CN111230892A

CN111230892A - 一种多机械臂的服务型机器人

Info

Publication number: CN111230892A
Application number: CN201911323028.8A
Authority: CN
Inventors: 刘雪楠; 覃立万; 夏鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种多机械臂的服务型机器人，包括头部模块、身体模块、机械臂模块、腿部模块、底盘模块和视觉模块，其中，机械臂模块包含通用接口、机械臂和末端执行器，且每个机器人包含至少三个机械臂模块。每个机械臂模块都采用通用接口，可以安装在机器人任意一个机械臂对接接口，具有很强的互换性。每个机械臂模块都有属于自己的视觉模块，可以采集各自的数据给控制系统。控制系统能够并行处理每个机械臂模块的运动，而不需要有优先级，使得每个机械臂模块可以同时完成各自的运动。多机械臂模块可以单独完成不同的任务，也可以协同工作，大大增加了机器人的工作效率，节省了时间和机器人数量。

Description

一种多机械臂的服务型机器人

技术领域

本发明属于机器人和人工智能领域，特别是涉及一种多机械臂的服务型机器人。

背景技术

随着机器人技术的飞速发展，其应用领域日益扩大。服务型机器人是一种半自主或者全自主工作的机器人，主要用于商用办公、家用服务、个人护理等。作为机器人与环境相互作用的执行部件，机械臂对机器人智能化水平和作业水平的提高具有十分重要的意义。机器人的机械臂，在不同的领域有不同的特点，工业机器人上，其抓取方式单一，缺少灵活性，在协同性上需要多台机器人共同协助，成本昂贵，环境要求固定；服务型机器人的机械臂目前多为演示性质的手臂，无法进行一些实际的工作，部分可进行具体工作的机械臂工种固定，且缺乏共同协助。服务型机器人中带有可作业功能的机械臂较少，基本配备有一条或一对机械臂，并通过视觉监测模块进行单一工作。这样的服务型机器人的作业效率较低，且无法同时进行多项工作，由于机器人之间的通信延时，一致性不高等问题存在，进行相互协作也比较困难。

如何能进一步提高服务型机器人的机械臂的实用性和高效性，是本领域专家一直在探索的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多机械臂的服务型机器人，集多组模块化的机械臂与一个机器人，并配备分布式的视觉监测模块，使机器人的多组机械臂可以协同工作，大大提高了工作效率，也为特殊场合的需要提供了可能。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

一种多机械臂的服务型机器人，包括头部模块、身体模块、机械臂模块、腿部模块、底盘模块和视觉模块；所述头部模块、身体模块、腿部模块按照人体结构安装在一起；所述底盘模块安装在腿部模块下部，用于机器人的轮式移动；每个机器人包含至少三个所述机械臂模块；所述视觉模块分布式安装在身体模块相应位置，分别为不同的机械臂模块提供视觉信息。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,身体模块中有运动控制卡，可并行处理多个机械臂模块和视觉模块的数据，并进行控制，使多个机械臂模块可以同时进行多项作业或协同作业，不需要根据优先级排列处理。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,每个机械臂模块对应的视觉模块可以独立地、同时地采集图像数据至主控系统，主控系统将视觉模块数据与其他传感器数据进行数据融合，再分别分发给各个机械臂模块，进行将反馈处理，从而将视觉模块、机械臂模块和运动控制卡联系在一起。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,视觉模块分为两种，一种是同时控制两个机械臂模块的，一种是只控制一个机械臂模块的。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,每个机械臂模块包含通用接口、机械臂和末端执行器三部分，任一机械臂可通过通用接口安装在所述身体模块的任一机械臂接口上。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,通用接口包含供电接口与通信接口，通信使用的是CAN总线或EthernetCAN总线接口设计，以保证通讯实时性。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,机械臂分为五自由度机械臂和六自由度机械臂，根据具体的作业场景进行选择安装，均包含一个及以上的X轴方向关节自由度，一个及以上的Y轴方向关节自由度，以及一个及以上的Z轴方向关节自由度。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,末端执行器可以为三自由度的机械爪或六自由度的机械手，也可根据具体操纵的工具进行定制化设计。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,多机械臂的运动控制由运动控制系统、视觉模块、辅助传感器模组和机械臂模块完成，所述视觉模块进行物体识别、空间坐标的信息获取；所述辅助传感器模组进行定位、导航、避障工作；所述运动控制系统进行数据融合、运动规划、策略执行以及通信功能；所述机械臂模块的机械臂进行三维空间的位姿运动，末端执行器进行实际工作。

