CN105128009A - 具有精确感测物体形状位姿的仿生机器人及其感测方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人包括躯干（10）以及设置于该躯干（10）上的两个机械臂（20），还包括设置于躯干（10）头部位置的第一感测机构（30）和设置于一个机械臂（20）端头部位的第二感测机构（40），该仿生机器人由第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测被抓取物体的信息；由控制系统计算被抓取物体的位姿并控制机器人选择合适的抓取方式和抓取位置抓取物体。本发明可以利用位于不同方向的两个摄像机具体成像被抓取物体的立体形状和尺寸，从而选择合适的抓取方向和抓取位置，这种高智能机器人可以适应不同环境下的多种作业方式，使得仿生机器人真正能够做到仿人动作的功能。

Description

具有精确感测物体形状位姿的仿生机器人及其感测方法
技术领域
本发明涉及机器人领域，特别涉及用于高智能仿生机器人。
背景技术
现有技术中机器人大多数都是应用在工业领域，特别是适合生产线上应用，做一些固定工序、重复性的劳动，这种机器人大多采用简单的单臂结构，不需要太复杂的操作，还有一些机器人从事一些稍微复杂一些的操作，需要采用双臂结构，例如：ZL2010106232926《生产系统》，其采用了双臂结构进行操作，还有一些专利采用摄像头对物体进行定位，例如：ZL2012102673153《一种双臂机器人基于Kinect的人机交互方法》,该项专利中采用了摄像头对物体进行定位，但其所采用的摄像头为并排排列的，无法对物体的立体形状进行精确感测，因此，其只适用于固定形状物体的抓取工作，比较适合于大批量生产的生产线使用，更进一步还有将摄像头分别布置在机器人的头部和两个手臂上，例如ZL2015100048147《一种插装生产中的双臂机器人系统及其智能控制方法》，该项专利中利用头部和手臂上的摄像头对抓取的物体进行定位，但该项专利的摄像头仅仅用于物体定位，并没有对所抓取物体的形状进行精密测量，所以，该项专利的技术方案，虽然比上述两个专利更加先进，但其还是仅仅能够抓取规定形状的物体，并不能抓取随机形状的物体，因此，其还是无法达到针对不确定形状物体的可靠抓取。
发明内容
本发明提供的这种智能仿生机器人，采用双臂结构配合设置于不同位置上的两个感测机构，可以实现任何物体的形状、尺寸以及位置、姿态的感测，导引机械手移动并靠近物体、并分析、选择合适的方向和部位实现精确抓取，解决现有技术中无法对不确定形状物体进行可靠抓取的技术问题。
本发明为解决上述技术问题而设计的这种具有感测物体形状的仿生机器人包括躯干以及设置于该躯干上的机械臂，所述机械臂为两个，分别设置于所述躯干的两侧，该仿生机器人还包括用于感测被抓取物体正面形状的第一感测机构以及用于感测被抓取物体纵深形状的第二感测机构，所述第一感测机构设置于躯干的头部位置，所述第二感测机构设置于一个机械臂端头部位。
本发明机器人的进一步改进在于：所述每个机械臂均为至少六轴结构，包括由连接躯干开始依次连接的根部、大臂、小臂、手腕部以及抓取夹具，每个机械臂均包括有设置于根部与躯干之间的第一摆动关节、设置于根部与大臂之间的第二摆动关节、设置于大臂与小臂之间的第三摆动关节、设置于小臂与手腕部之间的第四摆动关节，所述小臂为两段结构，每个机械臂还包括用于控制两段小臂之间相对旋转的第一旋转关节，进一步包括设置于手腕部与抓取夹具之间用于控制所述抓取夹具旋转的第二旋转关节，所述第二感测机构设置于抓取夹具上，所述第一感测机构和第二感测机构均为工业用高清摄像机。
