CN108326858A - 一种蛇形机械臂的姿态获取系统及其使用方法 - Google Patents

一种蛇形机械臂的姿态获取系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蛇形机械臂的姿态获取系统，包括蛇形机械臂以及反射镜，反射镜设置在蛇形机械臂的一侧，蛇形机械臂设置有摄像组件，且摄像组件朝向反射镜设置，用以获取蛇形机械臂于反射镜上的影像。本发明还公开了一种蛇形机械臂的姿态获取系统的使用方法。该系统使用时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的当前姿态影像；当蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的后续姿态影像；将蛇形机械臂的当前姿态影像与蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到蛇形机械臂的姿态变化状况，使用方便；并且，通过二维影像比对的方式实现对蛇形机械臂的姿态变化的实时获取，更为直观准确，简化了运算量。

Description

一种蛇形机械臂的姿态获取系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及蛇形机械臂领域，尤其涉及一种蛇形机械臂的姿态获取系统及其使用方法。
背景技术
随着技术的发展，蛇形机械臂的应用也越来越广泛。现有技术中，对于多关节、多自由度的蛇形机械臂的姿态解算，往往是通过建立数学模型进行求解的方式实现的。而数学模型的方式具有以下几点不足：一是，到目前为止，由于蛇形机械臂结构、关节数量等不同，研究人员所使用的数学模型也各不相同，没有较为统一的数学模型。因此，数学建模的方式十分复杂。二是，随着机械臂关节数量增多，数学模型较多的是采用矩阵连乘的方式，这就导致运算量成倍增加。三是，对于蛇形机械臂而言，运动学的逆运算一直是研究难点，其求解是十分复杂、困难的，这对于实际控制来说是一大挑战。因此，有必要提供一种简单且准确的蛇形机械臂的姿态获取系统，以有效地获取蛇形机械臂的姿态变化状况。
发明内容
本发明的目的是提供一种蛇形机械臂的姿态获取系统及其使用方法，以解决现有技术中运算量大、精度低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种蛇形机械臂的姿态获取系统，包括蛇形机械臂以及反射镜，所述反射镜设置在所述蛇形机械臂的一侧，所述蛇形机械臂设置有摄像组件，且所述摄像组件朝向所述反射镜设置，用以获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的影像。
所述蛇形机械臂包括若干关节单元，各所述关节单元设置有标识板，所述摄像组件还用以获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像。
各所述标识板与对应的关节单元的中心轴垂直。
所述关节单元的两端部均设置有所述标识板。
所述反射镜为平面反射镜。
所述摄像组件为感应摄像头。
本发明还提供一种蛇形机械臂的姿态获取系统的使用方法，包括：
提供如上所述的蛇形机械臂的姿态获取系统；
通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的当前姿态影像；
当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的后续姿态影像；
将所述蛇形机械臂的当前姿态影像与所述蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到所述蛇形机械臂的姿态变化状况。
进一步地，所述蛇形机械臂包括若干关节单元，各所述关节单元设置有标识板，所述摄像组件还用以获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像；
所述通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的当前姿态影像的步骤，具体为：
通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到当前姿态角；
所述当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的后续姿态影像的步骤，具体为：
当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到后续姿态角；
所述将所述蛇形机械臂的当前姿态影像与所述蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到所述蛇形机械臂的姿态变化状况的步骤，具体为：
将所述当前姿态角与所述后续姿态角比对，以得到相邻两关节单元之间的角度变化状况。
本发明的有益效果在于：通过上述的结构设置，使用时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的当前姿态影像；当蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的后续姿态影像；将蛇形机械臂的当前姿态影像与蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到蛇形机械臂的姿态变化状况，结构简单，使用方便；并且，通过二维影像比对的方式实现对蛇形机械臂的姿态变化的实时获取，更为直观准确，简化了运算量。
附图说明
图1为蛇形机械臂的姿态获取系统的结构示意图；
图2为蛇形机械臂的当前姿态影像的示意图；
图3为蛇形机械臂的后续姿态影像的示意图；
图4为本发明的使用方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例一：
参照图1，一种蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，包括蛇形机械臂1以及反射镜2，所述反射镜2设置在所述蛇形机械臂1的一侧，所述蛇形机械臂1设置有摄像组件3，且所述摄像组件3朝向所述反射镜2设置，用以获取所述蛇形机械臂1于所述反射镜2上的影像。
通过上述的结构设置，使用时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的当前姿态影像；当蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过摄像组件获取蛇形机械臂于反射镜上的后续姿态影像；将蛇形机械臂的当前姿态影像与蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到蛇形机械臂的姿态变化状况，结构简单，使用方便；并且，通过二维影像比对的方式实现对蛇形机械臂的姿态变化的实时获取，更为直观准确，简化了运算量。当然，还可以采用各角度叠加计算的方式，计算出各关节单元与竖向轴线的夹角，以实现对蛇形机械臂获取更多的变化数据。具体地，在使用的过程中，反射镜应当与蛇形机械臂的运动方向平行，这样可以减小影像的形状畸变，所得到的蛇形机械臂的姿态变化状况更为准确。