所述的一种多机械臂的服务型机器人,多机械臂运动控制具体方式为：视觉模块与辅助传感器模组采集外部信息，反馈给运动控制系统，运动控制系统进行多传感器数据融合和运动规划，控制多组机械臂，包括机械臂和末端执行器同时工作，各组机械臂反馈各自执行情况和物体信息给运动控制系统，形成闭环控制。

综上所述，本发明的有益效果包括：

1）通过模块化和多机械臂机构的设计，同时配备有分布式的视觉监测模块，在需要同时执行多项工作时，安装三条及以上数量的机械臂模块，进行并行或协同工作，提高工作效率的同时，减少了机器人的数量。

2）通用接口设计使得每个机械臂模块可以任意交换位置安装在机器人身体模块上，大大提升了其互换性。

3）主控芯片的并行处理优势，可对各个机械臂模块进行同步处理与控制，保障每个机械臂模块的控制都在同一时刻被执行，而不需要根据优先级排列处理。

4）分布式布局的视觉模块，分别独立处理相应机械臂模块的作业，保障了机械臂模块的独立运作，并且精度更好。

5）CAN控制器局域网络可保证网络各个节点之间的数据通信实时性强，这保障了各个机械臂之间的协同性和一致性；且开发周期短，不同机械臂模块或定制化的机械臂模块，只需根据CAN总线标准进行设计，即可快速的接入机器人本体的控制器局域网络。

前面所述的为本申请的概述，因此必然有简化、概括和细节省略的情况；本领域的技术人员应该认识到，概述部分仅是对本申请的说明，而不应看作是对本申请的任何限定。本说明书中描述的装置和/或方法和/或其他主题的其他方面、特征和优点将会由于本说明书的阐述而变得清晰。概述部分是用来以一种简化的方式导入多个将在以下具体实施方式部分进一步描述的概念。本概述部分既非用于确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非用来作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。

附图说明

通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，就会更加充分地清楚理解本申请的上述和其他特征。应当理解，这些附图仅是对本申请若干实施方式的描述，不应认为是对本申请范围的限定，通过附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。

图1是本发明的一种多机械臂的服务型机器人的整体结构示意图。

图2是本发明的一种多机械臂的服务型机器人的机械臂结构示意图。

图3是本发明的一种多机械臂的服务型机器人的运动控制系统图。

附图标记说明：1-括头部模块、2-身体模块、3-机械臂模块、4-腿部模块、5-底盘模块、6-视觉模块、31-通用接口、32-机械臂、33-末端执行器。

具体实施方式

在下面的具体实施方式部分中，结合作为说明书一部分的附图进行说明。在附图中，相同/类似的标记通常表示相同/类似的部件，除非说明书中另有说明。具体实施方式、附图和权利要求书中描述的用来举例说明的实施方式不应认为是对本申请的限定。在不偏离本申请表述的主题的精神或范围的情况下，可以采用本申请的其他实施方式，并且可以对本申请做出其他变化。应该很容易理解，可以对本说明书中一般性描述的、附图中图解说明的本申请的各个方面进行各种不同构成的配置、替换、组合，设计，而所有这些改变都显然在预料之中，并构成本申请的一部分。

