CN109788266A - 一种可移动式图像采集及投影装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可移动式图像采集及投影装置，其包括移动平台，移动平台上安装有位置调节部件，位置调节部件包括多个连接杆，每相邻的两连接杆之间通过旋转关节进行转动连接，位置调节部件的顶端固定安装有机壳，机壳内设置有电路板，电路板的相对两侧分别电连接有摄像部件和投影部件，摄像部件包括多个摄像头，投影部件包括至少一投影镜头。本发明相较于现有技术可以有效地解决传统机器人控制方式中核心算法执行效率低、硬件成本高、安装和维护繁琐、硬件容易受工业生产环境干扰这些问题。

Description

一种可移动式图像采集及投影装置

技术领域

本发明涉及机械手领域，具体而言，涉及一种可移动式图像采集及投影装置。

背景技术

机器人是工业自动化领域中的重要组成部分，对机器人进行高效精准的控制是有效发挥机器人性能和工作效率的核心技术，也是推动机器人行业发展的核心动力。机器人控制技术主要涉及图像采集，图像处理，控制算法，电机控制，用户交互等方面。随着机器人的大规模集中应用，行业内也提出了对高性价比，低维护成本控制方式的需求。

目前的机器人控制技术需要集成很多硬件设备和复杂的软件程序来实现。其中，硬件设备至少包括高性能PC机和显示器，计算机总线接口的多轴运动控制卡，两台摄像机，操作人员输入输出设备，各类硬件连接线缆等。软件程序一般包括摄像机控制程序，图像处理和识别算法软件程序，机器人控制算法程序，用户界面程序等。

目前的具体的机器人控制方式为：两台摄像机组成双目视觉系统，实时拍摄受控机器人部件的运动视频图像，由摄像机接口传送到PC机内，PC机内的软件程序对视频图像进行处理和位置姿态识别，计算出受控部件的三围坐标后作为参数输送给PC内的机器人控制软件，计算出控制数据后再由计算机总线传送给多轴运动控制器产生具体的电机控制信号给机器人的电机部分。用户通过鼠标，键盘等设备输入指令，并在显示器上监视控制过程和机器人运行状态等。

同时，为了安装和固定所需的硬件，还需要设置独立的场地空间，并配备相应的硬件安装和线缆连接手册，需要对安装维护人员进行长时间的培训。

基于双目视觉方式的目标位置姿态检测和识别是行业内公认的复杂算法，数据计算量极大，在传统PC上执行效率很低，这使得作为控制反馈量的机器人受控部件当前坐标的获取速度很低，严重影响机器人控制算法和多轴运动控制器的执行效率，进而导致整个机器人运行速度很低，降低了生产效率。机器人控制算法里也有需要密集计算的部分，在传统PC上执行效率也很低，同样也会导致整个机器人运行速度很低。

同时，控制现场线缆众多，连接繁琐，且很多是传送高速信号，容易受到工业生产环境内的干扰，降低控制的可靠性，安装和维护过程中也容易出错；显示器会受到工业生产中各种环境光线的干扰，降低显示质量，影响监控过程；硬件成本太高，整个机器人控制系统需要较大的场地，都制约了机器人的大规模普及应用。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种可移动式图像采集及投影装置，可以有效地解决传统机器人控制方式中核心算法执行效率低、硬件成本高、安装和维护繁琐、硬件容易受工业生产环境干扰这些问题。

为此，本发明提供了一种可移动式图像采集及投影装置，其包括移动平台，移动平台上安装有位置调节部件，位置调节部件包括多个连接杆，每相邻的两连接杆之间通过旋转关节进行转动连接，位置调节部件的顶端固定安装有机壳，机壳内设置有电路板，电路板的相对两侧分别电连接有摄像部件和投影部件，摄像部件包括多个摄像头，投影部件包括至少一投影镜头。

进一步地，上述移动平台的底部设置有多个滚轮，滚轮上设置有锁定部件。

进一步地，上述移动平台的顶部设置有线束穿孔，移动平台的侧面设置有多个线束连接口，各个线束连接口上连接有信号线束，信号线束从线束穿孔中穿出并电连接电路板。

进一步地，上述电路板外设置有电路板壳体，电路板壳体上设置有电路板线束口，信号线束从电路板线束口中穿入并电连接电路板。

进一步地，上述电路板的相对两侧分别设置有第一插口和第二插口，摄像部件通过第一插板插接于第二插口内，投影部件通过第二插板插接于第一插口内。

进一步地，上述电路板上设置有SOC芯片，其与摄像部件和投影部件分别进行信号连接，SOC芯片内包含可编程逻辑硬件单元和应用处理器单元。

进一步地，上述摄像头向SOC芯片发送视频信号。

进一步地，上述投影部件内设置有DMD控制电路，DMD控制电路与SOC芯片之间进行信号连接，DMD控制电路连接DMD芯片并控制DMD芯片的反射角度，光源通过透镜组件将光线投射到DMD芯片上，DMD芯片将光线反射至投影镜头；光源产生高亮固态光源，通过透镜组件后投射到DMD芯片上，DMD控制电路接收来自SOC芯片的控制信号，驱动DMD芯片上的微镜阵列中的微镜以实现不同的反射角度，然后由投影镜头将图像信息投影到控制现场的平面上。

