CN111300427A - 一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其使用方法，用于根据储存有待夹取物位置信息的二维码对待夹取物进行夹取，该系统包括机械臂、扫码装置和控制器，机械臂、扫码装置分别与控制器连接，扫码装置获取储存有待夹取物位置信息的二维码图像，控制器识别待夹取物位置信息并控制机械臂。与现有技术相比，本发明仅采用扫码装置和控制器实现待夹取物的位置获取和机械臂控制，降低机械臂成本，机械臂的底座通过轴承辅助转动，降低运动过程中的摩擦系数并提高转动精度，第二关节电机、第三关节电机采用行星轮传动组件进行传动，实现较大的传动比，扫码装置还包括手持扫码器，使用时能利用不同的扫码方式对机械臂进行控制，提高系统易用性。

Description

一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种机械臂系统及其控制方法，尤其是涉及一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其控制方法。
背景技术
伴随着互联网的发展工业4.0进入了人们的视野，智能制造成为了社会所关注的焦点。智能制造的发展既然已是大势所趋，工业机器人的重要性也将与日俱增。尤其在许多制造大国的人口红利渐渐消失，人力成本不断上升之际，工业机器人更已成为这些制造大国维持制造业竞争力的主要关键。但是现有机械臂大都带有电脑，可编程控制器等一系列的控制系统，单台造价昂贵，伺服控制系统读取代码依靠计算机的数据传输，对于需要机械臂系统的中小型企业购买成本和操作成本过高，难以普及。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于二维码识别控制的机械臂系统及其控制方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于二维码识别控制的机械臂系统，用于根据储存有待夹取物位置信息的二维码对待夹取物进行夹取，该系统包括机械臂、扫码装置和控制器，所述的机械臂、扫码装置分别与控制器连接，所述的扫码装置获取储存有待夹取物位置信息的二维码图像，控制器识别待夹取物位置信息并控制机械臂对待夹取物进行夹取，
所述的机械臂包括底座、转动电机、大电机、肘臂、肘关节电机、连臂、第三关节电机、第二关节电机、第一关节电机和机械爪，所述的转动电机固定设于底座内，所述的转动电机的输出轴与大电机的底部固定连接，所述的肘臂的一端与大电机的输出轴固定连接，所述的肘臂的另一端固定设置肘关节电机，所述的连臂的一端与肘关节电机的输出轴连接，所述的连臂的另一端与第三关节电机固定连接，所述的第三关节电机的输出轴与第二关节电机固定连接，所述的第二关节电机的输出轴与第一关节电机固定连接，所述的第一关节电机的输出轴与机械爪固定连接。
优选地，所述的控制器包括用于识别二维码的第一处理芯片和用于控制机械臂移动的第二处理芯片，所述的第一处理芯片与扫码装置连接，所述的第二处理芯片与机械臂连接。
优选地，所述的扫码装置包括第一扫码摄像头和第二扫码摄像头，所述的第一扫码摄像头和第二扫码摄像头固定于底座上，所述的第一扫码摄像头和第二扫码摄像头分别与第一处理芯片连接。
优选地，所述的扫码装置还包括手持扫码器，所述的控制器还包括无线连接模块，所述的手持扫码器通过无线连接模块与第一处理芯片连接。当第一扫码摄像头、第二扫码摄像头未拍摄到二维码时，由手持扫码装置对待夹取物的二维码进行扫描，获取相应的待夹取物位置信息。
优选地，所述的第一扫码摄像头和第二扫码摄像头均为广角摄像头，具体地，第一扫描摄像头和第二扫描摄像头分别固定于底座的底部两侧，能够对机械臂周围进行360度拍摄，保证二维码获取的完整性。
优选地，所述的机械爪包括回转关节、爪连接件、夹持电机和机械爪夹具，所述的回转关节与第一关节电机的输出轴固定连接，所述的爪连接件的一端与回转关节固定连接，另一端与机械爪夹具固定连接，所述的爪连接件内设置带动机械爪夹具夹紧的夹持电机。
优选地，所述的机械臂还包括滚动轴承，所述的滚动轴承的外圈与底座顶部固定连接，所述的滚动轴承的内圈与转动电机的输出轴固定连接，轴承结构能够提高机械臂底座、转动电机进行旋转动作的流畅性，降低运动过程中的摩擦系数并提高转动精度。
优选地，所述的机械臂系统还包括行星轮传动组件，所述的行星轮传动组件包括第一行星轮组和第二行星轮组，所述的第三关节电机通过第一行星轮组带动第二关节电机转动，所述的第二关节电机通第二行星轮组带动第一关节电机转动，采用行星轮传动组件能够提高电机的传动比。
一种基于二维码识别控制的机械臂系统的控制方法，包括如下步骤：
S1：第一扫码摄像头和第二扫码摄像头实时拍摄并将照片传输给控制器；
S2：控制器判断照片内是否有二维码，若有则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3：手持扫码器对二维码进行扫描并传输给控制器，进入步骤S4；
S4：控制器识别并获取二维码中储存的待夹取物位置信息，其中，待夹取物位置信息包括待夹取物当前位置和目的地位置；
S4：控制器判断待夹取物位置和目的地位置是否都在机械臂的移动范围内，若是，进入步骤S5，否则结束夹取；
