CN110421563A - 一种工业机器人建图定位系统及机器人 - Google Patents

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何正文
王宇智
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Abstract

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人建图定位系统，包括视觉模块、控制模块和电源模块，所述视觉模块由图像采集模块、图像处理模块和通信模块组成，所述控制模块与所述视觉模块和所述电源模块连接，所述电源模块与所述视觉模块连接，所述图像采集模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块与所述通信模块连接，且所述控制模块由控制端计算机模块和车载计算机模块组成，所述控制端计算机模块与所述车载计算机模块连接。有益效果：可以准确的获取工件目标的位置和姿态的信息，降低了人工劳动的强度，更加方便人们的使用。

Description

一种工业机器人建图定位系统及机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人建图定位系统及机器人。
背景技术
现有的移动机器人通常利用安装在机器人机身上的传感器扫描周围环境，利用这些传感器测得机器人周围障碍物的位置信息，并记录机器人自身行走的里程信息，同时通过定位和地图构建的方法计算机器人所处环境的地图和机器人的位置信息。但是由于每个传感器安装位置恒定、相互之间的采样率不同，当坎坷不平的路面、或车体起伏震动过大、或机器旋转、碰撞等情况出现时，现有的定位方法会检测到错误的数据，从而使建图和定位算法的准确度和鲁棒性下降，进而影响地图质量和定位精度。
发明内容
本发明针对上述的问题，提供了一种工业机器人建图定位系统及机器人。
根据本发明的一个方面，提供了一种工业机器人建图定位系统，包括视觉模块、控制模块和电源模块，所述视觉模块由图像采集模块、图像处理模块和通信模块组成，所述控制模块与所述视觉模块和所述电源模块连接，所述电源模块与所述视觉模块连接，所述图像采集模块与所述图像处理模块连接，所述图像处理模块与所述通信模块连接，且所述控制模块由控制端计算机模块和车载计算机模块组成，所述控制端计算机模块与所述车载计算机模块连接。
作为优选，所述图像采集模块的内部包括图像传感器、光学摄像头和辅助光源，所述图像处理器为CMOS传感器。
作为优选，所述图像处理模块的内部包括微处理器，且所述微处理器与所述图像传感器连接，所述微处理器采用S3C2440处理芯片。
作为优选，所述通信模块的内部包括通信接口，且所述通信接口与所述微处理器和所述控制模块连接。
作为优选，所述控制端计算机模块的输出端分别与遥控手柄模块和无线数据模块连接，主要完成机器人控制、传感器信息融合、环境地图构建等。
作为优选，所述车载计算机模块的输出端分别与车内控制模块和无线数据模块连接，所述无线数据模块与车载传感器模块连接，所述车内控制模块与电机驱动模块连接，且车载计算机模块主要完成传感器、摄像头等数据的采集和传输。
作为优选，所述图像处理模块内部的处理流程为首先进行初始化，其次采集目标图像，并读取图像的Y分量同时对图像Y分量进行二值化处理，然后通过二值化图像，得到目标边缘像素点，最后通过目标边缘的像素点，确定目标的空间位置和姿态。
作为优选，所述车载传感器分为内部传感器和外部传感器，所述内部传感器包括里程计和陀螺仪，所述内部传感器主要用于检测机器人内部的参数，所述外部传感器包括视觉传感器、激光传感器、红外传感器和MTI传感器，所述MTI传感器为微型姿态方位传感器。
根据本发明的另一个方面，提供了一种机器人，包括机器人本体，所述机器人本体的顶端固定有若干摄像头，所述机器人本体的底端中部固定有观测台，所述观测台的底端对称固定有舵机，所述舵机的个数为两个，所述舵机与所述机器人本体内部的控制器连接。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
1、本发明整体结构简单，可以获得更加精确的数据，减少测量的误差，从而可以更加方便的掌握机器人在不同时刻的位置和姿态。
2、提高机器人对环境的感知和应变能力，通过机器人的视觉系统，不需要预先对工业机器人的运动轨迹进行示教和编程，从而节省时间，提高生产的效率和加工质量。