本发明所提供的一种可移动式图像采集及投影装置，其相较于现有技术主要具有以下优点：

硬件成本低，将传统的硬件实现方案精简为3个可自由拆卸和组合的模块，即电路板、摄像部件和投影部件，用户可按实际控制需要进行组合，解决了传统方案中的大量无关硬件的浪费；

控制器移动平台可方便地移动，安装和调节机器人控制器，可以提高控制现场的场地使用效率；

用数字光处理投影方式代替了传统的显示器，可提供更高的显示亮度和更高的显示对比度，应对控制现场复杂的环境光干扰；并且可直接投影到控制现场的平面上，甚至是操作人员的手掌上，打破了传统显示器安装位置的限制，更方便地使用控制装置；

进一步的方案中，极大简化了对线缆的需求，只需要输出电机控制信号线缆给机器人即可，且对这部分线缆也做了保护考虑；并且其他传统方案中的长距离线缆都归并到控制器的内部总线中，提高了控制的可靠性；

进一步的方案中，使用可编程逻辑硬件单元处理复杂算法，这样就用纯并行处理的方式取代了传统PC上顺序执行算法的缺陷，从本质上提高了算法的执行效率，进而提高机器人的控制速度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明中实施例提供的一种可移动式图像采集及投影装置的应用场景示意图；

图2为本发明中实施例提供的一种可移动式图像采集及投影装置的机壳部分的结构示意图；

图3为本发明中实施例提供的一种可移动式图像采集及投影装置中SOC芯片的控制原理图；

图4本发明中实施例提供的一种可移动式图像采集及投影装置中线束的结构示意图一；

图5本发明中实施例提供的一种可移动式图像采集及投影装置中线束的结构示意图二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一：

参见图1至图5，图中示出了本发明实施例一提供的一种可移动式图像采集及投影装置，其对面设置有机器人(机械臂)，该装置包括移动平台1，移动平台1上安装有位置调节部件11，位置调节部件11包括多个连接杆12，每相邻的两连接杆12之间通过旋转关节进行转动连接，位置调节部件11的顶端固定安装有机壳13，位置调节部件11可以实现机壳部分(控制器)的高度、前后位置、仰角和俯角的自由调节，确保其处于最佳工作状态；机壳13内设置有电路板14，电路板14的相对两侧分别电连接有摄像部件15和投影部件16，摄像部件15包括多个摄像头151，投影部件16包括一投影镜头161(也可根据需要设置更多个)。

参见图1，移动平台1的底部具体可以设置有多个滚轮17，滚轮17上设置有锁定部件171，可以移动整体装置到所需要的位置，轮子可以锁定确保控制过程中控制器不发生位移，保证图像摄取的准确性。

参见图1、图4及图5，移动平台1的顶部设置有线束穿孔172，移动平台1的侧面设置有多个线束连接口173，各个线束连接口173上连接有信号线束174，信号线束174从线束穿孔172中穿出并电连接电路板14。

同时，电路板14外设置有电路板壳体18，电路板壳体18上设置有电路板线束口181，信号线束174从电路板线束口181中穿入并电连接电路板14。

线束连接口173还可以采用防反插的设计，针孔的排布能确保机器人控制信号线束插入方式的唯一性。

上述的控制器线束从控制器输出后在整个控制装置内受到完整的屏蔽保护，也可以防止其他物理损伤。

参见图2和图3，电路板14的相对两侧分别设置有第一插口141和第二插口142，摄像部件15通过第一插板152插接于第二插口142内，投影部件16通过第二插板162插接于第一插口141内。

参见图3，本装置的控制器主要由3个可独立拆装的硬件模块组成，通过电路板连接器进行连接。

主控制模块与视觉模块、显示投影模块通过电路板连接器连接，由一颗SOC芯片143完成机器人控制所需的各类计算和处理。SOC芯片143内包含可编程逻辑硬件单元和应用处理器单元。可编程硬件单元执行密集运算的复杂算法，应用处理器单元负责高级决策应用，用户界面管理和其他对执行效率没有严格要求的任务。数据交换接口可将外部数据更新到控制器内，如更新应用程序和算法。F1-F4是4个按键1431，用户可通过它们输入信息给控制器；且SOC芯片143具有数据交换接口1432。SOC芯片143产生的电机控制信号通过主控模块的线束穿孔输出到图1的位置调节部件11中。

视觉模块由2个摄像头151左右放置组成，2个摄像头151同时摄取机器人受控部件的图像，再通过电路板连接器将这些视频信号传输到控制器(SOC芯片143)中进行处理。

