CN108858280A - 一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统 - Google Patents

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王凯
韩崇山
夏志华
张继
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65G—TRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G47/00—Article or material-handling devices associated with conveyors; Methods employing such devices
    • B65G47/74—Feeding, transfer, or discharging devices of particular kinds or types
    • B65G47/90—Devices for picking-up and depositing articles or materials

Abstract

本发明提供了一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，包括：目标物、执行模块、录制模块、图像采集模块和数据处理模块。其中，目标物为工作任务的对象。执行模块包括执行机器人10，执行机器人10包括执行机械臂11、第一摄像头12和第一通讯装置。录制模块包括模拟机械臂20和第二通讯装置，所述模拟机械臂20与执行机械臂11相同，所述模拟机械臂20包括感应器和第一摄像头12。图像采集模块包括第二摄像头、第三摄像头和第三通讯装置。本发明通过录制模块和图像采集模块获取执行模块完成任务所需的工作步骤和动作信息，进而降低了机械臂动作的程序设计和软件开发成本，同时其适用范围大。

Description

一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统
技术领域
本发明涉及机械臂工作系统技术领域，尤其涉及一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统。
背景技术
随着技术发展，机械臂的应用更加广泛。现代的机械臂一般是基于固定程序工作，各司其职。不同的工作任务，就需要不同的动作序列，就需要开发不同的程序，但是工作任务之间、动作序列之间仍然存在较多共性，反复开发，存在冗余浪费，灵活性也不够高。机械臂之间的工作关系，呈现程序的前后顺序，而不是同一时刻的协同工作关系。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供了一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，包括：目标物、执行模块、录制模块、图像采集模块和数据处理模块。
其中，目标物为工作任务的对象；
执行模块包括执行机器人，执行机器人包括执行机械臂、第一摄像头和第一通讯装置，所述第一摄像头用于识别障碍物和目标物，使用时，第一摄像头自动判断执行机器人与障碍物或目标物的距离。所述第一摄像头用于识别障碍物和目标物；执行模块通过所述第一通讯装置连接数据处理模块。
录制模块包括模拟机械臂和第二通讯装置，所述模拟机械臂与执行机械臂的外形相同，所述模拟机械臂包括感应器和第一摄像头；所述模拟机械臂由人工辅助接触目标物，完成工作任务，并通过所述第一摄像头识别目标物。所述录制模块通过所述第二通讯装置连接数据处理模块。
图像采集模块包括第二摄像头、第三摄像头和第三通讯装置；所述第二摄像头安装在天花板，识别场地、识别目标物外观、识别执行机器人、识别模拟机械臂、识别模拟机械臂接触目标物位置；所述第二摄像头和所述第三摄像头录制模拟机械臂完成工作任务过程。所述图像采集模块通过所述第三通讯装置连接所述数据处理模块。
数据处理模块根据所述图像采集模块获得的场地地图信息，目标物和执行机器人坐标，对执行机器人做路径规划；数据处理模块还根据所述图像采集模块获得的模拟机械臂接触目标物位置信息和模拟机械臂完成工作任务过程的信息，控制执行机器人模仿模拟机械臂完成工作任务。
进一步的，所述模拟机械臂包括压力传感器，用于采集所述模拟机械臂接触目标物和完成工作任务时的受力信息。
进一步的，所述工作任务为搬运任务；所述目标物为箱体；所述执行机器人为搬运机器人。
