CN106985141A - 一种双臂协作机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双臂协作机器人，包括双目视觉组件、集成一体化控制柜、双臂组件及可移动平台，所述集成一体化控制柜内设有电源模块、控制模块、通信模块、制动模块以及主板和硬盘；双目视觉组件包括至少两个用于采集图像信息的摄像头，摄像头连接有头部视觉板卡，头部视觉板卡与主板连接，头部视觉板卡用于获取图像信息并计算出三维几何信息。本发明提供的一种双臂协作机器人，采集速度快，定位精准，通过更加的拟人化设置，操作简单方便，可提高双臂动作的精准度及灵活性，大大提高了机器人的性能。

Description

一种双臂协作机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种双臂协作机器人。
背景技术
随着社会的发展，生产力的提高，越来越多行业用机器人取代人工，机器人不仅能不眠不休的重复干同一件工作，而且能在不同的复杂环境下，如高温，腐蚀性的环境下长时间的工作，因此机器人会不断地深入工业，农业，探险，医疗等行业。人类通过双臂特别适合进行生产制造，双臂协作机器人模拟人类的双臂就是希望借鉴这种优势，做到更加协调的机械臂之间的合作，就像人类一样，可以协调的控制双臂进行工作。
现有的双臂机器人运用于各行各业，从材料搬运到机器维修，从焊接到切割，从喷涂到装配，机器人形状各异，功能不尽相同，但是有一个共性的问题决定了机器人的实用性，那就是机器人的灵活性。
其中，机器人的灵活性主要体现在机器人的双臂协作，但是，目前，机器人的双臂协作的灵活度较低，主要体现在以下方面:
1、单目视觉，单目摄像头对目标进行识别，得到的是平面的信息，对于测量距离的准确度较低，进而影响双臂协作的精准度；
2、功能单一，当机器人的手臂需要增加不同的功能时，无法实现模块的拓展，功能拓展费时费力；
3、双臂协作控制程序复杂，若使双臂可灵活协作，需要进行复杂的编程控制，增加用户繁琐的编程工作。
4、机器人双臂自身受到结构限制不能灵活操作，进而限制双臂协作的灵活性。
总之，目前，常用的双臂机器人双臂协作的灵活性受限原因较多，大大影响机器人的协作动作。
发明内容
本发明的目的在于提出一种双臂协作机器人，以解决现有技术中存在的机器人双臂协作不灵活的技术问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种双臂协作机器人，包括双目视觉组件、集成一体化控制柜、双臂组件及可移动平台，所述集成一体化控制柜内设有电源模块、控制模块、通信模块、制动模块以及主板和硬盘；
所述双目视觉组件包括至少两个用于采集图像信息的摄像头，所述摄像头连接有头部视觉板卡，所述头部视觉板卡与所述主板连接，所述头部视觉板卡用于获取图像信息并计算出三维几何信息。
进一步的，所述集成一体化控制柜中设有扩展模块，所述扩展模块包括扩展面板和扩展通信模块，所述扩展面板上设有多个电气通信接口。
进一步的，所述集成一体化控制柜上设有开口，所述开口内设有能拉伸的抽屉槽，所述扩展模块设于所述抽屉槽内。
进一步的，所述双臂组件包括两条分别设于所述集成一体化控制柜两侧的机械臂，所述机械臂为七自由度机械臂；
所述机械臂上有七个关节，每个关节配有位置传感器检测关节运行位置，所述主板接收所述位置传感器信息及计算形成一个动作轨迹，并对动作轨迹进行记忆。
进一步的，所述机械臂包括底座模块、关节模块及腕关节模块；
所述底座模块包括底座，所述底座与所述集成一体化控制柜固定连接，且水平设置，所述底座内设有第一PCB板，所述第一PCB板与所述控制模块连接，所述底座上设有第一驱动装置；
所述关节模块包括多个子关节，每个所述子关节均包括第二PCB板和第二驱动装置，每个所述第二PCB板与上一个所述子关节的所述第二PCB板连接，首端的所述子关节中所述第二PCB板与所述第一PCB板连接，每个所述第二驱动装置与下一个所述子关节连接，首端的所述子关节与所述第一驱动装置连接；