上述仿生机器人的感测方法包括以下步骤：A.由第一感测机构和第二感测机构感测被抓取物体的信息，所述第一感测机构和第二感测机构感测被抓取物体的信息包括被抓取物体的位置、尺寸以及姿态，所述第一感测机构感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体正面尺寸，所述第二感测机构感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体纵深方向上的尺寸；B.将感测信息反馈到机器人控制系统中，由控制系统计算被抓取物体的位姿，所述控制系统计算被抓取物体的位姿包括根据第一感测机构和第二感测机构感测的位置信息定位被抓取物体的位置，根据第一感测机构和第二感测机构感测的尺寸信息计算获得被抓取物体的大小和形状，根据第一感测机构和第二感测机构感测被抓取物体的姿态信息计算获得被抓取物体的偏角；C.控制系统控制机器人选择合适的抓取方式和抓取位置抓取物体，控制系统根据计算获得的被抓取物体位置、大小、形状以及偏角的信息，控制机械臂选择合适的抓取方向和具体位置来抓取物体。
本发明采用上述的技术方案，可以利用位于不同方向的两个摄像机具体成像被抓取物体的立体形状和尺寸，从而选择合适的抓取方向和抓取位置，这种高智能机器人可以适应不同环境下的多种作业方式，使得仿生机器人真正能够做到仿人动作的功能。
附图说明
图1是本发明仿生机器人的立体示意图。图2是本发明仿生机器人的控制原理示意图。
具体实施方式
结合上述附图说明本发明的具体实施例。
由图1和图2中可知，本发明具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人包括躯干10以及设置于该躯干10上的机械臂20，所述机械臂20为两个，分别设置于所述躯干10的两侧，该仿生机器人还包括用于感测被抓取物体正面形状的第一感测机构30以及用于感测被抓取物体纵深形状的第二感测机构40，所述第一感测机构30设置于躯干10的头部位置，所述第二感测机构40设置于一个机械臂20端头部位。这种仿生机器人的感测方法包括以下步骤：A.由第一感测机构30和第二感测机构40感测被抓取物体的信息；B.将感测信息反馈到机器人控制系统中，由控制系统计算被抓取物体的位姿；C.控制系统控制机器人选择合适的抓取方式和抓取位置抓取物体。
由图1和图2中可知，所述每个机械臂20均为至少六轴结构，包括由连接躯干10开始依次连接的根部21、大臂22、小臂23、手腕部24以及抓取夹具25，每个机械臂20均包括有设置于根部21与躯干10之间的第一摆动关节26a、设置于根部21与大臂22之间的第二摆动关节26b、设置于大臂22与小臂23之间的第三摆动关节26c、设置于小臂23与手腕部24之间的第四摆动关节26d，所述小臂23为两段结构，每个机械臂20还包括用于控制两段小臂之间相对旋转的第一旋转关节26e，进一步包括设置于手腕部24与抓取夹具24之间用于控制所述抓取夹具24旋转的第二旋转关节26f；所述第二感测机构40设置于抓取夹具24上；所述第一感测机构30和第二感测机构40均为工业用高清摄像机；所述躯干10包括上躯干11和下躯干12，还包括设置于所述上躯干11与下躯干12之间用于控制上躯干11相对所述下躯干12旋转的第三旋转关节26g。本发明中所述第一感测机构30和第二感测机构40感测被抓取物体的信息包括被抓取物体的位置、尺寸以及姿态，而所述第一感测机构30感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体正面尺寸，所述第二感测机构40感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体纵深方向上的尺寸。其中所述控制系统计算被抓取物体的位姿包括根据第一感测机构30和第二感测机构40感测的位置信息定位被抓取物体的位置，根据第一感测机构30和第二感测机构40感测的尺寸信息计算获得被抓取物体的大小和形状，根据第一感测机构30和第二感测机构40感测被抓取物体的姿态信息计算获得被抓取物体的偏角。控制系统根据计算获得的被抓取物体位置、大小、形状以及偏角的信息，控制机器人自身的第一摆动关节26a至第四摆动关节26d以及第一旋转关节26e至第三旋转关节26g动作，控制抓取夹具24选择合适的抓取方向和具体位置来抓取物体。本发明的重点在于采用两个摄像机感测物体的立体形状以及尺寸，控制系统根据物体的立体形状选择正面抓取还是侧面抓取物体，并可以根据不规则物体的具体形状选择具体的抓取部位，抓取物体更加稳固和安全。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人，包括躯干（10）以及设置于该躯干（10）上的机械臂（20），其特征在于：所述机械臂（20）为两个，分别设置于所述躯干（10）的两侧，该仿生机器人还包括用于感测被抓取物体正面形状的第一感测机构（30）以及用于感测被抓取物体纵深形状的第二感测机构（40），所述第一感测机构（30）设置于躯干（10）的头部位置，所述第二感测机构（40）设置于一个机械臂（20）端头部位。