3、可以准确的获取工件目标的位置和姿态的信息，降低了人工劳动的强度，更加方便人们的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1提供的工业机器人建图定位系统的结构框图；
图2为实施例1提供的控制模块的结构框图；
图3为实施例1提供的图像处理模块的流程图；
图4为实施例1提供的机器人的结构示意图；
以上各图中，1、视觉模块；2、控制模块；3、电源模块；4、图像采集模块；5、图像处理模块；6、通信模块；7、控制端计算机模块；8、车载计算机模块；9、遥控手柄模块；10、无线数据模块；11、车内控制模块；12、车载传感器模块；13、电机驱动模块；14、机器人本体；15、摄像头；16、观测台；17、舵机。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例1，如图1至图3所示，本发明提供了一种工业机器人建图定位系统，包括视觉模块1、控制模块2和电源模块3，所述视觉模块1由图像采集模块4、图像处理模块5和通信模块6组成，所述控制模块2与所述视觉模块1和所述电源模块3连接，所述电源模块3与所述视觉模块1连接，所述图像采集模块4与所述图像处理模块5连接，所述图像处理模块5与所述通信模块6连接，且所述控制模块2由控制端计算机模块7和车载计算机模块8组成；控制端计算机为整个系统的主控制计算机，由操作人员直接控制，主要用来完成环境特征识别、数据坐标变换和环境地图创建等车载计算机为从控制计算机，主要是控制传感器的动作和接收传感器获取的环境信息，对环境信息进行简单的处理后传送给控制端计算机，所述控制端计算机模块7与所述车载计算机模块8连接；通过电源模块3为整个装置进行供电，通过视觉模块1进行图像的拍摄和传输，并通过控制模块2进行控制机器人的运动，首先微处理器向图像传感器发出采集图像的信号，收到信号后，图像传感器将光学图像转换成电子信号，经过信号放大处理将数据结果通过DMA传送到存储单元，然后通过微处理器将图像数据从存储单元中读取出，通过计算机得到目标的空间位置和姿态，最后通过通信接口将得到的数据发送到机器人控制器控制机器人的运动。
进一步的，所述图像采集模块4的内部包括图像传感器、光学摄像头15和辅助光源，所述图像处理器为CMOS传感器；该传感器的处理芯片处理速度较高，且可以输出多种格式。
进一步的，所述图像处理模块5的内部包括微处理器，且所述微处理器与所述图像传感器连接，所述微处理器采用S3C2440处理芯片；由于该处理芯片有一个专用的接口，且该接口支持数字视频接口标准，并且无需接口转换电路，便可以和图像传感器直接连接使用。
进一步的，所述通信模块6的内部包括通信接口，且所述通信接口与所述微处理器和所述控制模块2连接。
进一步的，所述控制端计算机模块7的输出端分别与遥控手柄模块9和无线数据模块10连接，主要完成机器人控制、传感器信息融合、环境地图构建等。
进一步的，所述车载计算机模块8的输出端分别与车内控制模块112和无线数据模块10连接，所述无线数据模块10与车载传感器模块12连接，所述车内控制模块112与电机驱动模块13连接，且车载计算机模块8主要完成传感器、摄像头15等数据的采集和传输。
进一步的，所述图像处理模块5内部的处理流程为首先进行初始化，其次采集目标图像，并读取图像的Y分量同时对图像Y分量进行二值化处理，然后通过二值化图像，得到目标边缘像素点，最后通过目标边缘的像素点，确定目标的空间位置和姿态；由图像处理的原理可知，图像的像素点越多，识别与计算精度越高，所以选择Y分量图像进行二值化处理和计算。
进一步的，所述车载传感器分为内部传感器和外部传感器，所述内部传感器包括里程计和陀螺仪，所述内部传感器主要用于检测机器人内部的参数，所述外部传感器包括视觉传感器、激光传感器、红外传感器和MTI传感器，所述MTI传感器为微型姿态方位传感器；通过外部传感器可以获得外部环境的数据信息通过车载计算机的处理，传输送控制端计算机上，且机器人在运动的过程中，由于外界各种各样的斜坡和障碍使得机器人产生倾斜角度，在倾斜角度较大的时候可能会将不属于平面范围的障碍物扫描进来，导致传感器输出的数据在建图定位过程中会出现较大的数据偏差，通过MTI传感器利用其内部的增强型三轴陀螺仪快速跟踪被测物体的空间姿态，同时测量三个轴向的加速度和地磁场为三个轴转速提供补偿，有利于对机器人的稳定和控制，且MTI体积小、重量轻，可以方便的安装在机器人上，能够准确的获得机器人在越障过程中的姿态。
