CN110640732A - 一种柔顺夹持器的自适应抓取方法及其抓取系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔顺夹持器的自适应抓取方法，该方法采用机器视觉的方式控制机械臂上的柔顺夹持器对目标区域的物体进行夹持、移动并释放至物体放置区域。本发明还提供一种自适应抓取系统，包括：柔顺夹持器；夹持器控制组件；夹持器控制组件包括夹持力传感器，步进电机驱动器，微处理器；机械臂；机械臂控制柜；以及视觉组件，用于采集物体图像并进行图像处理，获取物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至微处理器；夹持力传感器设置在柔顺夹持器上，并与微处理器信号连接。本发明可实现柔顺夹持器的全自动抓取操作，并对夹持物进行自适应抓取，从而提高抓取效率和安全性。

Description

一种柔顺夹持器的自适应抓取方法及其抓取系统

技术领域

本发明涉及抓取系统技术领域，更具体地说，涉及一种柔顺夹持器的自适应抓取方法及其抓取系统。

背景技术

夹持器是握住物体进而操控物体的设备，它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体。在典型的机器人加工工艺中，均需通过夹持器装夹定位和分拣搬运工件。

目前，广泛采用的机器人末端执行器大多为刚性夹持器，而采用刚性夹持器的机器人抓取系统中会存在以下问题：

(1)由于刚性夹持器在夹持连杆表面集成压夹持力传感器较为困难，因此，现有的方式大多采用驱动力矩来反馈刚性夹持器的夹持力，导致机器人抓取系统成本较高。

(2)对实现易损易碎抓取对象的安全抓取操作时，由于采用刚性夹持器，因此需要对机器人抓取系统的控制算法的精度要求比较高，而且该抓取方式会存在抓取安全性低和抓取效率低的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种柔顺夹持器自适应抓取控制方法，该控制方法可实现柔顺夹持器的全自动抓取操作，并对夹持物进行自适应抓取，则对易损易碎物体具有一定的保护能力，从而提高抓取效率和安全性；本发明的另一个目的在于提供一种柔顺夹持器自适应抓取系统，该抓取系统可对夹持物进行自动抓取，具有自适应能力强和安全性高的特点。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：采用机器视觉的方式控制机械臂上的柔顺夹持器对目标区域的物体进行夹持、移动并释放至物体放置区域；该抓取方法包括：

第一步，视觉组件对目标区域采集的图像进行处理，并将物体的夹持坐标发送至机械臂控制柜，以及根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至柔顺夹持器的微处理器；

第二步，机械臂控制柜控制机械臂移动至夹持坐标，并发送夹持信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行夹持；此时，微处理器根据夹持宽度对柔顺夹持器的钳口开度尺寸进行调整控制；

第三步，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器继续夹持；

第四步，控制机械臂移动至物体放置区域；在夹持有物体的柔顺夹持器移动过程中，对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整；发送释放信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行释放；

第五步，控制机械臂移动至指定位置，准备执行下一次分拣任务。

在上述方案中，本发明的控制方法可实现柔顺夹持器的全自动抓取操作，从而大大提高物体抓取的自动化。本发明在图像采集时，不仅获取物体的夹持坐标，而且还会计算物体的姿态及其最小宽度，便于在机械臂运动过程中，柔顺夹持器调整至合适的抓取角度并且将钳口开度尺寸调整至略大于物体的夹持宽度，从而大大提高每次的抓取效率和准确率。另外，本发明在夹持动作时，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制，以提高夹持器抓取的自适应能力；当夹持动作完成后，在夹持有物体的柔顺夹持器移动过程中，本发明还会对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整，以避免出现夹持力的变化造成物体掉落或损坏的问题，从而提高抓取的安全性。