作为本实施例的优选实施方式，参照图2和图3，所述蛇形机械臂1包括若干关节单元11，各所述关节单元11设置有标识板12，所述摄像组件3还用以获取相邻两关节单元11的标识板12于所述反射镜2上的夹角影像。使用时，通过摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于反射镜上的夹角影像，以得到当前姿态角；当蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于反射镜上的夹角影像，以得到后续姿态角；将当前姿态角与后续姿态角比对，以得到相邻两关节单元之间的角度变化状况，结构简单，使用方便，可以对蛇形机械臂的姿态变化状况了解更为具体。
本实施例中，各所述标识板12与对应的关节单元11的中心轴垂直，以便于当前姿态角以及后续姿态角的获取以及比对，利于系统操作步骤的简化。进一步地，所述关节单元11的两端部均设置有所述标识板12，即拉近了相邻两关节单元的标识板之间的距离，更为便于当前姿态角以及后续姿态角的获取以及比对。
本实施例中，所述反射镜2为平面反射镜，所述摄像组件3为感应摄像头，利于影像的获取，结构简单，使用方便。其中，感应摄像头可以集成于蛇形机械臂上，形成“手眼一体”的系统，与传统检测姿态方式相比，感应摄像头不必与蛇形机械臂分离，便于集中控制及移动。
实施例二：
参照图4，一种蛇形机械臂的姿态获取系统的使用方法，包括：
步骤S1，提供如上所述的蛇形机械臂的姿态获取系统。
本步骤中，所述蛇形机械臂包括若干关节单元，各所述关节单元设置有标识板，所述摄像组件还用以获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像。
步骤S2，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的当前姿态影像。
本步骤具体可以为：通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到当前姿态角。
本步骤中，例如：如图2所示的可以为蛇形机械臂的当前姿态；此时，相邻两关节单元的标识板的夹角(即当前姿态角)由上至下依次均为0度。当然，蛇形机械臂的当前姿态可以是多种的，上述仅为举例说明。
步骤S3，当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的后续姿态影像。
本步骤具体可以为：当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到后续姿态角。
本步骤中，蛇形机械臂由图2的姿态变化成图3的姿态，即如图3所示的可以为蛇形机械臂的后续姿态；此时，相邻两关节单元的标识板的夹角4(即后续姿态角)由上至下依次均为15度。当然，蛇形机械臂的后续姿态可以是多种的，上述仅为举例说明。
步骤S4，将所述蛇形机械臂的当前姿态影像与所述蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到所述蛇形机械臂的姿态变化状况。
本步骤具体可以为：将所述当前姿态角与所述后续姿态角比对，以得到相邻两关节单元之间的角度变化状况。
本步骤中，通过将当前姿态角与相应的后续姿态角进行比对，便可得出蛇形机械臂相邻两关节单元之间的角度变化为15度。当然，还可以采用各角度叠加计算的方式，计算出各关节单元与竖向轴线的夹角，以实现对蛇形机械臂获取更多的变化数据。
对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，包括蛇形机械臂(1)以及反射镜(2)，所述反射镜(2)设置在所述蛇形机械臂(1)的一侧，所述蛇形机械臂(1)设置有摄像组件(3)，且所述摄像组件(3)朝向所述反射镜(2)设置，用以获取所述蛇形机械臂(1)于所述反射镜(2)上的影像。
2.根据权利权利要求1所述的蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，所述蛇形机械臂(1)包括若干关节单元(11)，各所述关节单元(11)设置有标识板(12)，所述摄像组件(3)还用以获取相邻两关节单元(11)的标识板(12)于所述反射镜(2)上的夹角影像。
3.根据权利要求2所述的蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，各所述标识板(12)与对应的关节单元(11)的中心轴垂直。
4.根据权利要求2所述的蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，所述关节单元(11)的两端部均设置有所述标识板(12)。
5.根据权利要求1所述的蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，所述反射镜(2)为平面反射镜。
6.根据权利要求1所述的蛇形机械臂的姿态获取系统，其特征在于，所述摄像组件(3)为感应摄像头。
7.一种蛇形机械臂的姿态获取系统的使用方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1至6任一项所述的蛇形机械臂的姿态获取系统；
通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的当前姿态影像；
当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的后续姿态影像；
将所述蛇形机械臂的当前姿态影像与所述蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到所述蛇形机械臂的姿态变化状况。
8.根据权利要求7所述的姿态获取系统的使用方法，其特征在于，所述蛇形机械臂包括若干关节单元，各所述关节单元设置有标识板，所述摄像组件还用以获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像；
所述通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的当前姿态影像的步骤，具体为：
通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到当前姿态角；
所述当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取所述蛇形机械臂于所述反射镜上的后续姿态影像的步骤，具体为：
当所述蛇形机械臂从当前姿态变化至后续姿态时，通过所述摄像组件获取相邻两关节单元的标识板于所述反射镜上的夹角影像，以得到后续姿态角；
所述将所述蛇形机械臂的当前姿态影像与所述蛇形机械臂的后续姿态影像比对，以得到所述蛇形机械臂的姿态变化状况的步骤，具体为：
将所述当前姿态角与所述后续姿态角比对，以得到相邻两关节单元之间的角度变化状况。
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