参照图1，一种多机械臂的服务型机器人，包括头部模块1、身体模块2、机械臂模块3、腿部模块4、底盘模块5和视觉模块6；所述头部模块1、身体模块2、腿部模块4按照人体结构安装在一起；所述底盘模块5安装在腿部模块4下部，用于机器人的轮式移动；每个机器人包含至少三个所述机械臂模块3；所述视觉模块6分布式安装在身体模块2相应位置，分别为不同的机械臂模块3提供视觉信息。其中，身体模块2中有运动控制卡，可并行处理多个机械臂模块3和视觉模块6的数据，并进行控制，使多个机械臂模块3可以同时进行多项作业或协同作业，不需要根据优先级顺序处理。每个机械臂模块3对应的视觉模块6可以独立地、同时地采集图像数据至主控系统，主控系统将视觉模块数据与其他传感器数据进行数据融合，再分别分发给各个机械臂模块3，进行将反馈处理，从而将视觉模块6、机械臂模块3和运动控制卡联系在一起。所述视觉模块6分为两种，一种是同时控制两个机械臂模块3的，一种是只控制一个机械臂模块3的。

参照图2，每个机械臂模块3包含通用接口31、机械臂32和末端执行器33三部分，任一机械臂可通过通用接口安装在所述身体模块2的任一机械臂接口上。其中，通用接口31包含供电接口与通信接口，通信使用的是CAN总线或EthernetCAN总线接口设计，以保证通讯实时性。所述机械臂32分为五自由度机械臂和六自由度机械臂，根据具体的作业场景进行选择安装，均包含一个及以上的X轴方向关节自由度，一个及以上的Y轴方向关节自由度，以及一个及以上的Z轴方向关节自由度。末端执行器33可以为三自由度的机械爪或六自由度的机械手，也可根据具体操纵的工具进行定制化设计。

参照图3，多机械臂的运动控制由运动控制系统、视觉模块6、辅助传感器模组和机械臂模块3(图中列出4个，但不限于4个，根据具体工况而定）完成。所述视觉模块6进行物体识别、空间坐标的信息获取；所述辅助传感器模组进行定位、导航、避障工作；所述运动控制系统进行数据融合、运动规划、策略执行以及通信功能；所述机械臂模块3的机械臂32进行三维空间的位姿运动，末端执行器进行实际工作。多机械臂运动控制具体方式为：视觉模块6与辅助传感器模组采集外部信息，反馈给运动控制系统，运动控制系统进行多传感器数据融合和运动规划，控制多组机械臂32，包括机械臂和末端执行器同时工作，各组机械臂模块反馈各自执行情况和物体信息给运动控制系统，形成闭环控制。

实施例

多机械臂协同工作完成倒水过程的示例：

第一步：视觉模块A识别到水杯，视觉模块B识别到水瓶，视觉模块C识别到瓶盖。

第二步：三个视觉模块分别将图像数据反馈给运动控制系统。

第三步：运动控制系统分别规划机械臂A的抓取策略，机械臂B与机械臂C的协同抓取水瓶与开瓶盖策略。

第四步：将执行策略分别分发给机械臂A、B、C进行空间位移运动，分别到达指定位置。

第五步：A机械臂的末端执行器执行拿稳水杯动作，B机械臂的末端执行器执行拿水瓶动作，C机械臂的末端执行器执行旋开水瓶盖动作。

第六步：A机械臂靠近B机械臂，B机械臂倾斜水瓶，完成倒水动作。

第七步：执行策略最后控制三个机械臂和末端执行器完成水瓶、水杯、瓶盖的回位和松手动作以及机械臂模块回原点动作。

本发明提供的多机械臂服务型机器人，通过模块化和多机械臂机构的设计，同时配备有分布式的视觉监测模块，在需要同时执行多项工作时，安装三个及以上数量的机械臂模块，进行并行或协同工作，提高工作效率的同时，减少了机器人的数量。通用接口设计使得每个机械臂模块可以任意交换位置安装在机器人身体模块上，大大提升了其互换性。主控模块的并行处理优势，可对各个机械臂模块进行同步处理与控制，保障每个机械臂模块的控制都在同一时刻被执行，而不需要根据优先级排列处理。分布式布局的视觉模块，分别独立处理相应机械臂模块的作业，保障了机械臂模块的独立运作，并且精度更好。CAN控制器局域网络或类似的总线控制网络可保证网络各个节点之间的数据通信实时性强，这保障了各个机械臂模块之间的协同性和一致性；且开发周期短，不同机械臂模块或定制化的机械臂模块，只需根据CAN总线标准或者EthernetCAN总线标准进行设计，即可快速的接入机器人本体的控制器局域网络。