具体地说，第三步，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器继续夹持是指：

设定夹持力阈值，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：

当微处理器检测到PA11端口电平置低时，进入夹持动作停止判断子函数，此时控制柔顺夹持器的电机每正转n圈后，均对检测到柔顺夹持器的夹持力与设定夹持力阈值进行比较：若当前检测到柔顺夹持器的夹持力大于设定夹持力阈值时，记为一次有效信号，否则继续检测并比较，控制柔顺夹持器继续夹持；当有效信号连续产生k次的时，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜；其中，PA11端口为机械臂控制柜通过继电器a与微处理器连接的端口；n为整数且n>1，k为整数且k>3。

第四步，所述对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整是指：

设定夹持力区域范围，微处理器不断对检测到柔顺夹持器的夹持力进行判断，将检测到柔顺夹持器的夹持力限制在设定夹持力区域范围以内：当检测到柔顺夹持器的夹持力低于设定夹持力区域范围的最小值，则控制柔顺夹持器的电机正转，加大夹持力；当检测到柔顺夹持器的夹持力高于设定夹持力区域范围的最大值，则控制柔顺夹持器的电机反转，减小夹持力。当夹持动作完成后，随即对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整，在机械臂的运动过程中，可避免出现夹持力的变化造成物体掉落或损坏的问题。

第四步中，所述发送释放信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行释放是指：当微处理器检测到PA12端口电平置低时，控制柔顺夹持器的电机反转n圈，柔顺夹持器作释放动作；其中，PA12端口为机械臂控制柜通过继电器c与微处理器连接的端口；n为整数且n>1。

在第一步中，所述根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度是指：首先过物体的质心O作斜率为k＝tanθ的直线；然后分别求解各斜率k的直线与物体轮廓两交点之间的距离；最后筛选出最短距离对应θ值作为判断物体姿态的变量，并将该最短距离记作物体的夹持宽度；其中，θ∈[0°，90°]。由于θ≠90°，对于处于0°姿态的物体求解存在偏差，由于在夹持过程中，物体能够被动调整姿态，并且偏差在允许范围内，夹持效果不受影响。

在第二步中，所述微处理器根据夹持宽度对柔顺夹持器的钳口开度尺寸进行调整控制是指：

步骤一：柔顺夹持器开机时进行归零标定：在驱动柔顺夹持器钳口开闭处设置限位开关；控制柔顺夹持器的钳口张开到最大开度位置，此时触动限位开关，微处理器内部标记该位置为原点，实现柔顺夹持器归零标定；

步骤二：根据物体的夹持宽度，控制驱动柔顺夹持器开闭的步进电机驱动器的转动步数，实现将柔顺夹持器的钳口开度尺寸调整至略大于物体的夹持宽度。

一种柔顺夹持器的自适应抓取系统，其特征在于：包括：

用于夹持物体的柔顺夹持器；

夹持器控制组件；所述夹持器控制组件包括用于检测柔顺夹持器夹持力的夹持力传感器，用于驱动柔顺夹持器动作的步进电机驱动器，用于对检测到柔顺夹持器的夹持力进行判断和调整并对柔顺夹持器进行控制的微处理器；

机械臂；

用于控制机械臂的机械臂控制柜；

以及视觉组件，用于采集物体图像并进行图像处理，获取物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至微处理器；

所述夹持力传感器设置在柔顺夹持器上，并与微处理器信号连接；所述柔顺夹持器安装在机械臂上，微处理器通过步进电机驱动器与柔顺夹持器信号连接；所述机械臂控制柜分别与机械臂和微处理器信号连接；所述视觉组件分别与微处理器和机械臂控制柜信号连接。

在上述方案中，本发明的柔顺夹持器自适应抓取系统采用机器视觉的方式控制机械臂上的柔顺夹持器对目标区域的物体进行夹持、移动并释放至物体放置区域，实现全自动抓取。该抓取系统并具有自适应能力强和安全性高的特点。