显示投影模块采用DMD(数字微镜器件)作为核心部件实现投影功能，即投影部件16内设置有DMD控制电路1621，DMD控制电路1621与SOC芯片143之间进行信号连接，DMD控制电路1621连接DMD芯片163并控制DMD芯片163的反射角度，光源通过透镜组件164将光线投射到DMD芯片163上，DMD芯片163将光线反射至投影镜头161；模块内的光源产生高亮固态光源，通过相应的透镜组件164后投射到DMD芯片163上，DMD控制电路1621通过电路板连接器接收来自主控制模块的控制信号，驱动DMD芯片163上的微镜阵列中的微镜以不同的反射角度、光通开关时间将入射光源反射，再由投影用镜头将其投影到控制现场的平面上。机器人控制装置的交互信息都可以通过投影的方式反馈给用户。

综上，本实施例所提供的一种可移动式图像采集及投影装置，其相较于现有技术主要具有以下优点：

硬件成本低，将传统的硬件实现方案精简为3个可自由拆卸和组合的模块，即电路板、摄像部件和投影部件，用户可按实际控制需要进行组合，解决了传统方案中的大量无关硬件的浪费；

控制器移动平台可方便地移动，安装和调节机器人控制器，可以提高控制现场的场地使用效率；

用数字光处理投影方式代替了传统的显示器，可提供更高的显示亮度和更高的显示对比度，应对控制现场复杂的环境光干扰；并且可直接投影到控制现场的平面上，甚至是操作人员的手掌上，打破了传统显示器安装位置的限制，更方便地使用控制装置；

进一步的方案中，极大简化了对线缆的需求，只需要输出电机控制信号线缆给机器人即可，且对这部分线缆也做了保护考虑；并且其他传统方案中的长距离线缆都归并到控制器的内部总线中，提高了控制的可靠性；

进一步的方案中，使用可编程逻辑硬件单元处理复杂算法，这样就用纯并行处理的方式取代了传统PC上顺序执行算法的缺陷，从本质上提高了算法的执行效率，进而提高机器人的控制速度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，包括移动平台(1)，所述移动平台(1)上安装有位置调节部件(11)，所述位置调节部件(11)包括多个连接杆(12)，每相邻的两连接杆(12)之间通过旋转关节进行转动连接，所述位置调节部件(11)的顶端固定安装有机壳(13)，所述机壳(13)内设置有电路板(14)，所述电路板(14)的相对两侧分别电连接有摄像部件(15)和投影部件(16)，所述摄像部件(15)包括多个摄像头(151)，所述投影部件(16)包括至少一投影镜头(161)。

2.根据权利要求1所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述移动平台(1)的底部设置有多个滚轮(17)，所述滚轮(17)上设置有锁定部件(171)。

3.根据权利要求1或2所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述移动平台(1)的顶部设置有线束穿孔(172)，所述移动平台(1)的侧面设置有多个线束连接口(173)，各个所述线束连接口(173)上连接有信号线束(174)，所述信号线束(174)从所述线束穿孔(172)中穿出并电连接所述电路板(14)。

4.根据权利要求1或3所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述电路板(14)外设置有电路板壳体(18)，所述电路板壳体(18)上设置有电路板线束口(181)，所述信号线束(174)从所述电路板线束口(181)中穿入并电连接所述电路板(14)。

5.根据权利要求1所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述电路板(14)的相对两侧分别设置有第一插口(141)和第二插口(142)，所述摄像部件(15)通过第一插板(152)插接于所述第二插口(142)内，所述投影部件(16)通过第二插板(162)插接于第一插口(141)内。

6.根据权利要求1或5所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述电路板(14)上设置有SOC芯片(143)，其与所述摄像部件(15)和所述投影部件(16)分别进行信号连接，所述SOC芯片(143)内包含可编程逻辑硬件单元和应用处理器单元。

7.根据权利要求6所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述摄像头(151)向所述SOC芯片(143)发送视频信号。

8.根据权利要求7所述的一种可移动式图像采集及投影装置，其特征在于，所述投影部件(16)内设置有DMD控制电路(1621)，所述DMD控制电路(1621)与所述SOC芯片(143)之间进行信号连接，所述DMD控制电路(1621)连接DMD芯片(163)并控制所述DMD芯片(163)的反射角度，光源通过透镜组件(164)将光线投射到所述DMD芯片(163)上，所述DMD芯片(163)将所述光线反射至所述投影镜头(161)；所述光源产生高亮固态光源，通过所述透镜组件(164)后投射到所述DMD芯片(163)上，所述DMD控制电路(1621)接收来自所述SOC芯片(143)的控制信号，驱动所述DMD芯片(163)上的微镜阵列中的微镜以实现不同的反射角度，然后由所述投影镜头(161)将图像信息投影到控制现场的平面上。