CN113733140B - 一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法 - Google Patents

一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1安装：将机械臂安装到工作台上，调节机械臂的位置和角度，基于机械臂的主控计算机与视觉处理单元进行调试，位置调试完成后等待抓取；S2抓取：在调试完成后，机械臂的抓取单元与零件对准，通过夹持与吸附同时进行的方式对零件进行抓取；S3拨动清理：在机械臂难以对零件进行抓取时，通过吹气的方式或拨动的方式改变零件的状态使其便于抓取工作；在抓取完成后，吹过吹气和毛刷对工作台进行清理；本发明本发明抓取零件方便稳定，工作效率高，能源消耗少，便于推广。

Description

一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法
技术领域
本发明涉及技术领域，尤其是一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法。
背景技术
机械臂是"ROBOT"一词的中文译名。根据国家标准，工业机械臂定义为“其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可以对3个以上轴进行编程，它可以是固定式或者移动式，在工业自动化应用中使用”。操作机又定义为“是一种机器，其机构通常由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体(工具或工件)”。所以对工业机械臂可能理解为：拟人手臂、手腕和手功能的机械电子装置；它可把任一物件或工具按空间位姿(位置和姿态)的时变要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。如夹持焊钳或焊枪，对汽车或摩托车车体进行了点焊或弧焊；搬运压铸或冲压成型的零件或构件；进行激光切割、喷涂装配机械零部件等等。
在现有技术中，例如专利公开号CN211920128U公开的机械臂，其通过平扫装置的设置可拨动待抓取零件，使其满足视觉传感器的识别信号，从而进行吸附抓取；但由于在使用时需要对不同的物料进行抓取，此类机械臂在使用时，仅能通过单一的吸附进行抓取，在抓取零件时时常会出现零件掉落的现象，难以保证抓取的稳定性，影响工作效率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，用以解决上述背景技术中的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1安装：将机械臂安装到工作台上，调节机械臂的位置和角度，基于机械臂的主控计算机与视觉处理单元进行调试，位置调试完成后等待抓取；
S2抓取：在调试完成后，机械臂的抓取单元与零件对准，通过夹持与吸附同时进行的方式对零件进行抓取；
S3拨动清理：在机械臂难以对零件进行抓取时，通过吹气的方式或拨动的方式改变零件的状态使其便于抓取工作；在抓取完成后，吹过吹气和毛刷对工作台进行清理。
优选为：步骤S2中的抓取单元包括抓取箱，所述机械臂的末端装配有安装筒，所述抓取箱固定在安装筒内；夹持机构，设于抓取箱底部，用于抓取零件，所述夹持机构包括若干个夹持件，各夹持件均与抓取箱底部铰接，且各夹持件绕抓取箱底部中心周向均匀设置；驱动机构，用于带动夹持机构抓取零件；所述驱动机构包括第一电机，安装在抓取箱内底壁上，所述第一电机的输出端上设置有螺纹杆，所述螺纹杆竖直设置；螺套，套设在螺纹杆上与螺纹杆螺纹连接；第一连杆，所述第一连杆的一端与螺套铰接；第二连杆，所述第二连杆的一端与第一连杆远离螺套的一端铰接，所述抓取箱底部开设有供第二连杆活动的活动孔，所述第二连杆远离第一连杆的一端穿出活动孔与夹持件铰接；当螺套上下运动时能够通过第一连杆和第二连杆的传动带动夹持件绕抓取箱转动。
