CN109048908A - 机器人感知装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人感知装置及系统，包括认知模块和控制模块；认知模块，用于获取目标信息并将认知的目标信息实时传输至控制模块；控制模块，用于根据认知模块采集的信息生成控制信号，该控制信号用于控制机械臂抓取该待抓取的工件并实时监控机械臂工作状态。本发明的机器人感知装置及系统可以搭载于机器人前端或者固定于无遮挡的目标工件附近，实时采集机器人所观察到的图像、目标物体的轮廓、尺寸、位置、距离、颜色和感受到力量反馈，使机器人获得认知能力，能够根据不同的工件，在不同的位置和维度，以及合适的力量进行抓取或者装配、检测。

Description

机器人感知装置及系统

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种机器人感知装置及系统。

背景技术

机械臂系统是一类具备可编程功能、可实现多种操作的复杂机电系统，由于其可重复操作且能够在各类复杂及危险的环境中灵活使用，在工业生产、加工装配、军事航天等领域中发挥着不可替代的作用。随着传感器技术的发展，机械臂系统的控制水平和智能化水平不断提升。

视觉系统是提升机械臂系统智能化水平的主要手段。目前，视觉传感器以其能够获取操作环境信息的优势，在感知、识别等领域应用非常广泛。但在许多环境下，通过视觉并不能准确地得到现场机械臂与环境作用的全部信息，例如机器人手爪可能会间断性地遮挡机器人的视线，使得视觉信息在操作过程中不完整；且当存在无照明、空间狭窄等视觉障碍时，视觉将无法发挥其感知识别能力，从而使得机械臂系统丧失获取环境信息的方法。

机械臂上也会使用一些力传感器，然而此类传感器只能通过间接方式获取机械臂与物体的接触力情况，极大地受到实际运动的影响；而安装于手爪的单一压力传感器则只能反映一个点的接触力信息，对于不规则物体感知信息不足，而现存力传感器多为单一力觉反馈，缺乏对接触目标温度、硬度等形式的测量，而这些信息能够极大地提升机械臂系统的适用范围。

在工业应用中，对于识别难度高的工件，或是需同时抓取不同形状、颜色和种类的工件，或是在工件之间存在干涉且位置不固定的情况下，现有机械臂存在抓取难点，无法精准抓取工件，准确完成抓取任务。现有的机械臂视觉系统，为增加抓取的准确性，往往通过多个相机多角度识别，但多个相机不但增加成本，且安装受限且还会给机械臂动作节拍造成影响。现有的机器人系统往往集成传感器与机械臂，其认知系统不具有通用性。这样，在需要升级更新现有的机器人系统，使其具有视觉及认知能力时，需全面更新，这样不但增加了成本，而且造成了极大的资源浪费。

因此，现有技术存在缺陷，急需改进。

发明内容

本发明实施例提供一种机器人感知装置及系统。

本发明实施例提供一种机器人感知装置，包括认知模块和控制模块；

所述认知模块，用于获取目标信息并将认知的所述目标信息实时传输至所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述认知模块采集的信息生成控制信号，该控制信号用于控制机械臂抓取该待抓取的工件并实时监控机械臂工作状态。

进一步的，所述认知模块包括视觉单元和/或触觉单元：

视觉单元，用于识别目标，采集目标照片，并将所述目标图像信息传送至所述控制模块；

触觉单元，用于接触目标，采集目标触觉信息，并将所述目标触觉信息传送至所述控制模块。

进一步的，所述控制模块包括认知处理单元、存储器和监控报警单元。

进一步的，所述视觉单元包括视觉传感器和光源。

进一步的，所述触觉单元包括一个或多个触觉传感器。

进一步的，所述触觉单元包括力矩传感器、压力传感器和位移传感器中的一个或多个。

进一步的，所述认知模块还包括抓取有无检测单元，用于实时监控抓取目标情况，检测是否有漏抓或掉落情况。

进一步的，所述视觉传感器对目标进行2D、2.5D或3D识别。

一种机器人系统，包括机器人感知装置和机械臂，

所述机器人感知装置包括如权利要求1～5任一所述的机器人感知装置；

所述机器人感知装置和所述机械臂通过有线或者无线网络进行连接。

本发明的机器人感知装置可以搭载于机器人前端或者固定于无遮挡的目标工件附近，实时采集机器人所观察到的图像、目标物体的轮廓、尺寸、位置、距离、颜色和感受到力量反馈，使机器人获得认知能力，能够根据不同的工件，在不同的位置和维度，以及合适的力量进行抓取或者装配、检测。

