CN110509280A - 一种多自由度并联抓取机器人控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多自由度并联抓取机器人控制系统及其控制方法，主要由上位机、信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块四部分组成，上位机分别与各个模块连接，根据信息采集模块和视觉识别模块得到的模型信息，向机械手运动控制器发送命令信号，运动控制器经过解析所得信号，进而完成对模型的精确抓取。本发明采用解析所得模型信息、利用机械手运动控制器完成对机械手行为的控制，完成对模型的抓取，可以简单有效地控制机械手的运动。

Description

一种多自由度并联抓取机器人控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种多自由度并联抓取机器人控制系统及其控制方法，属于控制技术，主要应用于控制机械手进行模型回收。

背景技术

随着机械领域技术的发展、自动化生产水平的提高，应用机械手自动执行相应任务的情况越来越多，机械手作为一种模拟人手操作的自动机械。它可按固定程序抓取﹑搬运物件或操持工具完成某些特定操作。应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化。研究机械手的控制技术，其中不可缺少的就是传感器在机械手上的应用。机械手通过感知器的内部传感器检测本身的状态，如位置、速度、加速度等，实现本身与环境信息(距离、温度、力等)的交互，环境信息则由外部传感器检测，接着，控制器选择相应的环境模式指挥机械手完成任务。传感器为机械手的动作提供了反馈信息。传感器就是利用传感器把被测物件的变化量测定出来，反馈给控制设备修正。传感器是实现自动控制、自动调节的关键环节，所以其水平高低在很大程度上影响和决定着系统功能。

由此可见传感检测部分就如同机械手的感觉器官，没有它，机械手无法实现准确定位、动作，整个系统将陷入瘫痪。而先进的传感检测系统能够快速、准确地捕捉信息，不失真地进行信号的检测、转换，并且能够经受环境的考验，其精确度不随温度、湿度、光照、辐射等极端因素的影响。这是系统进行信号处理、控制决策的前提。由此可见，传感器是机械手系统的重要组成部分，直接决定于机械手的灵敏性、准确性和稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种多自由度并联抓取机器人控制系统及其控制方法。

本发明的目的是这样实现的：机器人包括移动平台、升降装置、并联机械手，包括上位机、信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块，上位机分别与信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.信息采集模块包括分别与上位机相连的倾角传感器、绝对值编码器、位移传感器、超声波传感器，倾角传感器位于并联机械手上；绝对值编码器位于并联机械手的旋转短轴处以及并联机械手的旋转关节处；位移传感器和绝对值编码器分别位于升降装置及升降装置的电动推杆驱动电机处；超声波传感器位于并联机械手的前端处；

机械手模块包括设置在并联机械手的手爪处的三维力传感器和指尖力传感器；

视觉识别模块包括双目摄像头、视觉传感器，双目摄像头位于移动平台处；视觉传感器位于并联机械手的手爪侧面。

2.控制方法步骤如下：

步骤1、根据双目摄像头所得图像信息对处于各个不同位置的模型进行归类，根据信息驱动升降装置移动到相应的位置，上位机接收到各个传感器测试到的各类数据并根据数据使机器人移动到指定位置后，通过视觉传感器采集模型图像信息；

步骤2、模型图像信息由位于机器人手爪侧面的视觉传感器采集，采集的数据经由上位机分析，得到目标抓取模型的具体位置信息，向机器人的运动控制器发送命令，控制并联机械手的手爪接近待抓取模型目标，定位准确后，向机器人的运动控制器发送抓取命令，根据三维力传感器、指尖力传感器反馈的信息，完成目标模型的抓取。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用了多传感器配合的技术，利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化，实现了对机械手臂的智能控制；本发明利用上位机获取各个传感器采集到的数据定位模型的位置并将其发送给运动控制器，完成对模型的抓取动作，实现了对机械手的简单且灵活有效地控制，控制反应灵敏，精度高；本发明为并联抓取机器人进行模型的自动回收提供了控制方法，实现了模型回收的自动化控制。

附图说明

图1是本发明的控制系统整体示意图；

图2是本发明的控制系统各部分的组成示意图；

图3是本发明的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种应用于模型抓取的多自由度并联抓取机器人控制系统，它包含上位机、信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块，上位机分别与信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块电连接。

所述信息采集模块包括倾角传感器、绝对值编码器、位移传感器、超声波传感器，分别与上位机连接；倾角传感器位于多自由度并联抓取机器人手臂上；绝对值编码器位于机械手旋转短轴处以及机械手旋转关节处；位移传感器带绝对值编码器，分别位于升降平台处以及电动推杆驱动电机处；超声波传感器位于并联机器人手爪的前端处。

机械手模块包括倾角传感器、绝对值编码器、三维力传感器、指尖力传感器，分别与上位机连接；三维力传感器、指尖力传感器位于并联机器人手爪处。

视觉识别模块包括双目摄像头、视觉传感器，分别与上位机连接；双目摄像头位于移动平台处；视觉传感器位于多自由度并联抓取机器人手爪侧面。

所述的一种应用于模型抓取的多自由度并联抓取机器人控制方法，包括：

步骤1、根据双目摄像头所得图像信息对处于各个不同位置的模型进行归类，根据信息驱动升降装置移动到相应的位置，期间保持各个传感器的运行，上位机接收到各个传感器测试到的各类数据，如：升降装置移动距离、旋转短轴旋转角度等，移动到指定位置后，通过视觉传感器采集模型图像信息。

