CN107263485A - 基于机器视觉工厂载货机器人 - Google Patents

Abstract

本发明是基于机器视觉工厂载货机器人，其结构包括机械部分和电子部分；电子部分包括终端设备、传感器单元、图像采集模块、主控制器系统、信息显示模块、供电系统、执行机构、信息提示模块；终端设备的信号输出端与主控制器系统的第一信号输入端相连，传感器单元的信号输出端与主控制器系统的第二信号输入端相连，图像采集模块的信号输出端与主控制器系统的第三信号输入端相连，供电系统的信号输出端与主控制器系统的第四信号输入端相连，主控制器系统的第一信号输出端与执行机构的信号输入端相连，主控制器系统的第二信号输出端与信息显示模块的信号输入端相连。优点：1）适应不同的环境；2）操作简单；3）极大降低降低企业成本。

Description

基于机器视觉工厂载货机器人

技术领域

本发明涉及的是一种基于机器视觉工厂载货机器人，属于智能服务机器人领域，特别适用于形状颜色差异较大的物体的搬运。

背景技术

近年来我国迅猛发展，信息技术、自动控制技术、图像处理技术等早已融入到我们的生活当中，在我们的生活水平提高上起到了无法替代的作用，也为智能机器人的发展提供了坚实的基础。

随着人工智能计划的提出，现在正处于智能设备的发展的黄金时期，小距离自动运输市场的要求，人力劳动已经不能满足人们生产速度的需要，机器自动化刚好能够弥补这一不足；尽管现在有很多智能机器，载货能力强、高识别率、高工作效率，但那大都是针对于大型的企业的，很多小型的企业或者刚起步的企业资金周转不过来，根本买不起这种设备，本发明针对识别分类要求较高但是重复工作耗时较长的工作，可以帮助中小型企业大大节省制造成本，从根本上提高质量和效率。

发明内容

本发明提出的是一种基于机器视觉工厂载货机器人，其目的旨在提供一种能够自动搬运货物的机器人，降低企业的制造成本。

本发明的技术方案：基于机器视觉工厂载货机器人，其结构包括机械部分和电子部分；其中，电子部分包括终端设备、传感器单元、图像采集模块、主控制器系统、信息显示模块、供电系统、执行机构、信息提示模块；终端设备的信号输出端与主控制器系统的第一信号输入端相连，传感器单元的信号输出端与主控制器系统的第二信号输入端相连，图像采集模块的信号输出端与主控制器系统的第三信号输入端相连，供电系统的信号输出端与主控制器系统的第四信号输入端相连，主控制器系统的第一信号输出端与执行机构的信号输入端相连，主控制器系统的第二信号输出端与信息显示模块的信号输入端相连，主控制器系统的第三信号输出端与信息提示模块输入端相连。

优点：

1）本发明载货机器人结构简单科学，拼装快捷，能适应不同的场合环境，能自动识别货物并送到该类货物对应的区域；

2）本发明采用图像识别技术通过图像识别获得当前局部的交通情况及准备下个动作，动作切换不会发生迟钝或过度的情况，操作简单，能够将运行的状态，运行的时间较为直观的显示在LCD12864上面；

3）本发明能极大降低企业成本，同时有很高的质量，具有较好的市场推广价值。

附图说明

附图1是基于机器视觉工厂载货机器人的电子部分结构示意图。

附图2是基于机器视觉工厂载货机器人的机械部分结构示意图。

附图3是执行机构与主控制系统的连接示意图。

附图中1是亚克力板支架，2是万向轮，3是电机固定位置，4是通道，5是A伺服电机固定位置，6是机械手，7是螺丝杆，8是机械臂，9是机械臂顶部。

具体实施方式

基于机器视觉工厂载货机器人，其结构包括机械部分和电子部分；其中，电子部分包括终端设备、传感器单元、图像采集模块、主控制器系统、信息显示模块、供电系统、执行机构、信息提示模块；终端设备的信号输出端与主控制器系统的第一信号输入端相连，传感器单元的信号输出端与主控制器系统的第二信号输入端相连，图像采集模块的信号输出端与主控制器系统的第三信号输入端相连，供电系统的信号输出端与主控制器系统的第四信号输入端相连，主控制器系统的第一信号输出端与执行机构的信号输入端相连，主控制器系统的第二信号输出端与信息显示模块的信号输入端相连，主控制器系统的第三信号输出端与信息提示模块输入端相连。

所述终端设备为手机、电脑、平板等电子产品中的一种或几种，具体是哪种电子产品对于终端设备并没有很严格的要求；终端设备输入的参数包括机器人工作的时间、待识别的物体的特征、机器人的安全距离、移动的大概距离等。