优选为：所述夹持件包括铰接板，所述铰接板与抓取箱底部铰接设置，所述第二连杆与铰接板铰接；夹紧板，所述夹紧板可拆卸连接于铰接板下端，所述铰接板上设置有插槽，所述夹紧板上设置有插块，所述插块和铰接板上均设置有螺纹孔，所述插块***插槽内且通过锁紧螺钉锁紧固定。
优选为：所述夹持件上设置有第一吸附机构，所述第一吸附机构包括吸附板，安装在夹紧板内侧，所述吸附板上均匀开设有吸附孔；吸附通道，设于吸附板与夹紧板之间，所述吸附通道与吸附孔连通；连接头，安装在夹紧板上，其一端向内延伸至与吸附通道连通；第一吸气管，一端与连接头连接、另一端连接外界的抽气风机。
优选为：所述抓取箱下端还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括气缸座，所述抓取箱底部开设有夹紧槽，所述气缸座滑动连接在夹紧槽内，所述气缸座上安装有夹紧气缸；推板，安装在夹紧气缸的输出端上，所述推板与铰接板连接；弹簧，设于夹紧槽内，位于气缸座远离铰接板的一侧，所述弹簧的两端分别与气缸座和夹紧槽侧壁连接。
优选为：所述抓取箱内设置有第二吸附机构，所述第二吸附机构包括吸附筒，上端开口，所述吸附筒固定在抓取箱内侧壁上；活塞，设于吸附筒内与吸附筒内壁密封连接，所述活塞与吸附筒下半部分形成密封的吸附腔，所述吸附筒上开设有与吸附腔连通的进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔内均设置有单向阀；升降杆，一端与螺套固定连接，另一端从吸附筒底部穿入吸附筒与活塞连接；第二吸气管，所述第二吸气管的一端与吸附腔连通，另一端向下延伸穿出所述抓取箱至各夹持件之间。
优选为：还包括拨动机构，所述拨动机构包括机架，固定在安装筒内部；电动推杆，固定在机架底部；拨动杆，固定在电动推杆下端且受电动推杆控制上下移动，所述电动推杆下端安装有毛刷。
优选为：所述拨动机构还包括喷气嘴，固定在拨动杆上；喷气管，一端与喷气嘴连接、另一端与供气装置连通。
优选为：所述供气装置包括转盘，所述转盘与住区箱外壁密封连接，所述转盘上开设有放空孔和供气孔，所述吸附筒上的出气孔与转盘的放空孔或供气孔连通；第二电机，安装在机架上用于控制转盘转动切换出气孔的连通状态；所述喷气管与转盘的供气孔连通。
优选为：所述视觉处理单元包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器。
本发明的有益效果是：本发明抓取零件方便稳定，工作效率高，能源消耗少，便于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式中安装筒的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式中夹持机构的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式中夹紧板的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式中转盘的结构示意图；
图中示例为：1机械臂，2安装筒，3抓取箱，4第一电机，5螺纹杆，6螺套，7第一连杆，8第二连杆，9活动孔，10视觉处理单元，11铰接板，12夹紧板，13锁紧螺钉，14吸附板，15吸附孔，16吸附通道，17连接头，18第一吸气管，19气缸座，20夹紧气缸，21推板，22弹簧，23吸附筒，24活塞，25吸附腔，26进气孔，27出气孔，28升降杆，29第二吸气管，30机架，31电动推杆，32拨动杆，33毛刷，34喷气嘴，35喷气管，36转盘，37放空孔，38供气孔，39第二电机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明公开了一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1安装：将机械臂安装到工作台上，调节机械臂的位置和角度，基于机械臂的主控计算机与视觉处理单元进行调试，位置调试完成后等待抓取；
S2抓取：在调试完成后，机械臂的抓取单元与零件对准，通过夹持与吸附同时进行的方式对零件进行抓取；