所述腕关节组件包括两个子腕关节，两个所述子腕关节连接有一个第三PCB板，且每个所述子腕关节均设有第三驱动装置，所述第三PCB板与所述第二PCB板连接，尾端的所述子关节的所述第二驱动装置与首端的所述子腕关节连接，首端的所述子腕关节的所述第三驱动装置连接尾端的所述子腕关节，尾端的所述子腕关节的所述第三驱动装置连接有操控组件；
每个所述子关节的所述第二PCB板和所述子腕关节上的所述第三PCB板上均连接位置传感器和制动器。
进一步的，两条所述机械臂上均安装有牵引启停开关，用于控制所述第一驱动装置、所述第二驱动装置及所述第三驱动装置的开启和关闭，所述启停开关设于所述腕关节模块上。
进一步的，所述双目视觉组件包括壳体，所述摄像头设于所述壳体内，所述摄像头的镜头前的壳体为无色透明壳体，所述壳体与所述集成一体化控制柜通过转动组件连接；
所述转动组件包括用于驱动所述壳体圆周转动的圆周驱动部和用于驱动所述壳体纵向转动的纵向驱动部。
进一步的，所述可移动平台包括固定座，所述集成一体化控制柜的底部设于所述固定座上，所述固定座上连接有脚轮。
进一步的，所述固定座包括两个平行设置的支撑臂，所述支撑臂的两端均设有所述脚轮。
进一步的，所述集成一体化控制柜上的顶部，位于所述双目视觉组件的一侧设有吊装组件。
本发明提供的一种双臂协作机器人，双目视觉组件采用双目系统，即通过两个摄像头采集信息，其结构更像人类的双眼，通过采集的信息确定物体的三维轮廓，通过多幅图像信息获取三维几何信息的视差来计算确定距离，通过头部区间确定高精度的距离后，进而可使机器人的双臂的动作更加精准。
该双臂协作机器人，采集速度快，定位精准，通过更加的拟人化设置，操作简单方便，可提高双臂动作的精准度及灵活性，大大提高了机器人的性能。
附图说明
图1是本发明提供的双臂协作机器人的结构示意图；
图2是本发明提供的双臂协作机器人的主视图；
图3是本发明提供的双臂协作机器人扩展模块处的结构示意图。
图中：
1、双目视觉组件；2、集成一体化控制柜；3、双臂组件；4、可移动平台；5、扩展模块；6、抽屉槽；7、底座；8、子关节；9、子腕关节；10、支撑臂；11、脚轮。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-3所示，一种双臂协作机器人，包括双目视觉组件1、集成一体化控制柜2、双臂组件3及可移动平台4，集成一体化控制柜2内设有电源模块、控制模块、通信模块、制动模块以及主板和硬盘；
双目视觉组件1包括至少两个用于采集图像信息的摄像头，摄像头连接有头部视觉板卡，头部视觉板卡与主板连接，头部视觉板卡用于获取图像信息并计算出三维几何信息。
该双臂机器人根据拟人站立工作状态来设计，双臂前方区域为双臂协作工作区域。
双目系统是双目视觉组件1的拟人设计，在双目视觉组件1上设置两个摄像头，两个摄像头并排设置类似于人类的双眼，其中，双目视觉组件1包括壳体，摄像头设于壳体内，摄像头的镜头前的壳体为无色透明壳体，壳体与集成一体化控制柜2通过转动组件连接；
转动组件包括用于驱动壳体圆周转动的圆周驱动部和用于驱动壳体纵向转动的纵向驱动部，如采用齿轮、齿条等实现圆周及纵向的驱动。
壳体可实现上下、左右的转动，便于摄像头采集信息，其中，在壳体上可设定相应的护目罩，护目罩为透明材质，既不影响摄像头进行图像采集，也可保护摄像头，避免摄像头破损、出现污渍等现象。
集成一体化控制柜2中设有扩展模块5，扩展模块5包括扩展面板和扩展通信模块，扩展面板上设有多个电气通信接口。通过扩展模块5，可扩展机械臂的协作能力，如，在机械臂的末端设置相应的法兰盘，法兰盘可更换相应的操控组件，以实现不同的功能，其中，操控组件的机构部分连接到法兰盘上，相应的控制模块可设置在扩展模块上，与扩展模块上的电气通信接口连接即可。扩展模块方便用户增加功能模块，无需对机械人进行拆卸操作，省时省力，同时，避免拆装错误导致的不必要问题。
优选的，集成一体化控制柜2上设有开口，开口内设有能拉伸的抽屉槽6，扩展模块设于抽屉槽6内。
扩展模块5放置在抽屉槽6内，使用时，可将抽屉槽6拉出，而安装完成后，再将其推回原位，此种结构，不影响机器人整体的外观结构，便于扩展模块的统一管理。