所述传感器单元包括红外模块、电子罗盘、超声波模块、码盘；其中，TCRT5000红外模块用来识别小车的轨迹，是小车行进的基础；电子罗盘控制方向，因为它产生的误差不会叠加，这保证了机器人在旋转时候的精度，每次都能够旋转到指定角度；HC-SR04超声波模块用来测距，测量车体和周围物体的距离，当小车和周围物体的距离小于安全距离时会触发中断暂停小车，从而避免机器人发生故障或环境突然发生变化造成财产损失；光栅码盘用来计量机器人移动的距离，这使得机器人可以到达指定位置进行扫描；传感器单元中的各个部分可根据需要分布在机器人的不同位置。

所述图像采集模块采用实时视频摄像头；实时视频摄像头采集到的图片送到主控制器系统进行处理，将实时视频摄像头采集到的图片的敏感区域的信息提取出红绿蓝三种颜色所占的比例进行颜色区分；处理获得灰度图像，提取黑色边框得到形状信息；摄像头每旋转一定的角度都对应固定的区域，经过对采样得到的数据进行拟合到摄像头当前位置旋转角度和扫描区域的关系，当摄像头角度固定时扫描区域的长宽也就固定了，进而由待搬运物体在实时视频摄像头采集到的图片中的相对位置关系就能得到当前摄像头和待搬运物体的横向距离和纵向距离；经过对实时视频摄像头采集到的图片的处理得到待搬运物体的边线在实时视频摄像头采集到的图片上的长度，又因为摄像头角度固定，实时视频摄像头采集到的图片上的点和实际点的比例固定，经过采样分析得到实时视频摄像头采集到的图片上的一个区域和真实场景的对应关系，从而就能够大致得到待搬运物体的几何信息。

所述信息显示模块采用LCD12864显示屏。

所述信息提示模块主要为扬声器及驱动器，用于播放提示信息。

所述主控制器系统包括NI myRIO-1900开发版和外围电路。

所述执行机构包括直流齿轮马达、驱动电路板、A伺服电机、B伺服电机；其中直流齿轮马达控制机器人前进、后退、旋转等基本动作，A伺服电机控制机械手的垂直高度，B伺服电机控制机械手的张合角度及力度；采用型号为Motor Adapter for NI myRIO驱动电路板对直流齿轮马达进行控制，连接关系如图3所示.

所述A伺服电机、B伺服电机的信号线直接和主控制器系统中主控板的C号端口相连。

所述基于机器视觉工厂载货机器人的机械部分包括四个通道4、四个万向轮2、亚克力板1、机械手6、螺丝杆7、机械臂8；其中，四个通道4固定组合成一个矩形的底座，底座上固定有亚克力板1，亚克力板1上面用来放置供电系统和主控制系统，底座四角处各有一个万向轮2，底座的一条边上固定有机械臂8，机械臂8与底座垂直，机械臂8背向底座的一侧有左右对称分布的两个竖直放置的螺丝杆7，在两个螺丝杆7上装有机械手6，两个螺丝杆7的底部连接A伺服电机，通过A伺服电机控制螺丝杆7的转动，进而带动机械手6在竖直方向上高度的变化；机械手6与B伺服电机连接，B伺服电机控制机械手的张开角度，使机械手具备货物搬运能力的基础。

所述两个螺丝杆7的底部为A伺服电机固定位置5。

所述图像采集模块和伺服电机固定在机械臂顶部9处。

所述A伺服电机优选连续旋转伺服电机，所述的连续旋转伺服电机和螺丝杆7通过联轴器连接在一起。

所述机械手6通过齿轮与B伺服电机连接，B伺服电机通过齿轮控制机械手的张开角度，使机械手具备货物搬运能力的基础。

B伺服电机优选485伺服电机。

如图2，所述直流齿轮马达通过U型支架固定在底座四个脚的电机固定位置3处，直流齿轮马达通过控制底座四个脚上的四个万向轮2就能控制车子的移动速度和方向。

所述直流齿轮马达与底座平面呈45度角。

所述四个通道等长。

所述四个通道4通过连接器连接固定组合成一个矩形的底座，所述的连接器为扁平状。

工作时，终端设备和主控制器系统相连进行参数设置和在线调试，终端设备将参数送到主控制器系统；传感器单元、图像采集模块、信息显示模块及供电系统、执行机构分别与主控制器系统相连，主控制器系统将传感器单元和图像采集模块输送的信息进行处理，然后对执行机构下发指令，并且将处理过的参数输送到信息显示模块进行显示。

本发明的这款机器人和传统的比起来要智能很多，可以节省大量的劳动力，并且工作时间较长，工作效率和准确率也很高；采用无线传输的方式，可以将采集到的信息传输到多个终端，如手机、电脑、平板等，可以在线观察当前的情况，也可以在线调试。