S3拨动清理：在机械臂难以对零件进行抓取时，通过吹气的方式或拨动的方式改变零件的状态使其便于抓取工作；在抓取完成后，吹过吹气和毛刷对工作台进行清理。
实施例2
如图1～图4所示，在本实施例中，实施例1中的抓取单元包括抓取箱3，所述机械臂1的末端装配有安装筒2，所述抓取箱3固定在安装筒2内；夹持机构，设于抓取箱3底部，用于抓取零件，所述夹持机构包括若干个夹持件，各夹持件均与抓取箱3底部铰接，且各夹持件绕抓取箱3底部中心周向均匀设置；驱动机构，用于带动夹持机构抓取零件；所述驱动机构包括第一电机4，安装在抓取箱3内底壁上，所述第一电机4的输出端上设置有螺纹杆5，所述螺纹杆5竖直设置；螺套6，套设在螺纹杆5上与螺纹杆5螺纹连接；第一连杆7，所述第一连杆7的一端与螺套6铰接；第二连杆8，所述第二连杆8的一端与第一连杆7远离螺套6的一端铰接，所述抓取箱3底部开设有供第二连杆8活动的活动孔9，所述第二连杆8远离第一连杆7的一端穿出活动孔9与夹持件铰接；当螺套6上下运动时能够通过第一连杆7和第二连杆8的传动带动夹持件绕抓取箱3转动；所述视觉处理单元10安装在安装筒2上，所述视觉处理单元10包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器。
通过上述技术方案，由第一电机控制螺纹杆的转动，带动螺套的升降，通过第一连杆和第二连杆的传动，实现夹持件对零件的抓取工作，抓取方便，传动稳定。
在本实施例中，所述夹持件包括铰接板11，所述铰接板11与抓取箱3底部铰接设置，所述第二连杆8与铰接板11铰接；夹紧板12，所述夹紧板12可拆卸连接于铰接板11下端，所述铰接板11上设置有插槽，所述夹紧板12上设置有插块，所述插块和铰接板11上均设置有螺纹孔，所述插块***插槽内且通过锁紧螺钉13锁紧固定。
通过上述技术方案，通过夹紧板与铰接板的可拆卸连接，可根据不同的零件更换不同的夹紧板，使夹紧板的形状与待抓取零件的匹配，保证抓取的稳定性，便于维修更换。
在本实施例中，所述夹持件上设置有第一吸附机构，所述第一吸附机构包括吸附板14，安装在夹紧板12内侧，所述吸附板14上均匀开设有吸附孔15；吸附通道16，设于吸附板14与夹紧板12之间，所述吸附通道16与吸附孔15连通；连接头17，安装在夹紧板12上，其一端向内延伸至与吸附通道16连通；第一吸气管18，一端与连接头17连接、另一端连接外界的抽气风机。
通过采用上述技术方案，通过抽气风机抽气，带动吸附通道至吸附板的吸附孔上形成吸附力，从侧部对抓取的零件进行吸附，提高抓取零件的稳定性，连接头的设置，便于安装拆卸第一吸气管。
在本实施例中，所述抓取箱3下端还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括气缸座19，所述抓取箱3底部开设有夹紧槽，所述气缸座19滑动连接在夹紧槽内，所述气缸座19上安装有夹紧气缸20；推板21，安装在夹紧气缸20的输出端上，所述推板21与铰接板11连接；弹簧22，设于夹紧槽内，位于气缸座19远离铰接板11的一侧，所述弹簧22的两端分别与气缸座19和夹紧槽侧壁连接。
通过上述技术方案，通过夹紧机构的设置，在夹持件抓取零件时，通过弹簧的挤压力始终保持推板给予夹持件一定的向内推力，进一步保证抓取零件的稳定性，夹紧气缸的设置便于调节夹紧力。
在本实施例中，所述抓取箱3内设置有第二吸附机构，所述第二吸附机构包括吸附筒23，上端开口，所述吸附筒23固定在抓取箱3内侧壁上；活塞24，设于吸附筒23内与吸附筒23内壁密封连接，所述活塞24与吸附筒23下半部分形成密封的吸附腔25，所述吸附筒23上开设有与吸附腔25连通的进气孔26和出气孔27，所述进气孔26和出气孔27内均设置有单向阀；升降杆28，一端与螺套6固定连接，另一端从吸附筒23底部穿入吸附筒23与活塞24连接；第二吸气管29，所述第二吸气管29的一端与吸附腔25连通，另一端向下延伸穿出所述抓取箱3至各夹持件之间。