双臂组件3包括两条机械臂分别设于集成一体化控制柜2的两侧，机械臂连接为七自由度机械臂；
机械臂上有七个关节，每个关节配有位置传感器检测关节运行位置，主板接收位置传感器信息及计算形成一个动作轨迹，并对动作轨迹进行记忆。
双臂协作操作还体现在程序控制方面，若需要进行灵活的双臂协作操作需要有复杂的控制程序。为了降低用户繁琐的编程工作，增加机械臂的可自主学习能力，牵引示教功能。即，若需要机械臂完成一组操作动作，在第一次操控时，通过人工的手动带动机械臂完成该套动作，主板通过位置传感器采集到相应的信息后，通过动作记忆模块对动作进行记忆。
同时，也可以预先的设置通过动作记忆模块记忆多套操作动作，使用时，通过主控板调用相应的操作动作信息。
此种操作方式，无需在进行繁琐的编程操作，节省用于时间。机械臂的具体结构为：
机械臂包括底座模块、关节模块及腕关节模块；
底座模块包括底座7，底座7与集成一体化控制柜2固定连接，且水平设置，底座7内设有第一PCB板，第一PCB板与控制模块连接，底座7上设有第一驱动装置；
关节模块包括多个子关节8，每个子关节8均包括第二PCB板和第二驱动装置，每个第二PCB板与上一个子关节8的第二PCB板连接，首端的子关节8的第二PCB板与第一PCB板连接，每个第二驱动装置与下一个子关节8连接，首端的子关节8与第一驱动装置连接；
腕关节组件包括两个子腕关节9，两个子腕关节9连接有一个第三PCB板，且每个子腕关节9均设有第三驱动装置，第三PCB板与第二PCB板连接，尾端的子关节8的第二驱动装置与首端的子腕关节9连接，首端的子腕关节9的第三驱动装置连接尾端的子腕关节9，尾端的子腕关节9的第三驱动装置连接有操控组件；
每个子关节8的第二PCB板和子腕关节9上的第三PCB板上均连接位置传感器和制动器。
机械臂通过底座7、多个子关节8以及多个子腕关节9组成，形成了一个多自由度的机械部，其中，底座7与集成一体化控制柜2固定连接，且底座7呈水平状，使机械臂呈拟人的直立状态，使用时，操作更加灵活，双机械臂支架可更加协调的配合完成操作动作。例如，机械臂包括一个底座7、四个子关节8和两个子腕关节9，组成一个七自由度的机械臂，底座7通过螺栓固定在躯体组件上，底座7固定不同，在底座7上设置中空结构用于所需线缆通过。底座7上的第一PCB板接收控制模块的信号，控制第一驱动装置带动首端的子关节8，同理，首端的子关节8的第二PCB板接收第一PCB板的信号，控制其连接第二驱动装置，多个子关节8及子腕关节9采用相同的方式驱动。
其中，两条机械臂上均安装有牵引启停开关，用于控制第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置的开启和关闭，所述启停开关设于所述腕关节模块上。使用时，开启启停开关，机械臂启动运动记忆功能，此时可通过手动的操控机械臂，关闭启停开关时，关闭运动记忆功能，无法进行直线位移信息和角位移信息的采集。
该双臂协作机器人，在控制方面，还可实现视觉引导、碰撞检测等功能，如当机械臂收到外力冲击时，此时可能出现机器人与外物碰撞的可能，此时需要停止机器人的动作，确保工作环境的正常。
其中，优选的，机械臂上的底座7、子关节8及子腕关节9直接密封连接。
可移动平台4包括固定座，集成一体化控制柜2的底部设于固定座上，固定座上连接有脚轮11，脚轮11在非工作状态下，可以方便机器人移动，在工作状态下可以旋转脚轮11上的转轮，放下脚轮脚座，使机器人升高，方便机器人定位。
优选的，固定座包括两个平行设置的支撑臂10，支撑臂10的两端均设有脚轮11。通过设置脚轮11，机器人整体可自由转动，且机体稳定，进一步的提高机器人的自由度。
集成一体化控制柜2上的顶部，位于双目视觉组件的一侧设有吊装组件。吊装组件为一个或多个吊环，通过吊环连接相应的吊装设备，可实现对双臂协作机器人进行吊装处理。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双臂协作机器人，其特征在于，包括双目视觉组件(1)、集成一体化控制柜(2)、双臂组件(3)及可移动平台(4)，所述集成一体化控制柜(2)内设有电源模块、控制模块、通信模块、制动模块以及主板和硬盘；