下面介绍基于机器视觉的工厂载货机器人具体工作时的应用实例：

现在需要将A区域红色包裹送到B区，将A区的黑色包裹送到C区；机器人从0区开始出发，具体工作方法如下：

1）用平板或电脑等多个终端连接局域网进行参数设置；本次需要设置0ABC四个区域之间的距离和走法，将待识别的物体的特征存储到库中，设置查找范围；

2）当机器人到达取货区域时摄像头在伺服电机的带动下在指定范围成S型巡回查找，确定货物的数量位置然后开始搬运；如果在误差范围内没有找到待搬运的物体，机器人利用蜂鸣器发出警报指示参数错误，持续三秒后语音提示模块提示具体的错误；

3）在预先规划好的路上寻迹配送，目标区域会贴上相应的标志，当机器人按照预定路程到达目标区域时，机器人开始扫描标志，如果扫描到相应的标志，机器人将货物放下；若没有检测到相应的标志，则发出警告，扩音器发出提示语音；

4）机器在前进过程中会有一些唯一选择的路程，如必须左转、右转、直行等，在这样的地方摆放相应的交通标志，在遇到此类标志时机器人要绝对执行；

5）机器人在移动过程中有前进后退左右旋转等动作，在移动过程中根据传感器提供的值作为调节机器人动作的依据，配合位置式PID算法；位置式PID算法首先根据光电码盘返回值进行比例运算，这个可以保证机器人整体的运动趋势不会出错，反应比较迅速；然后进行积分运算，将一直以来的误差累计分析对返回值进行进一步处理；最后进行微分运算，预估机器人下一步的动作；这样动作不会出现过度调节，动作过快等问题。

Claims (10)

1.基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是包括机械部分和电子部分；其中，电子部分包括终端设备、传感器单元、图像采集模块、主控制器系统、信息显示模块、供电系统、执行机构、信息提示模块；终端设备的信号输出端与主控制器系统的第一信号输入端相连，传感器单元的信号输出端与主控制器系统的第二信号输入端相连，图像采集模块的信号输出端与主控制器系统的第三信号输入端相连，供电系统的信号输出端与主控制器系统的第四信号输入端相连，主控制器系统的第一信号输出端与执行机构的信号输入端相连，主控制器系统的第二信号输出端与信息显示模块的信号输入端相连，主控制器系统的第三信号输出端与信息提示模块输入端相连。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述终端设备为手机、电脑、平板等电子产品中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述传感器单元包括红外模块、电子罗盘、超声波模块、码盘。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述图像采集模块采用实时视频摄像头；实时视频摄像头采集到的图片送到主控制器系统进行处理，将实时视频摄像头采集到的图片的敏感区域的信息提取出红绿蓝三种颜色所占的比例进行颜色区分；处理获得灰度图像，提取黑色边框得到形状信息；摄像头每旋转一定的角度都对应固定的区域，经过对采样得到的数据进行拟合得到摄像头当前位置旋转角度和扫描区域的关系；当摄像头角度固定时，扫描区域的长宽也就固定了，进而由待搬运物体在实时视频摄像头采集到的图片中的相对位置关系就能得到当前摄像头和待搬运物体的横向距离和纵向距离；通过对实时视频摄像头采集到的图片的处理，得到待搬运物体的边线在实时视频摄像头采集到的图片上的长度，因为摄像头角度固定，实时视频摄像头采集到的图片上的点和实际点的比例固定，经过采样分析，得到实时视频摄像头采集到的图片上的一个区域和真实场景的对应关系，从而就能够得到待搬运物体的几何信息。

5.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述信息显示模块采用LCD12864显示屏。

6.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述信息提示模块为扬声器及驱动器。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述执行机构包括直流齿轮马达、驱动电路、A伺服电机、B伺服电机。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述基于机器视觉工厂载货机器人的机械部分包括四个通道、四个万向轮、亚克力板、机械手、螺丝杆、机械臂；其中，四个通道固定组合成一个矩形的底座，底座上固定有亚克力板，底座四角处各有一个万向轮，底座的一条边上固定有机械臂，机械臂与底座垂直，机械臂背向底座的一侧有左右对称分布的两个竖直放置的螺丝杆，在两个螺丝杆上装有机械手，两个螺丝杆的底部连接A伺服电机，通过A伺服电机控制螺丝杆的转动，进而带动机械手在竖直方向上高度的变化；机械手与B伺服电机连接，B伺服电机控制机械手的张开角度，使机械手具备货物搬运能力的基础。

9.根据权利要求7所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述直流齿轮马达通过U型支架固定在底座的四个脚，直流齿轮马达通过控制底座四个脚上的四个万向轮就能控制车子的移动速度和方向。

10.根据权利要求8所述的基于机器视觉工厂载货机器人，其特征是所述四个通道等长。