通过上述技术方案，通过第二吸附机构的设置，启动第一电机带动螺杆转动后螺套上升，通过第一连杆和第二连杆的传动，带动夹持件向内转动进行夹持抓取，在夹持抓取的同时，升降杆带动活塞上升，此时吸附腔内的气体增大，内部气压降低，通过第二吸气管在零件的上端形成负压，从零件上端对零件进行吸附抓取；同理，在松开零件时，控制第一电机反向转动带动螺纹杆反向转动，螺套下降，通过第一连杆和第二连杆的传动带动夹持件向外转动松开零件，此时升降杆带动活塞下降，气体从出气口排出，第一吸附管不再产生负压，零件上端的吸附力消失；不用另外设置专门的吸附设备，通过自身螺杆的传动实现在零件上方对零件进行吸附，在提高抓取稳定性的同时，节能省源。
实施例2
如图2和图5所示，在本实施例中，还包括拨动机构，所述拨动机构包括机架30，固定在安装筒2内部；电动推杆31，固定在机架30底部；拨动杆32，固定在电动推杆31下端且受电动推杆31控制上下移动，所述电动推杆31下端安装有毛刷33。
在本实施例中，所述拨动机构还包括喷气嘴34，固定在拨动杆32上；喷气管35，一端与喷气嘴34连接、另一端与供气装置连通；在本实施例中，所述供气装置包括转盘36，所述转盘36与住区箱外壁密封连接，所述转盘36上开设有放空孔37和供气孔38，所述吸附筒23上的出气孔27与转盘36的放空孔37或供气孔38连通；第二电机39，安装在机架30上用于控制转盘36转动切换出气孔27的连通状态；所述喷气管35与转盘36的供气孔38连通；在其他实施例中可直接采用风机等设备作为供气装置用以供气使用。
通过上述技术方案，通过拨动机构的设置，当零件位于机械臂的工作范围外或零件的摆放状态不易于抓取时，通过电动推杆带动拨动杆下降通过毛刷拨动零件，使零件符合抓取状态，同时，当拨动的零件是质量较轻的零件时，启动第二电机，带动转盘转动，使出气口和喷气管连通，当活塞下降时吸附腔内的气体进入到吸附管内从喷气嘴喷出吹动零件调整零件的位置，在不需要通过吹气进行调整时，通过第二电机带动出气口与放空孔连通将气体直接放空；在抓取完成后，喷气嘴的吹气和毛刷的刷动对工作台进行清理打扫；保证抓取工作的顺利进行，提高工作效率，通过设置吹气拨动的方式，避免刮伤零件，同时将吸附腔内的气体反复利用，减少能源的消耗。
工作原理为：将机械臂安装至工作台上，调节机械臂的位置和角度，使视觉传感器对准零件的放置位置；基于机械臂的主控计算机进行调试，确保视觉传感器能采集零件的图像发送到视觉处理器，确保能够进行目标识别分类，计算零件目标的二维坐标位置，调试抓取零件的垂直高度，调试完成准备抓取工作；在调试完成后，机械臂的抓取单元与零件对准，启动第一电机带动螺纹杆转动，从而带动螺套上升，通过第一连杆和第二连杆的传动，带动夹持件向内转动进行夹持抓取，在夹持抓取的同时，升降杆带动活塞上升，此时吸附腔内的气体增大，内部气压降低，通过第二吸气管在零件的上端形成负压，从零件上端对零件进行吸附抓取，并且，启动抽气风机进行抽气，使第一吸气管内形成负压，从而在吸附通道和吸附孔处形成负压，从零件的侧部对零件进行吸附抓取，同时通过夹持、上端吸附和侧部吸附对零件进行抓取工作；在通过机械臂将抓取的零件搬运至指定位置后，停止抽气风机的工作，侧壁吸附力消失，控制第一电机反向转动带动螺纹杆反向转动，螺套下降，通过第一连杆和第二连杆的传动带动夹持件向外转动松开零件，此时升降杆带动活塞下降，气体从出气口排出，第一吸附管不再产生负压，零件上端的吸附力消失，机械臂开始抓取下一个零件；在机械臂难以对零件进行抓取时(当零件位于机械臂的工作范围外或零件的摆放状态不易于抓取)，通过电动推杆带动拨动杆下降通过毛刷拨动零件，使零件符合抓取状态，同时，当拨动的零件是质量较轻的零件时，启动第二电机，带动转盘转动，使出气口和喷气管连通，当活塞下降时吸附腔内的气体进入到吸附管内从喷气嘴喷出吹动零件调整零件的位置，在不需要通过吹气进行调整时，通过第二电机带动出气口与放空孔连通将气体直接放空；在抓取完成后，喷气嘴的吹气和毛刷的刷动对工作台进行清理打扫。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1安装：将机械臂安装到工作台上，调节机械臂的位置和角度，基于机械臂的主控计算机与视觉处理单元进行调试，位置调试完成后等待抓取；
