均为市面上常见的Y315M-2型号，上述红外线控制器A9和红外线控制器B6为市面上常见的LX2.4 40W*2-FSD型号。
需要说明的是，本发明为一种抓取型机器人，包括电机A1、轴承2、基座3、转轴B4、承接臂B5、红外线控制器B6、抓手B7、抓手A8、红外线控制器A9、电磁铁10、转轴A11、伸缩杆12、转轴B13、抓板14、防滑垫15、连接杆16、电机B17、电机C18、齿轮19、传送带20、承接臂A21、抓臂22，上述电器元件均为现有技术产品，由本领域技术人员根据使用的需要，选取、安装并完成电路的调试作业，确保各用电器均能正常工作，部件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本申请人在这里不做具体限制。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于：包括：
利用摄像机来获取目标物体的位置信息，经过运算变换转化成机器人手爪的抓取信息，然后再利用工业机器人运动学的逆解算法计算出一组机械臂各个关节的转角，再通过控制机器人各个关节的转动，使机器人的手爪以特定的姿态到达目标物体的位置并实现对目标物体的准确抓取。
2.根据权利要求1所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于：视觉控制具体包括：
(1)图像去燥：
摄像机采集图像后，采用邻域平均法，即由相邻区域中众多像素灰度的平均值来代替每一像素灰度，采集到带有N×N像素的原始图像是g(x,y),并且去除噪音后的图像是h(x,y)；可以得到这样一个公式：
Figure FDA0002558727440000011
其中，x,y＝0,1,2,…,N-1；x则是(x,y)相邻区域图像的全部像素坐标；
(2)图像分割：
假设分割阂值是T，若图像灰度值超过T，那么其就是目标区域；若图像灰度值低于T，那么其就是背景区域，图像墒值定义如下：
Figure FDA0002558727440000012
其中p(x,y)是指像素发生概率，并且p(x,y)＝ni/N指像素数量，N则是像素的总数量；
背景区域中的概率是
Figure FDA0002558727440000021
目标区域中的概率则是
Figure FDA0002558727440000022
其中x＝T，T+1，…，L，并且L是指图像灰度极数。
3.根据权利要求1或2所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于：所述的抓取型机器人包括机器人本体和视觉***，所述的机器人本体包括电机A(1)，所述电机A(1)的动力输出端转动连接有轴承(2)的动力输入端，所述轴承(2)的下方转动连接有基座(3)，所述基座(3)的左右两侧分别固定安装有转轴A(11)和转轴B(4)，所述转轴A(11)和转轴B(4)的外部分别固定连接有承接臂A(21)和承接臂B(5)，所述承接臂A(21)和承接臂B(5)的内部分别固定安装有红外线控制器A(9)和红外线控制器B(6)，所述承接臂A(21)和承接臂B(5)的下方分别转动连接有抓手A(8)和抓手B(7)，所述抓手B(7)包括电机B(17)、连接杆(16)、电机C(18)、齿轮(19)、传送带(20)、转轴B(13)、抓臂(22)和抓板(14)，所述电机B(17)的动力输出端转动连接有连接杆(16)的动力输入端，所述连接杆(16)的内部固定安装有电机C(18)，所述电机C(18)的动力输出端转动连接有齿轮(19)的动力输入端，且齿轮(19)可拆卸安装在抓臂(22)的内部，所述齿轮(19)的外侧转动连接有传送带(20)的一端，所述传动带(20)的另一端转动连接有转轴B(13)，所述转轴B(13)的外侧转动连接有抓板(14)。
4.根据权利要求1所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于，所述基座(3)的内部下方固定安装有伸缩杆(12)，所述伸缩杆(12)的下方固定安装有电磁铁(10)。
5.根据权利要求1所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于，所述齿轮(19)的数量为若干，且抓手A(8)的结构与抓手B(7)的结构相同。
6.根据权利要求1所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于，所述抓臂(22)的内侧镶嵌连接有防滑垫(15)。
7.根据权利要求4所述的一种抓取型机器人的控制方法，其特征在于，所述电机A(1)、红外线控制器A(9)、红外线控制器B(6)和电磁铁(10)的电力输入端皆与外部电源的电力输出端呈电性连接，所述电机B(17)和电机C(18)的电力输入端皆与红外线控制器B(6)的电力输出端呈电性连接。
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