所述夹持器控制组件还包括：

用于将夹持力传感器的电压转换成适用于微处理器能够处理的5V以下电压信号的电压转换器；

用于将220V交流电转换成夹持器控制组件需求的12V直流电的变压器；

以及用于实现远程遥控柔顺夹持器动作的无线遥控，以远程遥控柔顺夹持器钳口开闭动作、及其急停控制；

所述电压转换器一端与夹持力传感器连接，另一端与微处理器连接；所述变压器一端用于与220V交流电连接，另一端与微处理器连接；所述无线遥控与微处理器信号连接；

所述夹持器控制组件还包括：

继电器a，用于作为机械臂控制柜发送夹持信号至微处理器的触发开关；

继电器b，用于作为微处理器发送夹持完成信号至机械臂控制柜的触发开关；

继电器c，用于作为机械臂控制柜发送释放信号至微处理器的触发开关；

所述机械臂控制柜分别通过继电器a、继电器b和继电器c与微处理器信号连接。

所述视觉组件包括：

用于对目标区域的物体进行图像采集的摄像头；

用于固定摄像头的摄像头支架；

以及上位机；用于对摄像头获取的图像进行图像处理，计算物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度并发送至微处理器；

所述摄像头设置在摄像头支架上，并与上位机信号连接；所述上位机分别与微处理器和机械臂控制柜信号连接。

所述柔顺夹持器包括夹持机构和驱动机构；所述夹持机构包括对称镜像设置的两个夹持部，以及均与两个夹持部连接的固定部；

所述夹持部包括柔性铰链、柔性夹持杆和连接杆；两个夹持部分别通过柔性铰链与固定部连接；每个所述夹持部均由柔性夹持杆和连接杆通过柔性铰链连接组成；所述夹持力传感器嵌入至柔性夹持杆内部；

所述驱动机构分别与两个夹持部铰接，通过驱动连接杆和柔性夹持杆运动，实现两个夹持部对物体进行自适应夹持或张开运动。

本发明的与物体接触的夹持件为柔性夹持杆，该柔性夹持杆、连接杆和固定部为一体成型的白色软胶件，这样可以实现对物体柔性夹持，对夹持物表面具有较强的自适应性。该柔顺夹持器具有两种夹持模式，分别为两点夹持与包络夹持。夹持器采用压阻式薄膜传感器作为夹持力传感器，其具有厚度小、抗干扰能力强和价格便宜的特点，并能很好地嵌入至柔性夹持杆内部从而实现夹持器紧凑化设计。柔顺夹持器能够通过柔性夹持杆自身的柔度提供较大的夹持力容差，满足本项目的抓取需求，并有效降低夹持器的制造成本。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明的柔顺夹持器自适应抓取控制方法可实现柔顺夹持器的全自动抓取操作，并对夹持物进行自适应抓取，则对易损易碎物体具有一定的保护能力，从而提高抓取效率和安全性。