进一步的，所述执行机械臂的末端设有一个可以开合活动的金属夹板，用来从箱子底部撬动和夹运箱子。金属夹板表面有摩擦材料，增强夹板的握力。夹板的两夹面都有压力传感器，用来感受重力和推进力。模拟机械臂设有同样的金属夹板，使用时，工作人员辅助模拟机械臂接触箱体，图像采集模块能够在俯视视角下，识别并记录模拟机械臂在箱体四周的接触位置，金属夹板打开，靠近箱体底部的夹板撬动箱体底部，将箱体搬起。在箱体被搬起且状态稳定后，记录模拟机械臂上压力传感器上采集到的受力值，并通过模拟机械臂第一摄像头记录箱体搬起的高度，此时，数据处理模块获得搬起箱体的施力程度和搬起高度。搬运机器人通过第一摄像头识别箱体底部位置，将执行机械臂的金属夹板展开，铲至箱体的底部，并夹紧，将箱体搬离地面到数据处理模块获得高度值。
进一步的，所述搬运机器人包括平衡盘、平衡盘移动机构和控制芯片。平衡盘的重量要求超过常规货物重量两倍以上，当执行机械臂逐渐向上加大举力，压力传感器将压力数值传递给控制芯片，控制芯片控制平衡盘移动机构将平衡盘逐渐后移，以平衡箱体的重力，维持整体重心在搬运机器人内部。避免搬运机器人前倾翻倒。
进一步的，所述搬运机器人四个滚轮和四个支撑臂，所述支撑臂的末端为带有摩擦面的机械掌，用来加压到地面，利用摩擦力防止机器人搬起重物时滑动。滚轮的外部有耐磨的轮胎，保证机器人移动速度稳定，不会轻易快速滑动，避免搬运过程中过快移动导致箱子晃动。
进一步的，所述系统包括目的地，通过所述图像采集模块标定所述目的地的坐标，数据处理模块控制所述执行机器人在目标物和目的地之间移动。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本申请提出一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，包括：目标物、执行模块、录制模块、图像采集模块和数据处理模块，通过录制模块和图像采集模块获取执行模块完成任务所需的工作步骤和动作信息，进而降低了机械臂动作的程序设计和软件开发成本，同时其适用范围大。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
其中：
图1是本发明实施例执行机器人的结构示意图(正视图)；
图2是本发明实施例模拟机械臂的结构示意图(正视图)；
图1和图2中的符号表示为：10-执行机器人，11-执行机械臂，12-第一摄像头，13-金属夹板，14-压力传感器，15-平衡盘，16-滚轮，17-支撑臂，20-模拟机械臂。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，包括：目标物、执行模块、录制模块、图像采集模块和数据处理模块。
其中，目标物为工作任务的对象；
执行模块包括执行机器人10，执行机器人10包括执行机械臂11、第一摄像头12和第一通讯装置，所述第一摄像头12用于识别障碍物和目标物，使用时，第一摄像头12自动判断执行机器人10与障碍物或目标物的距离。所述第一摄像头12用于识别障碍物和目标物；执行模块通过所述第一通讯装置连接数据处理模块。
录制模块包括模拟机械臂20和第二通讯装置，所述模拟机械臂20与执行机械臂11相同，所述模拟机械臂20包括感应器和第一摄像头12；所述模拟机械臂20由人工辅助接触目标物，完成工作任务，并通过所述第一摄像头12识别目标物。所述录制模块通过所述第二通讯装置连接数据处理模块。
图像采集模块包括第二摄像头、第三摄像头和第三通讯装置；所述第二摄像头安装在天花板，识别场地、识别目标物外观、识别执行机器人10、识别模拟机械臂20、识别模拟机械臂20接触目标物位置；所述第二摄像头和所述第三摄像头录制模拟机械臂20完成工作任务过程。所述图像采集模块通过所述第三通讯装置连接所述数据处理模块。
数据处理模块根据所述图像采集模块获得的场地地图信息，目标物和执行机器人10坐标，对执行机器人10做路径规划；数据处理模块还根据所述图像采集模块获得的模拟机械臂 20接触目标物位置信息和模拟机械臂20完成工作任务过程的信息，控制执行机器人10模仿模拟机械臂20完成工作任务。
整个系统侧重于任务切分、多个瞬间的多维特征录制，系统应用录制的参数，指导纯机械臂组合工作，回放人工录制的工作效果。为了方便理解，本实施例以常见的搬箱任务为例，举例说明。
请参阅图1和图2，所述工作任务为搬运任务；所述目标物为箱体；所述执行机器人10 为搬运机器人。
所述执行机械臂11的末端设有一个可以开合活动的金属夹板13，用来从箱子底部撬动和夹运箱子。金属夹板13表面有摩擦材料，增强夹板的握力。夹板的两夹面都有压力传感器 14，用来感受重力和推进力。
模拟机械臂20和执行机械臂11一模一样，使用时，工作人员辅助模拟机械臂20接触箱体，图像采集模块能够在俯视视角下，识别并记录模拟机械臂20在箱体四周的接触位置，金属夹板13打开，靠近箱体底部的夹板撬动箱体底部，将箱体搬起。在箱体被搬起且状态稳定后，记录模拟机械臂20上压力传感器上采集到的受力值，并通过模拟机械臂20第一摄像头 12记录箱体搬起的高度，此时，数据处理模块获得搬起箱体的施力程度和搬起高度。
