CN105936040A - 基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人 - Google Patents

基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人。目的是提供的搬运机器人能自主感知并自主运行，具有小型化、低成本、结构简单的技术特点。技术方案是：基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：包括车架、安装在车架顶部的机械臂、安装在机械臂上的视觉传感器模块、安装在车架底部的行走装置以及寻迹装置，还包括安装在车架上的Arduino控制系统，所述机械臂、视觉传感器模块、寻迹装置、行走装置与Arduino控制系统与电连接并且受该Arduino控制系统控制。

Description

基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人
技术领域
本发明涉及搬运机器人技术领域，具体是一种具有颜色识别及追踪功能的自主运行的搬运机器人。
背景技术
搬运机器人是一种集自主视觉感知，自主移动，自主实施抓取动作，自主移动至指定位置以及自主放置指定物体的机器人。更简单地说，搬运机器人可以实现自动搬运物体的功能。它涵盖了多方面学科的知识，包括传感器技术，机构学，电子控制工程，计算机编程技术以及相关的人工智能方面的优秀成果。它集中体现着目前机电一体化技术的前沿发展水平。目前的搬运机器人普遍结构复杂，存在体积大、成本高昂等缺陷，尚待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种具有颜色识别及追踪功能的自主运行的搬运机器人，能自主感知并自主运行，具有小型化、低成本、结构简单的技术特点。
本发明采用的技术方案是：基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：包括车架、安装在车架顶部的机械臂、安装在机械臂上的视觉传感器模块、安装在车架底部的行走装置以及寻迹装置，还包括安装在车架上的Arduino控制系统，所述机械臂、视觉传感器模块、寻迹装置、行走装置与Arduino控制系统与电连接并且受该Arduino控制系统控制。
作为优选，所述Arduino控制系统包含Arduino Mega2560开发板以及第一、第二Arduino UNO开发板，第一Arduino UNO开发板通过I/O接口与第二ArduinoUNO开发板以及Arduino Mega2560开发板连接通讯。
作为优选，所述机械臂包括第一到第六舵机、五个支架以及一个机械爪，其中，第一到第六舵机依顺序由前至后排列，前后两个相邻舵机之间通过一个支架连接，且支架的一端固定在前一舵机的输出轴上，另一端铰接在后一舵机的外壳上，第一舵机的输出轴上安装着所述机械爪并控制机械爪的开与闭，第六舵机的外壳固定在车架上。
作为优选，所述第一到第六舵机分别与舵机控制板连接，舵机控制板与所述第一Arduino UNO开发板的I/O接口连接。
作为优选，所述行走装置包括四个行走轮，其中两个行走轮布置在车架底部的前侧和后侧，另外两个行走轮布置在车架底部的左侧和右侧，每个行走轮各由一减速电机带动，每个减速电机的电机驱动模块分别连接所述ArduinoMega2560开发板。
作为优选，所述寻迹装置包括呈矩形布置的四个寻迹模块，其中两个位于车架底部的前侧和后侧，另外两个位于车架底部的左侧和右侧，四个寻迹模块分别与所述Arduino Mega2560开发板连接。
作为优选，所述视觉传感器模块安装在第二舵机的壳体顶部，并与所述第二Arduino UNO开发板连接。
本发明的有益效果是：本发明专利以3块Arduino开发板作为核心部件并进行集成开发设计，能够满足机器人的自主移动，自主识别，自主抓取指定物体等功能；自主化程度高，研发制做成本相对较低，结构简单，有利于实现机器人的自主化和小型化。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是寻迹模块的布置结构图。
图3是Arduino控制系统的原理框图。
图4是本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1到图4所示，本发明所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，包括车架1、安装在车架顶部的机械臂2、安装在机械臂上的视觉传感器模块4、安装在车架底部的行走装置6以及寻迹装置7，还包括安装在车架上的Arduino控制系统，所述机械臂、视觉传感器模块、寻迹装置、行走装置与Arduino控制系统与电连接并且受该Arduino控制系统控制。
所述Arduino控制系统包含Arduino Mega2560开发板3-3以及第一ArduinoUNO开发板3-1、第二Arduino UNO开发板3-2，第一Arduino UNO开发板通过预留的I/O接口与第二Arduino UNO开发板的I/O接口以及Arduino Mega2560开发板的I/O接口连接通讯。三块Arduino板之间采用I/O口通讯技术，不仅拓展了Arduino板的I/O口数量，更使得不同硬件能够达到协同配合，自主完成指定动作。
所述机械臂包括第一到第六舵机、五个支架2.1以及一个机械爪5，其中，第一到第六舵机依顺序由前至后排列，前后两个相邻舵机之间通过一个支架连接，且支架的一端固定在前一舵机的输出轴上，另一端铰接在后一舵机的外壳上；即第一舵机2-1的输出轴与第二舵机2-2的外壳之间通过支架连接，第二舵机的输出轴与第三舵机2-3的外壳之间通过支架连接，第三舵机的输出轴与第四舵机的外壳之间通过支架连接，第四舵机2-4的输出轴与第五舵机的外壳之间通过支架连接，第五舵机2-5的输出轴与第六舵机2-6的外壳之间通过支架连接。第一舵机的输出轴上安装着所述机械爪并控制机械爪的开与闭，第六舵机的外壳固定在车架上。