2、本发明的柔顺夹持器自适应抓取系统可对夹持物进行自动抓取，并能对易损易碎物体进行保护，具有自适应能力强和安全性高的特点。

附图说明

图1是本发明柔顺夹持器自适应抓取系统的示意图；

图2是本发明柔顺夹持器自适应抓取系统各模块间的通信原理图；

图3是本发明柔顺夹持器自适应抓取系统中柔顺夹持器的示意图一；

图4是本发明柔顺夹持器自适应抓取系统中柔顺夹持器的示意图二；

图5是本发明柔顺夹持器自适应抓取系统中柔顺夹持器的爆炸图；

图6是本发明柔顺夹持器自适应抓取方法的流程图；

图7是本发明对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制的流程图；

图8是本发明对柔顺夹持器的钳口开度尺寸进行调整控制的流程图；

图9是本发明计算物体的夹持宽度示意图；

其中，1为柔顺夹持器、1.1为柔性铰链、1.2为固定部、1.3为柔性夹持杆一、1.4为柔性夹持杆二、1.5为连接杆一、1.6为连接杆二、1.7为限位件、1.8为限位部件、1.10为驱动横杆、1.11为左驱动杆、1.12为右驱动杆、1.13为丝杆、1.14为丝杆螺母、1.15为联轴器、1.16为基座、1.17为驱动装置、1.18为前支撑座、1.19为后支撑座、1.20为滑块、1.21为导轨、1.22为限位开关、2为夹持器控制组件、3为变压器、4为机械臂、5为机械臂控制柜、6为继电器组、7为上位机、8为摄像头、9为摄像头支架、10为无线遥控、11为目标区域、12为物体放置区域、13为夹持力传感器、16为电压转换器、17为微处理器、18为步进电机驱动器、19为继电器a、20为继电器b、21为继电器c。

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的描述。

实施例

如图1至图9所示，本发明柔顺夹持器的自适应抓取系统包括：

用于夹持物体的柔顺夹持器1；

夹持器控制组件2，其中，夹持器控制组件2包括用于检测柔顺夹持器1夹持力的夹持力传感器13，用于驱动柔顺夹持器1动作的步进电机驱动器18，用于对检测到柔顺夹持器1的夹持力进行判断和调整并对柔顺夹持器进行控制的微处理器17；

机械臂4；

用于控制机械臂4的机械臂控制柜5；

以及视觉组件，用于采集物体图像并进行图像处理，获取物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜5，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至微处理器17；

该夹持力传感器13设置在柔顺夹持器1上，并与微处理器17信号连接；柔顺夹持器1安装在机械臂4上，微处理器17通过步进电机驱动器18与柔顺夹持器1信号连接。机械臂控制柜5分别与机械臂4和微处理器17信号连接，而视觉组件分别与微处理器17和机械臂控制柜5信号连接。

本发明的夹持器控制组件还包括：

用于将夹持力传感器13的电压转换成适用于微处理器能够处理的5V以下电压信号的电压转换器16；

用于将220V交流电转换成夹持器控制组件2需求的12V直流电的变压器3；

以及用于实现远程遥控柔顺夹持器动作的无线遥控10，以远程遥控柔顺夹持器1的钳口开闭动作、及其急停控制；

其中，电压转换器16一端与夹持力传感器13连接，另一端与微处理器17连接，变压器3一端用于与220V交流电连接，另一端与微处理器17连接，无线遥控10与微处理器17信号连接。

该夹持器控制组件2还包括：

继电器a 19，用于作为机械臂控制柜5发送夹持信号至微处理器17的触发开关；

继电器b 20，用于作为微处理器17发送夹持完成信号至机械臂控制柜5的触发开关；

继电器c 21，用于作为机械臂控制柜5发送释放信号至微处理器17的触发开关；

该机械臂控制柜5分别通过继电器a 19、继电器b 20和继电器c 21与微处理器17信号连接。

本发明的视觉组件包括：

用于对目标区域11的物体进行图像采集的摄像头8；

用于固定摄像头8的摄像头支架9；

以及上位机7，用于对摄像头8获取的图像进行图像处理，计算物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜5，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度并发送至微处理器17；

该摄像头8设置在摄像头支架9上，并与上位机7信号连接，上位机7分别与微处理器17和机械臂控制柜5信号连接。

本发明的柔顺夹持器包括夹持机构和驱动机构；所述夹持机构包括对称镜像设置的两个夹持部，以及均与两个夹持部连接的固定部，该夹持部包括柔性铰链1.1、柔性夹持杆和连接杆；两个夹持部分别通过柔性铰链1.1与固定部1.2连接；每个夹持部均由柔性夹持杆和连接杆通过柔性铰链1.1连接组成，驱动机构分别与两个夹持部铰接，通过驱动连接杆和柔性夹持杆运动，实现两个夹持部对物体进行自适应夹持或张开运动。