附图说明

图1是本发明实施例中的机器人感知装置的结构框图。

图2是本发明实施例中的机器人感知装置的各功能模块结构框图。

图3是本发明实施例中的机器人感知装置的另一种功能模块结构框图。

图4是本发明实施例中的机器人系统的结构示意图。

图5是本发明实施例中的机器人感知装置的认知模块立体图。

图6是本发明实施例中的机器人系统一种实施形态的概略图。

100-机器人感知装置，110-认知模块，111-视觉单元，1111-视觉传感器,1112-光源，112-触觉单元，113-抓取有无检测单元，1121-力矩传感器，1122-压力传感器，1123-位移传感器，120-控制模块，121-认知处理单元，122-存储器，123-监控报警单元，机械臂-200，执行终端-210，传送带-300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

本发明的说明书和权利要求书以及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解，这样描述的对象在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤的过程、方法或包含了一系列模块或单元的装置、终端、系统不必限于清楚地列出的那些步骤或模块或单元，还可以包括没有清楚地列出的步骤或模块或单元，也可以包括对于这些过程、方法、装置、终端或系统固有的其它步骤或模块或单元。

参考图1，图1为本发明一些实施例中的机器人感知装置100，包括认知模块110和控制模块120；认知模块110，用于获取目标信息并将认知的目标信息并实时传输至控制模块120；在实际应用中，该认知模块110可以搭载于机器人前端或者固定于无遮挡的目标工件附近，实时采集机器人所观察到的图像、目标物体的轮廓、尺寸、位置、距离、温度、颜色和感受到力量反馈。

控制模块120，用于根据认知模块采集的信息生成控制信号，该控制信号用于控制机械臂200抓取该待抓取的工件并实时监控机械臂200工作状态。

在实际应用中，该控制模块120通过有线或无线的方式与该认知模块110连接。该控制模块120具有数据处理、存储及报警功能。存储的计算机程序中包含有可在处理器中执行的指令。该控制模块120自有支持离线编程，脱离了示教器面板控制单元。这样编程更加经济、方便、快捷并摆脱了地域上的限制。相对于在线示教，离线编程软件易于修改，能够实现多台机械臂和外围设备的协调示教，能够实现基于大数据的自动规划等。

在一些优选的实施方式中，参考图2，认知模块110包括视觉单元111和/或触觉单元112，该视觉单元111用于识别目标，采集目标图像信息，并将目标图像信息传送至控制模块120；该触觉单元112用于接触目标，采集目标触觉信息，并将所述目标触觉信息传送至控制模块120。在实际应用中，该视觉单元111和触觉单元112集成安装，固定连接，具体的，此连接方式为本领域技术人员惯用的技术手段，在此不再赘述；

在一些优选的实施方式中，参考图2，该视觉单元111采用一个视觉传感器1111，如工业相机，根据需要可对目标工件进行2D、2.5D或3D识别；该触觉单元112包括一个或多个触觉传感器，包括力矩传感器1121、压力传感器1122和温度传感器1123的一个或多个。控制模块120包括认知处理单元121、存储器122和监控报警单元123。

在实际应用中，该认知处理单元121为具有运算功能的处理器，该处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。该认知模块110采集的各类信息及程序，该监控报警单元123用于实时监控机械臂运行状态，如机械臂工作状态异常，产生报警，报警方式为本领域技术人员常用的技术手段，如正常工作时，位于机器人感知装置上的工作指示灯长亮，当工作异常时，工作指示灯灭，这样工作人员可及时发现故障，采取措施排除。该认知模块110可以搭载于机械臂前端或者固定于无遮挡的目标工件附近，该视觉传感器1111采集目标工件图像信息，传至控制模块120，控制模块120识别目标工件位置信息，产生控制信号，该控制信号用于控制该机械臂200移动至对应位置并控制该抓取机构来抓取待抓取的工件。在抓取过程中，力矩传感器1121、压力传感器1122和位移传感器1123实时反馈数据给该控制模块120。该触觉单元112可在六维度感受力的大小，并根据力的大小及方向反馈至控制模块120反向定义机器人程序，用于感知异常位置的目标工件的定位，在力矩传感器1121的支持下，机器人可稳定的通过认知模块110找到干涉物体的大致范围，最小力感可做到0.1N；且对于不同种类的工件，由于该工件的强度以及重量均不相同，因此需要施加的抓取力也不相同，可以避免损坏工件。

在一个优选的实施方式中，该视觉单元111还包括光源1112，在实际应用中，在检测到工件抓取信号时，可根据需要开启光源1112进行补光，使得前端相机可以拍摄到更加清晰明亮的实时照片。该光源可采用无影灯，这样有利于视觉单元拍摄更清晰的影像。