前述已通过框图、流程图和/或实施例子进行了详细描述，阐明了本申请装置和/或方法的不同实施方式。当这些框图、流程图和/或实施例包含一个或多个功能和/或操作时，本领域的技术人员会明白，这些框图、流程图和/或实施例中的各功能和/或操作可以通过各种硬件、软件、固件或实质上它们的任意组合而单独地和/或共同地实施。本领域的技术人员会认识到，以本说明书中说明的方式描述装置和/或方法，然后进行工程实践以将所描述的装置和/或方法集成到数据处理系统中，在本领域里是很常见的。也就是说，本说明书中描述的装置和/或方法中的至少一部分，可通过合理数量的实验集成到数据处理系统中。对于本说明书中所用的基本上任何复数和/或单数术语，本领域的技术人员可以将复数解释为单数和/或将单数解释为复数，只要这样做从上下文和/或应用上看是合适的即可。为了清楚起见，在本说明书中可能将各种单数/复数组合明确地表述出来。

本申请中公开了本申请的多个方面和实施方式，本领域的技术人员会明白本申请的其它方面和实施方式。本申请中公开的多个方面和实施方式只是用于举例说明，并非是对本申请的限定，本申请的真正保护范围和精神应当以下面的权利要求书为准。

Claims

1.一种多机械臂的服务型机器人，其特征在于，包括头部模块、身体模块、机械臂模块、腿部模块、底盘模块和视觉模块；所述头部模块、身体模块、腿部模块按照人体结构安装在一起；所述底盘模块安装在腿部模块下部，用于机器人的轮式移动；每个机器人包含至少三个所述机械臂模块；所述视觉模块分布式安装在身体模块相应位置，分别为不同的机械臂模块提供视觉信息。

2.如权利要求1所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，身体模块中有运动控制卡，可并行处理多个机械臂模块和视觉模块的数据，并进行控制，使多个机械臂模块可以同时进行多项作业或协同作业，不需要根据优先级顺序处理。

3.如权利要求2所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，每个机械臂模块对应的视觉模块可以独立地、同时地采集图像数据至主控系统，主控系统将视觉模块数据与其他传感器数据进行数据融合，再分别分发给各个机械臂模块，进行将反馈处理，从而将视觉模块、机械臂模块和运动控制卡联系在一起。

4.如权利要求2所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，视觉模块分为两种，一种是同时控制两个机械臂模块的，一种是只控制一个机械臂模块的。

5.如权利要求1所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，每个机械臂模块包含通用接口、机械臂和末端执行器三部分，任一机械臂可通过通用接口安装在所述身体模块的任一机械臂接口上。

6.如权利要求5所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，通用接口包含供电接口与通信接口，通信使用的是CAN总线或EthernetCAN总线接口设计，以保证通讯实时性。

7.如权利要求5所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，机械臂分为五自由度机械臂和六自由度机械臂，根据具体的作业场景进行选择安装，均包含一个及以上的X轴方向关节自由度，一个及以上的Y轴方向关节自由度，以及一个及以上的Z轴方向关节自由度。

8.如权利要求5所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，末端执行器可以为三自由度的机械爪或六自由度的机械手，也可根据具体操纵的工具进行定制化设计。

9.如权利要求1所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，多机械臂的运动控制由运动控制系统、视觉模块、辅助传感器模组和机械臂模块完成，所述视觉模块进行物体识别、空间坐标的信息获取；所述辅助传感器模组进行定位、导航、避障工作；所述运动控制系统进行数据融合、运动规划、策略执行以及通信功能；所述机械臂模块的机械臂进行三维空间的位姿运动，末端执行器进行实际工作。

10.如权利要求9所述的一种多机械臂的服务型机器人,其特征在于，多机械臂运动控制具体方式为：视觉模块与辅助传感器模组采集外部信息，反馈给运动控制系统，运动控制系统进行多传感器数据融合和运动规划，控制多组机械臂，包括机械臂和末端执行器同时工作，各组机械臂模块反馈各自执行情况和物体信息给运动控制系统，形成闭环控制。