具体地说，两个夹持部均包括柔性夹持杆一1.3、柔性夹持杆二1.4、连接杆一1.5和连接杆二1.6，其中，柔性夹持杆一1.3作为夹持部的下部夹持件，柔性夹持杆二1.4作为夹持部的顶端夹持件，柔性夹持杆一1.3的一端通过柔性铰链1.1与固定部1.2连接，另一端通过柔性铰链1.1与柔性夹持杆二1.4连接，连接杆一1.5通过柔性铰链1.1与柔性夹持杆二1.4连接，连接杆二1.6的两端分别通过柔性铰链1.1与连接杆一1.5和固定部1.2连接。

连接杆一1.5上还设置有用于限制连接杆一1.5和连接杆二1.6之间角度的限位件1.7，该限位件1.7与连接杆二1.6相对设置。该柔顺夹持器还包括与柔性夹持杆二1.4连接的限位部件1.8，该限位部件1.8位于连接杆一1.5的外侧并与柔性夹持杆二1.4和连接杆一1.5之间的柔性铰链1.1相对设置。该限位部件1.8可以限制柔性夹持杆二1.4和连接杆一1.5之间的角度，避免与柔性夹持杆二1.4和连接杆一1.5连接的柔性铰链发生过大的形变。

本发明还的夹持力传感器13，该夹持力传感器13嵌入至柔性夹持杆二1.4内部。驱动机构包括驱动部、动力部和传动部，其中，动力部分别与两个夹持部的连接杆二1.6铰接，动力部通过传动部与驱动部连接，实现驱动部通过驱动连接杆二1.6带动连接杆一1.5运动，并将动力传递于柔性夹持杆一1.3和柔性夹持杆二1.4，实现两个夹持部的夹持或张开运动。具体地说，驱动部包括驱动横杆1.10，以及与驱动横杆1.10两端固定连接的左驱动杆1.11和右驱动杆1.12，左驱动杆1.11和右驱动杆1.12分别与两个夹持部的连接杆二1.6铰接，左驱动杆1.11与右驱动杆1.12对称布置。

本发明的传动部包括丝杆1.13、与丝杆1.13连接的丝杆螺母1.14和联轴器1.15，其中，驱动横杆1.10与丝杆螺母1.14连接，动力部的输出端通过联轴器1.15与丝杆1.13的下端相连，实现通过动力部驱动丝杆1.13转动以带动与丝杆螺母1.14连接的驱动横杆1.10升降。而动力部包括基座1.16和设置在基座1.16内部的驱动装置1.17，该驱动装置1.17的输出端通过联轴器1.15与丝杆1.13的下端相连。

本发明还包括导向机构，该导向机构包括前支撑座1.18、后支撑座1.19和滑块1.20，其中，前支撑座1.18和后支撑座1.19分别与基座1.16上端连接，并对称设置在夹持部两侧，前支撑座1.18和/或后支撑座1.19设置有导轨1.21，滑块1.20一端与驱动横杆1.10连接，另一端与导轨1.21滑动连接，实现驱动横杆1.10升降过程中通过滑块1.20沿导轨运动。该基座1.16设置有便于柔顺夹持器开机时进行归零标定的限位开关1.22，该限位开关1.22位于驱动横杆1.10下方。当夹持器的夹持部张开到最大开度位置，此时驱动横杆1.10下降触动限位开关1.22，微处理器17内部标记该位置为原点，实现柔顺夹持器归零标定。

本发明柔顺夹持器的自适应抓取方法是这样的：采用机器视觉的方式控制机械臂4上的柔顺夹持器1对目标区域11的物体进行夹持、移动并释放至物体放置区域12；该抓取方法包括：

第一步，视觉组件对目标区域11采集的图像进行处理，并将物体的夹持坐标发送至机械臂控制柜5，以及根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至柔顺夹持器1的微处理器17；