实施例2，如图4所示，本发明提供了一种工业机器人，包括机器人本体14，所述机器人本体14的顶端固定有若干摄像头15，所述机器人本体14的底端中部固定有观测台16，所述观测台16的底端对称固定有舵机17，所述舵机17的个数为两个，所述舵机17与所述机器人本体14内部的控制器连接；通过观测台16，且观测台16为两个自由度的运动平台，由两个舵机17组成，可以确保机器人在测量时尽可能的保持平稳，从而提高测量的精度。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时，首先通过微处理器向图像传感器发出采集图像的信号，收到信号后，图像传感器将光学图像转换成电子信号，经过信号放大处理将数据结果通过DMA传送到存储单元，然后通过微处理器将图像数据从存储单元中读取出，通过计算机得到目标的空间位置和姿态，最后通过通信接口将得到的数据发送到机器人控制器控制机器人的运动。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，包括视觉模块（1）、控制模块（2）和电源模块（3），所述视觉模块（1）由图像采集模块（4）、图像处理模块（5）和通信模块（6）组成，所述控制模块（2）与所述视觉模块（1）和所述电源模块（3）连接，所述电源模块（3）与所述视觉模块（1）连接，所述图像采集模块（4）与所述图像处理模块（5）连接，所述图像处理模块（5）与所述通信模块（6）连接，且所述控制模块（2）由控制端计算机模块（7）和车载计算机模块（8）组成，所述控制端计算机模块（7）与所述车载计算机模块（8）连接。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述图像采集模块（4）的内部包括图像传感器、光学摄像头和辅助光源，所述图像处理器为CMOS传感器。
3.根据权利要求2所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述图像处理模块（5）的内部包括微处理器，且所述微处理器与所述图像传感器连接，所述微处理器采用S3C2440处理芯片。
4.根据权利要求3所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述通信模块（6）的内部包括通信接口，且所述通信接口与所述微处理器和所述控制模块连接。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述控制端计算机模块（7）的输出端分别与遥控手柄模块（9）和无线数据模块（10）连接，主要完成机器人控制、传感器信息融合、环境地图构建等。
6.根据权利要求5所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述车载计算机模块（8）的输出端分别与车内控制模块（11）和无线数据模块连接（10），所述无线数据模块（10）与车载传感器模块（12）连接，所述车内控制模块（11）与电机驱动模块（13）连接，且车载计算机模块（8）主要完成传感器、摄像头等数据的采集和传输。
7.根据权利要求1所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述图像处理模块（5）内部的处理流程为首先进行初始化，其次采集目标图像，并读取图像的Y分量同时对图像Y分量进行二值化处理，然后通过二值化图像，得到目标边缘像素点，最后通过目标边缘的像素点，确定目标的空间位置和姿态。
8.根据权利要求6所述的一种工业机器人建图定位系统，其特征在于，所述车载传感器分为内部传感器和外部传感器，所述内部传感器包括里程计和陀螺仪，所述内部传感器主要用于检测机器人内部的参数，所述外部传感器包括视觉传感器、激光传感器、红外传感器和MTI传感器，所述MTI传感器为微型姿态方位传感器。
9.一种工业机器人，其特征在于，包括机器人本体（14），所述机器人本体（14）的顶端固定有若干摄像头（15），所述机器人本体（14）的底端中部固定有观测台（16），所述观测台（16）的底端对称固定有舵机（17），所述舵机（17）的个数为两个，所述舵机（17）与所述机器人本体（14）内部的控制器连接。
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