2.根据权利要求1所述具有精确感测物体形状和位姿的的仿生机器人，其特征在于：所述每个机械臂（20）均为至少六轴结构，包括由连接躯干（10）开始依次连接的根部（21）、大臂（22）、小臂（23）、手腕部（24）以及抓取夹具（25），每个机械臂（20）均包括有设置于根部（21）与躯干（10）之间的第一摆动关节（26a）、设置于根部（21）与大臂（22）之间的第二摆动关节（26b）、设置于大臂（22）与小臂（23）之间的第三摆动关节（26c）、设置于小臂（23）与手腕部（24）之间的第四摆动关节（26d），所述小臂（23）为两段结构，每个机械臂（20）还包括用于控制两段小臂之间相对旋转的第一旋转关节（26e），进一步包括设置于手腕部（24）与抓取夹具（24）之间用于控制所述抓取夹具（24）旋转的第二旋转关节（26f）。
3.根据权利要求2所述具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人，其特征在于：所述第二感测机构（40）设置于抓取夹具（24）上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人，其特征在于：所述第一感测机构（30）和第二感测机构（40）均为工业用高清摄像机。
5.根据权利要求1至3中任一项所述具有感测物体形状和位姿的仿生机器人，其特征在于：所述躯干（10）包括上躯干（11）和下躯干（12），还包括设置于所述上躯干（11）与下躯干（12）之间用于控制上躯干（11）相对所述下躯干（12）旋转的第三旋转关节（26g）。
6.一种如权利要求1至5中任一项所述具有精确感测物体形状和位姿的仿生机器人的感测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：A.由第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测被抓取物体的信息；B.将感测信息反馈到机器人控制系统中，由控制系统计算被抓取物体的位姿；C.控制系统控制机器人选择合适的抓取方式和抓取位置抓取物体。
7.根据权利要求6所述的感测方法，其特征在于：步骤A中所述第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测被抓取物体的信息包括被抓取物体的位置、尺寸以及姿态。
8.根据权利要求7所述的感测方法，其特征在于：步骤A中所述第一感测机构（30）感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体正面尺寸，所述第二感测机构（40）感测被抓取物体的尺寸信息包括被抓取物体纵深方向上的尺寸。
9.根据权利要求8所述的感测方法，其特征在于：步骤B中所述控制系统计算被抓取物体的位姿包括根据第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测的位置信息定位被抓取物体的位置，根据第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测的尺寸信息计算获得被抓取物体的大小和形状，根据第一感测机构（30）和第二感测机构（40）感测被抓取物体的姿态信息计算获得被抓取物体的偏角。
10.根据权利要求9所述的感测方法，其特征在于：步骤C中控制系统根据计算获得的被抓取物体位置、大小、形状以及偏角的信息，控制机器人自身的第一摆动关节（26a）至第四摆动关节（26d）以及第一旋转关节（26e）至第三旋转关节（26g）动作，控制抓取夹具（24）选择合适的抓取方向和具体位置来抓取物体。
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