第二步，机械臂控制柜5控制机械臂4移动至夹持坐标，并发送夹持信号至微处理器17控制柔顺夹持器1对物体进行夹持；此时，微处理器17根据夹持宽度对柔顺夹持器1的钳口开度尺寸进行调整控制；

第三步，对柔顺夹持器1的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器1的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜5，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器1继续夹持；

第四步，控制机械臂4移动至物体放置区域12；在夹持有物体的柔顺夹持器1移动过程中，对柔顺夹持器1的夹持力实时监控并调整；发送释放信号至微处理器17控制柔顺夹持器1对物体进行释放；

第五步，控制机械臂4移动至指定位置，准备执行下一次分拣任务。

具体地说：上述第三步，对柔顺夹持器1的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器继续夹持是指：

设定夹持力阈值，对柔顺夹持器1的夹持力进行检测并控制：

当微处理器17检测到PA11端口电平置低时，进入夹持动作停止判断子函数，此时控制柔顺夹持器1的步进电机驱动器18每正转n圈后，均对检测到柔顺夹持器1的夹持力与设定夹持力阈值进行比较：若当前检测到柔顺夹持器1的夹持力大于设定夹持力阈值时，记为一次有效信号，否则继续检测并比较，控制柔顺夹持器1继续夹持；当有效信号连续产生k次的时，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜5；其中，PA11端口为机械臂控制柜5通过继电器a 19与微处理器17连接的端口；n为整数且n>1，k为整数且k>3。

上述第四步中，对柔顺夹持器1的夹持力实时监控并调整是指：

设定夹持力区域范围，微处理器17不断对检测到柔顺夹持器1的夹持力进行判断，将检测到柔顺夹持器1的夹持力限制在设定夹持力区域范围以内：当检测到柔顺夹持器1的夹持力低于设定夹持力区域范围的最小值，则控制柔顺夹持器的步进电机驱动器18正转，加大夹持力；当检测到柔顺夹持器1的夹持力高于设定夹持力区域范围的最大值，则控制柔顺夹持器1的步进电机驱动器18反转，减小夹持力。

当夹持动作完成后，随即对柔顺夹持器1的夹持力实时监控并调整，在机械臂4的运动过程中，可避免出现夹持力的变化造成物体掉落或损坏的问题。

第四步中，上述发送释放信号至微处理器17控制柔顺夹持器1对物体进行释放是指：当微处理器17检测到PA12端口电平置低时，控制柔顺夹持器1的步进电机驱动器18反转n圈，柔顺夹持器1作释放动作；其中，PA12端口为机械臂控制柜5通过继电器c 21与微处理器17连接的端口；n为整数且n>1。

第一步中，上述根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度是指：首先过物体的质心O作斜率为k＝tanθ的直线；然后分别求解各斜率k的直线与物体轮廓两交点之间的距离；最后筛选出最短距离对应θ值作为判断物体姿态的变量，并将该最短距离记作物体的夹持宽度；其中，θ∈[0°，90°]。由于θ≠90°，对于处于0°姿态的物体求解存在偏差，由于在夹持过程中，物体能够被动调整姿态，并且偏差在允许范围内，夹持效果不受影响。

在第二步中，上述微处理器17根据夹持宽度对柔顺夹持器1的钳口开度尺寸进行调整控制是指：

步骤一：柔顺夹持器1开机时进行归零标定：在驱动柔顺夹持器1钳口开闭处设置限位开关；控制柔顺夹持器1的钳口张开到最大开度位置，此时触动限位开关1.22，微处理器17内部标记该位置为原点，实现柔顺夹持器1归零标定；