S2抓取：在调试完成后，机械臂的抓取单元与零件对准，通过夹持与吸附同时进行的方式对零件进行抓取；
S3拨动清理：在机械臂难以对零件进行抓取时，通过吹气的方式或拨动的方式改变零件的状态使其便于抓取工作；在抓取完成后，吹过吹气和毛刷对工作台进行清理；
步骤S2中的抓取单元包括
抓取箱，所述机械臂的末端装配有安装筒，所述抓取箱固定在安装筒内；
夹持机构，设于抓取箱底部，用于抓取零件，所述夹持机构包括若干个夹持件，各夹持件均与抓取箱底部铰接，且各夹持件绕抓取箱底部中心周向均匀设置；
驱动机构，用于带动夹持机构抓取零件；
所述驱动机构包括
第一电机，安装在抓取箱内底壁上，所述第一电机的输出端上设置有螺纹杆，所述螺纹杆竖直设置；
螺套，套设在螺纹杆上与螺纹杆螺纹连接；
第一连杆，所述第一连杆的一端与螺套铰接；
第二连杆，所述第二连杆的一端与第一连杆远离螺套的一端铰接，所述抓取箱底部开设有供第二连杆活动的活动孔，所述第二连杆远离第一连杆的一端穿出活动孔与夹持件铰接；
当螺套上下运动时能够通过第一连杆和第二连杆的传动带动夹持件绕抓取箱转动；
所述抓取箱内设置有第二吸附机构，所述第二吸附机构包括
吸附筒，上端开口，所述吸附筒固定在抓取箱内侧壁上；
活塞，设于吸附筒内与吸附筒内壁密封连接，所述活塞与吸附筒下半部分形成密封的吸附腔，所述吸附筒上开设有与吸附腔连通的进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔内均设置有单向阀；
升降杆，一端与螺套固定连接，另一端从吸附筒底部穿入吸附筒与活塞连接；
第二吸气管，所述第二吸气管的一端与吸附腔连通，另一端向下延伸穿出所述抓取箱至各夹持件之间；
还包括拨动机构，所述拨动机构包括
机架，固定在安装筒内部；
电动推杆，固定在机架底部；
拨动杆，固定在电动推杆下端且受电动推杆控制上下移动，所述电动推杆下端安装有毛刷；
所述拨动机构还包括
喷气嘴，固定在拨动杆上；
喷气管，一端与喷气嘴连接、另一端与供气装置连通；
所述供气装置包括
转盘，所述转盘与住区箱外壁密封连接，所述转盘上开设有放空孔和供气孔，所述吸附筒上的出气孔与转盘的放空孔或供气孔连通；
第二电机，安装在机架上用于控制转盘转动切换出气孔的连通状态；
所述喷气管与转盘的供气孔连通。
2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述夹持件包括
铰接板，所述铰接板与抓取箱底部铰接设置，所述第二连杆与铰接板铰接；
夹紧板，所述夹紧板可拆卸连接于铰接板下端，所述铰接板上设置有插槽，所述夹紧板上设置有插块，所述插块和铰接板上均设置有螺纹孔，所述插块***插槽内且通过锁紧螺钉锁紧固定。
3.根据权利要求2所述的一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述夹持件上设置有第一吸附机构，所述第一吸附机构包括
吸附板，安装在夹紧板内侧，所述吸附板上均匀开设有吸附孔；
吸附通道，设于吸附板与夹紧板之间，所述吸附通道与吸附孔连通；
连接头，安装在夹紧板上，其一端向内延伸至与吸附通道连通；
第一吸气管，一端与连接头连接、另一端连接外界的抽气风机。
4.根据权利要求2所述的一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述抓取箱下端还设置有夹紧机构，所述夹紧机构包括
气缸座，所述抓取箱底部开设有夹紧槽，所述气缸座滑动连接在夹紧槽内，所述气缸座上安装有夹紧气缸；
推板，安装在夹紧气缸的输出端上，所述推板与铰接板连接；
弹簧，设于夹紧槽内，位于气缸座远离铰接板的一侧，所述弹簧的两端分别与气缸座和夹紧槽侧壁连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述视觉处理单元包括视觉传感器、视觉处理器和测距传感器。
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