搬运机器人工作时，通过数据处理模块做出的路径规划，移动到箱体前，移动中，通过搬运机器人上的第一摄像头12识别并躲避障碍物，再通过第一摄像头12识别箱体底部位置，将执行机械臂11的金属夹板13展开，铲至箱体的底部，并夹紧，将箱体搬离地面到数据处理模块获得高度值，最后通过数据处理模块做出的路径规划，将箱体搬到目的地的工作台。
本是实施例中，所述搬运机器人包括平衡盘15、平衡盘15移动机构和控制芯片。平衡盘15的重量要求超过常规货物重量两倍以上，当执行机械臂11逐渐向上加大举力，压力传感器将压力数值传递给控制芯片，控制芯片控制平衡盘15移动机构将平衡盘15逐渐后移，以平衡箱体的重力，维持整体重心在搬运机器人内部。避免搬运机器人前倾翻倒。所述搬运机器人的底部有四个滚轮16和四个支撑臂17，所述支撑臂17的末端为带有摩擦面的机械掌，用来加压到地面，利用摩擦力防止机器人搬起重物时滑动。滚轮16的外部有耐磨的轮胎，保证机器人移动速度稳定，不会轻易快速滑动，避免搬运过程中过快移动导致箱子晃动。
在其它实施例中，可以是两台搬运机器人合作搬运箱体，其录制过程，同样需要两名工作人员辅助两个模拟机械臂20对箱体进行搬运。
综上所述，和现有技术相比，本申请提出一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，包括：目标物、执行模块、录制模块、图像采集模块和数据处理模块，通过录制模块和图像采集模块获取执行模块完成任务所需的工作步骤和动作信息，进而降低了机械臂动作的程序设计和软件开发成本，同时其适用范围大。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，包括：
目标物，工作任务的对象；
执行模块，包括执行机器人，执行机器人包括执行机械臂、第一摄像头和第一通讯装置，所述第一摄像头用于识别障碍物和目标物；执行模块通过所述第一通讯装置连接数据处理模块；
录制模块，包括模拟机械臂和第二通讯装置，所述模拟机械臂与执行机械臂相同，所述模拟机械臂包括感应器和第一摄像头；所述模拟机械臂由人工辅助接触目标物，完成工作任务，并通过所述第一摄像头识别目标物；所述录制模块通过所述第二通讯装置连接数据处理模块；
图像采集模块，包括第二摄像头、第三摄像头和第三通讯装置；所述第二摄像头安装在天花板，识别场地、识别目标物外观、识别执行机器人、识别模拟机械臂、识别模拟机械臂接触目标物位置；所述第二摄像头和所述第三摄像头录制模拟机械臂完成工作任务过程；所述图像采集模块通过所述第三通讯装置连接所述数据处理模块；
数据处理模块，数据处理模块根据所述图像采集模块获得的场地地图信息，目标物和执行机器人坐标，对执行机器人做路径规划；数据处理模块根据所述图像采集模块获得的模拟机械臂接触目标物位置信息和模拟机械臂完成工作任务过程的信息，控制执行机器人模仿模拟机械臂完成工作任务。
2.根据权利要求1所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述模拟机械臂包括压力传感器，用于采集所述模拟机械臂接触目标物和完成工作任务时的受力信息。
3.根据权利要求2所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述工作任务为搬运任务；所述目标物为箱体；所述执行机器人为搬运机器人。
4.根据权利要求3所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述执行机械臂的末端设有一个可以开合活动的金属夹板，所述金属夹板上设有压力传感器；所述模拟机械臂设有相同的金属夹板和压力传感器。
5.根据权利要求4所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述数据处理模块通过所述图像采集模块记录所述模拟机械臂在箱体四周的接触位置和所述金属夹板撬动箱体的位置；所述数据处理模块通过模拟机械臂的第一摄像头采集箱体搬运高度。
6.根据权利要求4所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述搬运机器人包括平衡盘、平衡盘移动机构和控制芯片。
7.根据权利要求6所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述搬运机器人四个滚轮和四个支撑臂，所述支撑臂的末端为带有摩擦面的机械掌。
8.根据权利要求1所述的一种录制人类行为的多机械臂组合工作系统，其特征在于，所述系统包括目的地，通过所述图像采集模块标定所述目的地的坐标。
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