步骤二：根据物体的夹持宽度，控制驱动柔顺夹持器1开闭的步进电机驱动器18的转动步数，实现将柔顺夹持器1的钳口开度尺寸调整至略大于物体的夹持宽度。

本发明的控制方法可实现柔顺夹持器1的全自动抓取操作，从而大大提高物体抓取的自动化。本发明在图像采集时，不仅获取物体的夹持坐标，而且还会计算物体的姿态及其最小宽度，便于在机械臂运动过程中，柔顺夹持器1调整至合适的抓取角度并且将钳口开度尺寸调整至略大于物体的夹持宽度，从而大大提高每次的抓取效率和准确率。另外，本发明在夹持动作时，对柔顺夹持器1的夹持力进行检测并控制，以提高夹持器抓取的自适应能力；当夹持动作完成后，在夹持有物体的柔顺夹持器1移动过程中，本发明还会对柔顺夹持器1的夹持力实时监控并调整，以避免出现夹持力的变化造成物体掉落或损坏的问题，从而提高抓取的安全性。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：采用机器视觉的方式控制机械臂上的柔顺夹持器对目标区域的物体进行夹持、移动并释放至物体放置区域；该抓取方法包括：

第一步，视觉组件对目标区域采集的图像进行处理，并将物体的夹持坐标发送至机械臂控制柜，以及根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至柔顺夹持器的微处理器；

第二步，机械臂控制柜控制机械臂移动至夹持坐标，并发送夹持信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行夹持；此时，微处理器根据夹持宽度对柔顺夹持器的钳口开度尺寸进行调整控制；

第三步，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器继续夹持；

第四步，控制机械臂移动至物体放置区域；在夹持有物体的柔顺夹持器移动过程中，对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整；发送释放信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行释放；

第五步，控制机械臂移动至指定位置，准备执行下一次分拣任务。

2.根据权利要求1所述的柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：第三步，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：若柔顺夹持器的夹持力达到设定夹持条件，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜，并进行第四步；否则，控制柔顺夹持器继续夹持是指：

设定夹持力阈值，对柔顺夹持器的夹持力进行检测并控制：

当微处理器检测到PA11端口电平置低时，进入夹持动作停止判断子函数，此时控制柔顺夹持器的电机每正转n圈后，均对检测到柔顺夹持器的夹持力与设定夹持力阈值进行比较：若当前检测到柔顺夹持器的夹持力大于设定夹持力阈值时，记为一次有效信号，否则继续检测并比较，控制柔顺夹持器继续夹持；当有效信号连续产生k次的时，则夹持停止，夹持动作完成，发停止夹持信号至机械臂控制柜；其中，PA11端口为机械臂控制柜通过继电器a与微处理器连接的端口；n为整数且n>1，k为整数且k>3。

3.根据权利要求1所述的柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：第四步，所述对柔顺夹持器的夹持力实时监控并调整是指：

设定夹持力区域范围，微处理器不断对检测到柔顺夹持器的夹持力进行判断，将检测到柔顺夹持器的夹持力限制在设定夹持力区域范围以内：当检测到柔顺夹持器的夹持力低于设定夹持力区域范围的最小值，则控制柔顺夹持器的电机正转，加大夹持力；当检测到柔顺夹持器的夹持力高于设定夹持力区域范围的最大值，则控制柔顺夹持器的电机反转，减小夹持力。

4.根据权利要求1所述的柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：第四步中，所述发送释放信号至微处理器控制柔顺夹持器对物体进行释放是指：当微处理器检测到PA12端口电平置低时，控制柔顺夹持器的电机反转n圈，柔顺夹持器作释放动作；其中，PA12端口为机械臂控制柜通过继电器c与微处理器连接的端口；n为整数且n>1。

5.根据权利要求1所述的柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：在第一步中，所述根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度是指：首先过物体的质心O作斜率为k＝tanθ的直线；然后分别求解各斜率k的直线与物体轮廓两交点之间的距离；最后筛选出最短距离对应θ值作为判断物体姿态的变量，并将该最短距离记作物体的夹持宽度；其中，θ∈[0°，90°]。