步骤2、模型图像信息由位于机器人手爪侧面的视觉传感器采集，得到的数据经由上位机分析，得到目标抓取模型的具体位置信息后，向多自由度并联抓取机器人运动控制器发送命令，控制机械手爪接近待抓取模型目标，定位准确后，向多自由度并联抓取机器人运动控制器发送抓取命令，根据三维力传感器、指尖力传感器反馈的信息，完成目标模型的抓取。

如图1至图3所示，一种应用于模型抓取的多自由度并联抓取机器人控制系统主要包括移动平台、升降装置、多自由度并联机械手爪和图像采集装置；

比如，移动平台可以选用龙门架结构，龙门架上设有横轨，横轨可以在龙门架上做直线运动，横轨其上具有两条工字轨道；

升降装置可以选用吊架装置，吊架可以沿着横轨上设有的两条工字轨道做直线运动，与之相连接的吊架可以相对其在竖直方向做直线运动，完成多自由度并联机械臂的升降；

多自由度并联机械臂包括倾角传感器、绝对值编码器、三维力传感器、指尖力传感器，分别与上位机连接；

所述信息采集模块分别位于移动装置和升降装置上，所述视觉识别模块位于多自由度并联机械臂末端机械爪侧面以及移动平台处。

所述的移动平台、升降平台以及并联机械手上均安有驱动装置，所述运动模块以及信息采集模块与控制器均通过串口实现通信，所述的驱动装置包括移动平台电机驱动模块、电动推杆电机驱动模块、多自由度并联机械臂关节驱动模块。

信息采集模块包括倾角传感器、绝对值编码器、位移传感器、超声波传感器，所述的倾角传感器、绝对值编码器、位移传感器、超声波传感器分别与上位机连接；所述的信息采集模块包括用于测量升降装置各关节俯仰角度的倾角传感器、用于记录旋转短轴活动角度的绝对值编码器、用于测量升降装置横向移动距离的位移传感器以及确定抓取模型位置的超声波传感器；

所述倾角传感器分别位于多自由度并联抓取机器人的各个手臂上，所述绝对值编码器分别位于机械手旋转短轴处以及机械手旋转关节处，所述位移传感器带绝对值编码器，分别位于升降装置处以及电动推杆驱动电机处，所述超声波传感器位于并联机器人各个手臂的前端处。

上述传感器均通过RS485输出，通过转换器转光纤送入上位机。

所述的视觉识别模块包括双目摄像头、视觉传感器，与上位机通过无线连接，双目摄像头设于移动平台处，将拍摄到的模型位置信息发送给上位机，分析确认模型位置后向运动控制器发送命令，抓取模型。

一种应用于模型抓取的多自由度并联抓取机器人的控制方法，包括：双目摄像头启动后，上位机根据双目摄像头所得图像信息对处于各个不同位置的模型进行归类，通过图像处理完成对待抓取模型的位置识别和距离测定，得到待抓取模型位置后向多自由度并联抓取机器人运动控制器发送命令，驱动机械手靠近待抓取模型，期间保持各个传感器的运行，上位机接收到各个传感器测试到的各类数据，如：移动平台移动距离、旋转短轴旋转角度等，移动到指定位置后通过超声波传感器反馈的信息判断机械手是否完成靠近模型这一动作的情况，确认完成机械手靠近模型动作后向多自由度并联抓取机器人运动控制器发送命令，驱动机械手爪抓取模型，根据指尖力传感器反馈的信息判断模型有无滑动，若无滑动，则模型抓取成功。

综上，本发明提供一种应用于模型抓取的多自由度并联抓取机器人控制系统和控制方法，它主要由上位机、信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块四部分组成，上位机分别与各个模块连接，根据信息采集模块和视觉识别模块得到的模型信息，向机械手运动控制器发送命令信号，运动控制器经过解析所得信号，进而完成对模型的精确抓取。本发明采用解析所得模型信息、利用机械手运动控制器完成对机械手行为的控制，完成对模型的抓取，可以简单有效地控制机械手的运动。

Claims (3)

1.一种多自由度并联抓取机器人控制系统，机器人包括移动平台、升降装置、并联机械手，其特征在于：包括上位机、信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块，上位机分别与信息采集模块、机械手模块、视觉识别模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度并联抓取机器人控制系统，其特征在于：信息采集模块包括分别与上位机相连的倾角传感器、绝对值编码器、位移传感器、超声波传感器，倾角传感器位于并联机械手上；绝对值编码器位于并联机械手的旋转短轴处以及并联机械手的旋转关节处；位移传感器和绝对值编码器分别位于升降装置及升降装置的电动推杆驱动电机处；超声波传感器位于并联机械手的前端处；

机械手模块包括设置在并联机械手的手爪处的三维力传感器和指尖力传感器；

视觉识别模块包括双目摄像头、视觉传感器，双目摄像头位于移动平台处；视觉传感器位于并联机械手的手爪侧面。

3.一种基于权利要求2所述的多自由度并联抓取机器人控制系统的控制方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1、根据双目摄像头所得图像信息对处于各个不同位置的模型进行归类，根据信息驱动升降装置移动到相应的位置，上位机接收到各个传感器测试到的各类数据并根据数据使机器人移动到指定位置后，通过视觉传感器采集模型图像信息；

步骤2、模型图像信息由位于机器人手爪侧面的视觉传感器采集，采集的数据经由上位机分析，得到目标抓取模型的具体位置信息，向机器人的运动控制器发送命令，控制并联机械手的手爪接近待抓取模型目标，定位准确后，向机器人的运动控制器发送抓取命令，根据三维力传感器、指尖力传感器反馈的信息，完成目标模型的抓取。