在一个优选的实施方式中，参考图3，认知模块110还包括抓取有无检测单元113，用于实时监控抓取目标情况，检测是否有漏抓或掉落情况。在实际应用中，该抓取有无检测单元113可采用压力传感器1122，并传输采集到的压力信号至控制模块120，该控制模块120对抓取目标情况进行实时监控，当发现目标工件漏抓或掉落时，进行报警，报警方式可采用现有技术的各种方式，如红灯警报或声音提示，在此不再赘述。

请参照图4和图5，本发明实施例还提供一种机器人系统，包括机器人感知装置100和机械臂200，该机器人感知装置100包括认知模块110和控制模块120；该认知模块110包括视觉单元111和触觉单元112，该视觉单元111包括视觉传感器1111和光源1112；该机械臂200可采用现有技术中的任一种类的可编程控制的机械臂，末端包括执行装置210；该机器人感知装置100和该机械臂200通过无线网络进行连接。该机器人感知装置100提供标准化程序，可与任何机械臂200的操作系统集成，无需额外编程，可自动校准硬件和软件组件。

在实际应用中，机器人感知装置100搭载无认知功能的机械臂200，使其具有认知能力。在某些实施例中，如图4所示，机械臂200头部通过特定法兰搭载机器人感知装置100，执行终端210为垂直磁力吸头，安装于机械臂200末端，吸住目标工件，可在有干涉的条件下完成目标工件的定位，准确抓取(含二次定位抓取)，并在抓取的过程中实时采集目标工件情况，通过网络传输到控制模块120，该控制模块120根据各类传感器采集到的信息进行分析计算，控制机械臂200的抓取。该机器人系统能够完美的解决物体在传送过程中发生的定位偏移、旋转和高度差问题。且视觉的定位精度达到0.2微米。加载到工件的力度，操作系统会根据力反馈数据实现闭环性控制。

在一些优选的实施方式中，参照图6，机器人感知装置100固定于无遮挡的目标工件附近，目标工件位于传送带300等可移动的装置上，目标工件随传送带移动，视觉单元111采集目标工件图像信息，传至控制模块120，控制模块120识别目标工件位置信息，产生控制信号。随着传送带的移动，目标工件与该触觉单元112触碰并产生特征数据，反馈给该控制模块120，经控制模块120调取程序进行计算，得到包括机械臂200需要移动或者转动的角度以及距离等数据，使得该机械臂200可以将该抓取机构移动到该待抓取的工件处，抓取待抓取的工件。

需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，该存储介质可以包括但不限于：只读存储器(ROM，Read OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的机器人学习方法、控制方法、装置、存储介质及主控设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种机器人感知装置，其特征在于，包括认知模块和控制模块；

所述认知模块，用于获取目标信息并将认知的所述目标信息并实时传输至所述控制模块；

所述控制模块，用于根据所述认知模块采集的信息生成控制信号，该控制信号用于控制机械臂抓取该待抓取的工件并实时监控机械臂工作状态。

2.根据权利要求1所述的机器人感知装置，其特征在于，所述认知模块包括视觉单元和/或触觉单元：

视觉单元，用于识别目标，采集目标图像信息，并将所述目标图像信息传送至所述控制模块；

触觉单元，用于接触目标，采集目标触觉信息，并将所述目标触觉信息传送至所述控制模块。

3.根据权利要求1所述的机器人感知装置，其特征在于，所述控制模块包括认知处理单元、存储器和监控报警单元。

4.根据权利要求2所述的机器人感知装置，其特征在于，所述视觉单元包括视觉传感器和光源。

5.根据权利要求2所述的机器人感知装置，其特征在于，所述触觉单元包括一个或多个触觉传感器。

6.根据权利要求5所述的机器人感知装置，其特征在于，所述触觉单元包括力矩传感器、压力传感器、位移传感器中的一个或多个。

7.根据权利要求2所述的机器人感知装置，其特征在于，所述认知模块还包括抓取有无检测单元，用于实时监控抓取目标情况，检测是否有漏抓或掉落情况。

8.根据权利要求2所述的机器人感知装置，其特征在于，所述视觉传感器对目标进行2D、2.5D或3D识别。

9.一种机器人系统，其特征在于，包括机器人感知装置和机械臂，

所述机器人感知装置包括如权利要求1～5任一所述的机器人感知装置；

所述机器人感知装置和所述机械臂通过有线或者无线网络进行连接。

10.根据权利要求9所述的机器人系统，其特征在于，所述机械臂末端安装有执行终端。