所述第一到第六舵机分别与舵机控制板连接，舵机控制板与所述第一Arduino UNO开发板的I/O接口连接，一定程度上减少了接线难度。所述视觉传感器模块安装在第二舵机的壳体顶部，并与所述第二Arduino UNO开发板的I/O接口连接，该视频传感器模块采用一个具有颜色识别及追踪功能的PIXY摄像头。
所述行走装置包括四个行走轮6-2，其中两个行走轮布置在车架底部的前侧和后侧，另外两个行走轮布置在车架底部的左侧和右侧，每个行走轮各由一减速电机6-1带动，每个减速电机的电机驱动模块(采用L298电机驱动模块)分别连接所述Arduino Mega2560开发板的I/O接口。所述寻迹装置包括呈矩形布置的四个寻迹模块7-1，用于控制机器人的行走路线，以及修正机器人的行走路线。其中两个寻迹模块位于车架底部的前侧和后侧，另外两个寻迹模块位于车架底部的左侧和右侧，四个寻迹模块分别与所述Arduino Mega2560开发板的I/O接口连接。
本发明工作原理是：当PIXY摄像头识别到不同物体时，第二Arduino UNO开发板通过I/O口通讯会给机械臂所连的第一Arduino UNO开发板不同的信号，此时机械臂的各舵机以及机械爪将根据第一Arduino UNO开发板的指令执行不同的动作，通过I/O口通讯，Arduino Mega2560开发板也会发出指令，行走装置也会执行相应的动作，三部分之间协同配合，直至将正确的物体获取，再将其放入正确的地方。
进一步地，本发明专利在车架底部使用了四个寻迹模块，如图2所示，四个寻迹模块呈现矩形分布，分别控制机器人前后左右四个方向上的路径寻迹，在不同的情况下，给Arduino Mega 2560处理器发送不同的信号，Arduino Mega 2560随后给2块L298电机驱动模块发送信号，进而控制四个减速电机的运动，四个减速电机的运动情况不一定相同，但它们可以根据Arduino Mega 2560的指令协同配合完成某一路径的运动。期间，四个寻迹模块还带有反馈作用，当机器人偏离指定的路线时，寻迹模块将会自动感应到并发送有别与上述的信号至Arduino Mega 2560处理器，按照与前述相同的控制方式驱动减速电机，使机器人回归至指定的运动路线，以便完成后续的动作。
进一步地，本发明专利所用的PIXY摄像头具有颜色识别功能及追踪功能。当识别到物体时，摄像头所连的第二Arduino UNO开发板会给机械臂所连的第一Arduino UNO开发板一个信号，此时机械臂将执行抓取该物体的动作，如果在该次没有识别到该物体，摄像头所连的第二Arduino UNO开发板会给机械臂所连的第一Arduino UNO开发板另外一个信号，使得机械臂将不执行抓取物体的动作，转而配合行走装置一起运动至其它地方继续让摄像头识别，如此循环，直至该次任务结束。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：包括车架(1)、安装在车架顶部的机械臂(2)、安装在机械臂上的视觉传感器模块(4)、安装在车架底部的行走装置(6)以及寻迹装置(7)，还包括安装在车架上的Arduino控制系统，所述机械臂、视觉传感器模块、寻迹装置、行走装置与Arduino控制系统与电连接并且受该Arduino控制系统控制。
2.根据权利要求1所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述Arduino控制系统包含Arduino Mega2560开发板(3-3)以及第一、第二Arduino UNO开发板，第一Arduino UNO开发板(3-1)通过I/O接口与第二Arduino UNO开发板(3-2)以及Arduino Mega2560开发板连接通讯。
3.根据权利要求2所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述机械臂包括第一到第六舵机、五个支架(2.1)以及一个机械爪(5)，其中，第一到第六舵机依顺序由前至后排列，前后两个相邻舵机之间通过一个支架连接，且支架的一端固定在前一舵机的输出轴上，另一端铰接在后一舵机的外壳上，第一舵机的输出轴上安装着所述机械爪并控制机械爪的开与闭，第六舵机的外壳固定在车架上。
4.根据权利要求3所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述第一到第六舵机分别与舵机控制板连接，舵机控制板与所述第一Arduino UNO开发板的I/O接口连接。
5.根据权利要求4所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述行走装置包括四个行走轮(6-2)，其中两个行走轮布置在车架底部的前侧和后侧，另外两个行走轮布置在车架底部的左侧和右侧，每个行走轮各由一减速电机(6-1)带动，每个减速电机的电机驱动模块分别连接所述Arduino Mega2560开发板。
6.根据权利要求5所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述寻迹装置包括呈矩形布置的四个寻迹模块(7-1)，其中两个位于车架底部的前侧和后侧，另外两个位于车架底部的左侧和右侧，四个寻迹模块分别与所述Arduino Mega2560开发板连接。
7.根据权利要求6所述的基于Arduino的具有图像识别功能的搬运机器人，其特征在于：所述视觉传感器模块安装在第二舵机的壳体顶部，并与所述第二Arduino UNO开发板连接。
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