6.根据权利要求1所述的柔顺夹持器的自适应抓取方法，其特征在于：在第二步中，所述微处理器根据夹持宽度对柔顺夹持器的钳口开度尺寸进行调整控制是指：

步骤一：柔顺夹持器开机时进行归零标定：在驱动柔顺夹持器钳口开闭处设置限位开关；控制柔顺夹持器的钳口张开到最大开度位置，此时触动限位开关，微处理器内部标记该位置为原点，实现柔顺夹持器归零标定；

步骤二：根据物体的夹持宽度，控制驱动柔顺夹持器开闭的步进电机驱动器的转动步数，实现将柔顺夹持器的钳口开度尺寸调整至略大于物体的夹持宽度。

7.一种柔顺夹持器的自适应抓取系统，其特征在于：包括：

用于夹持物体的柔顺夹持器；

夹持器控制组件；所述夹持器控制组件包括用于检测柔顺夹持器夹持力的夹持力传感器，用于驱动柔顺夹持器动作的步进电机驱动器，用于对检测到柔顺夹持器的夹持力进行判断和调整并对柔顺夹持器进行控制的微处理器；

机械臂；

用于控制机械臂的机械臂控制柜；

以及视觉组件，用于采集物体图像并进行图像处理，获取物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度，并发送至微处理器；

所述夹持力传感器设置在柔顺夹持器上，并与微处理器信号连接；所述柔顺夹持器安装在机械臂上，微处理器通过步进电机驱动器与柔顺夹持器信号连接；所述机械臂控制柜分别与机械臂和微处理器信号连接；所述视觉组件分别与微处理器和机械臂控制柜信号连接。

8.根据权利要求7所述的柔顺夹持器的自适应抓取系统，其特征在于：所述夹持器控制组件还包括：

用于将夹持力传感器的电压转换成适用于微处理器能够处理的5V以下电压信号的电压转换器；

用于将220V交流电转换成夹持器控制组件需求的12V直流电的变压器；

以及用于实现远程遥控柔顺夹持器动作的无线遥控，以远程遥控柔顺夹持器钳口开闭动作、及其急停控制；

所述电压转换器一端与夹持力传感器连接，另一端与微处理器连接；所述变压器一端用于与220V交流电连接，另一端与微处理器连接；所述无线遥控与微处理器信号连接；

所述夹持器控制组件还包括：

继电器a，用于作为机械臂控制柜发送夹持信号至微处理器的触发开关；

继电器b，用于作为微处理器发送夹持完成信号至机械臂控制柜的触发开关；

继电器c，用于作为机械臂控制柜发送释放信号至微处理器的触发开关；

所述机械臂控制柜分别通过继电器a、继电器b和继电器c与微处理器信号连接。

9.根据权利要求7所述的柔顺夹持器的自适应抓取系统，其特征在于：所述视觉组件包括：

用于对目标区域的物体进行图像采集的摄像头；

用于固定摄像头的摄像头支架；

以及上位机；用于对摄像头获取的图像进行图像处理，计算物体的夹持坐标并发送至机械臂控制柜，和根据获取的物体姿态计算物体的夹持宽度并发送至微处理器；

所述摄像头设置在摄像头支架上，并与上位机信号连接；所述上位机分别与微处理器和机械臂控制柜信号连接。

10.根据权利要求7所述的柔顺夹持器的自适应抓取系统，其特征在于：所述柔顺夹持器包括夹持机构和驱动机构；所述夹持机构包括对称镜像设置的两个夹持部，以及均与两个夹持部连接的固定部；

所述夹持部包括柔性铰链、柔性夹持杆和连接杆；两个夹持部分别通过柔性铰链与固定部连接；每个所述夹持部均由柔性夹持杆和连接杆通过柔性铰链连接组成；所述夹持力传感器嵌入至柔性夹持杆内部；

所述驱动机构分别与两个夹持部铰接，通过驱动连接杆和柔性夹持杆运动，实现两个夹持部对物体进行自适应夹持或张开运动。

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