所述双目视觉组件(1)包括至少两个用于采集图像信息的摄像头，所述摄像头连接有头部视觉板卡，所述头部视觉板卡与所述主板连接，所述头部视觉板卡用于获取图像信息并计算出三维几何信息。
2.根据权利要求1所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述集成一体化控制柜(2)中设有扩展模块(5)，所述扩展模块(5)包括扩展面板和扩展通信模块，所述扩展面板上设有多个电气通信接口。
3.根据权利要求2所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述集成一体化控制柜(2)上设有开口，所述开口内设有能拉伸的抽屉槽(6)，所述扩展模块(5)设于所述抽屉槽(6)内。
4.根据权利要求1所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述双臂组件(3)包括两条分别设于所述集成一体化控制柜(2)两侧的机械臂，所述机械臂为七自由度机械臂；
所述机械臂上有七个关节，每个关节配有位置传感器检测关节运行位置，所述主板接收所述位置传感器信息及计算形成一个动作轨迹，并对动作轨迹进行记忆。
5.根据权利要求4所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述机械臂包括底座模块、关节模块及腕关节模块；
所述底座模块包括底座(7)，所述底座(7)与所述集成一体化控制柜(2)固定连接，且水平设置，所述底座(7)内设有第一PCB板，所述第一PCB板与所述控制模块连接，所述底座(7)上设有第一驱动装置；
所述关节模块包括多个子关节(8)，每个所述子关节(8)均包括第二PCB板和第二驱动装置，每个所述第二PCB板与上一个所述子关节(8)的所述第二PCB板连接，首端的所述子关节(8)中所述第二PCB板与所述第一PCB板连接，每个所述第二驱动装置与下一个所述子关节(8)连接，首端的所述子关节(8)与所述第一驱动装置连接；
所述腕关节组件包括两个子腕关节(9)，两个所述子腕关节(9)连接有一个第三PCB板，且每个所述子腕关节(9)均设有第三驱动装置，所述第三PCB板与所述第二PCB板连接，尾端的所述子关节(8)的所述第二驱动装置与首端的所述子腕关节(9)连接，首端的所述子腕关节(9)的所述第三驱动装置连接尾端的所述子腕关节(9)，尾端的所述子腕关节(9)的所述第三驱动装置连接有操控组件；
每个所述子关节(8)的所述第二PCB板和所述子腕关节(9)上的所述第三PCB板上均连接位置传感器和制动器。
6.根据权利要求5所述的双臂协作机器人，其特征在于，两条所述机械臂上均安装有牵引启停开关，用于控制所述第一驱动装置、所述第二驱动装置及所述第三驱动装置的开启和关闭，所述启停开关设于所述腕关节模块上。
7.根据权利要求1所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述双目视觉组件(1)包括壳体，所述摄像头设于所述壳体内，所述摄像头的镜头前的壳体为无色透明壳体，所述壳体与所述集成一体化控制柜(2)通过转动组件连接；
所述转动组件包括用于驱动所述壳体圆周转动的圆周驱动部和用于驱动所述壳体纵向转动的纵向驱动部。
8.根据权利要求1所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述可移动平台包括固定座，所述集成一体化控制柜(2)的底部设于所述固定座上，所述固定座上连接有脚轮(11)。
9.根据权利要求8所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述固定座包括两个平行设置的支撑臂(10)，所述支撑臂(10)的两端均设有所述脚轮(11)。
10.根据权利要求1所述的双臂协作机器人，其特征在于，所述集成一体化控制柜(2)上的顶部，位于所述双目视觉组件的一侧设有吊装组件。
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