S6：控制器控制机械臂移动到待夹取物位置，并进行夹取，然后移动到目的地位置，完成夹取。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明仅采用扫码装置和控制器实现待夹取物的位置获取和机械臂控制，降低机械臂成本，通过二维码识别控制机械臂移动，便于使用；
(2)本发明的机械臂的底座通过轴承辅助转动，降低运动过程中的摩擦系数并提高转动精度；
(3)本发明的机械臂的第二关节电机、第三关节电机采用行星轮传动组件进行传动，提高电机的稳定性和使用寿命，实现较大的传动比；
(4)本发明的扫码装置包括扫码摄像头和手持扫码器，使用时能利用不同的扫码方式对机械臂进行控制，提高系统的易用性。
附图说明
图1为本发明机械臂的结构示意图；
图2为本发明机械臂的侧视结构示意图；
图3为本发明机械爪的结构示意图；
图4为本发明肘臂的行星轮组件结构示意图；
图5为本发明使用时的工作示意图；
图6为本发明的工作原理示意图；
图7为本发明的工作方法流程图；
其中，1、机械爪，2、爪连接件，3、回转关节，4、第一关节电机，5、第二关节电机，6、第三关节电机，7、连臂，8、肘关节电机，9、肘臂，10、大电机，11、转动电机，12、滚动轴承，13、底座，14、第一扫码摄像头，15、第二扫码摄像头，16、夹持电机，17、太阳齿轮，18、行星齿轮，19、齿圈，20、机械臂，21、待夹取物，22、控制器，23、第一处理芯片，24、第二处理芯片，25、无线连接模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例1
一种基于二维码识别控制的机械臂系统，包括机械臂20、扫码装置和控制器22，使用时，扫码装置获取储存有待夹取物位置信息的二维码图像，控制器22识别待夹取物位置信息并控制机械臂20对待夹取物21进行夹取。
如图1～3所示，具体地，机械臂20包括滚动轴承12、底座13、转动电机11、大电机10、肘臂9、肘关节电机8、连臂7、第三关节电机6、第二关节电机5、第一关节电机4和机械爪1，转动电机11固定设于底座13内，转动电机11的输出轴与大电机10的底部固定连接，肘臂9的一端与大电机10的输出轴固定连接，肘臂9的另一端固定设置肘关节电机8，连臂7的一端与肘关节电机8的输出轴连接，连臂7的另一端与第三关节电机6固定连接，第三关节电机6的输出轴与第二关节电机5固定连接，第二关节电机5的输出轴与第一关节电机4固定连接，第一关节电机4的输出轴与机械爪1固定连接，滚动轴承12的外圈与底座13顶部固定连接，滚动轴承12的内圈与转动电机11的输出轴固定连接，提高机械臂底座、转动电机进行旋转动作的流畅性，降低运动过程中的摩擦系数并提高转动精度。机械爪1包括回转关节3、爪连接件2、夹持电机16和机械爪夹具，回转关节3与第一关节电机4的输出轴固定连接，爪连接件2的一端与回转关节3固定连接，另一端与机械爪夹具固定连接，爪连接件2内设置带动机械爪夹具夹紧的夹持电机16。
如图6所示，控制器22包括无线连接模块25、第一处理芯片23、第二处理芯片24，其中，第一处理芯片23用于识别二维码，第二处理芯片24用于控制机械臂移动，扫码装置与第一处理芯片23连接，第二处理芯片24与机械臂20连接，本实施例中所述的第一处理芯片23、第二处理芯片均采用STM32单片机，所述的无线连接模块25为ZigBee无线连接模块。
如图1、图2所示，扫码装置包括第一扫码摄像头14、第二扫码摄像头15和手持扫码器，第一扫码摄像头14和第二扫码摄像头15固定于底座13上，第一扫码摄像头14和第二扫码摄像头15分别与第一处理芯片23连接，手持扫码器通过无线连接模块25与第一处理芯片23连接，具体地，第一扫码摄像头14和第二扫码摄像头15均为广角摄像头，第一扫码摄像头14和第二扫码摄像头15在底座上相对设置，拍摄范围覆盖机械臂20周围360度，保证二维码识别的完整性。
如图5～7所示，一种基于二维码识别控制的机械臂系统的控制方法，包括如下步骤：
S1：第一扫码摄像头14和第二扫码摄像头15实时拍摄并将照片传输给控制器22；
S2：控制器22判断照片内是否有二维码，若有则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3：手持扫码器对二维码进行扫描并传输给控制器22，进入步骤S4；
S4：控制器22识别并获取二维码中储存的待夹取物21位置信息，其中，待夹取物21位置信息包括待夹取物21当前位置和目的地位置；
S4：控制器22判断待夹取物21位置和目的地位置是否都在机械臂20的移动范围内，若是，进入步骤S5，否则结束夹取；
S6：控制器22控制机械臂20移动到待夹取物21位置，并进行夹取，然后移动到目的地位置，完成夹取。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，如图4所示，机械臂系统还包括行星轮传动组件，行星轮传动组件包括第一行星轮组和第二行星轮组，第三关节电机6通过第一行星轮组带动第二关节电机5转动，第二关节电机5通第二行星轮组带动第一关节电机4转动。如图4所示，第一行星轮组合第二行星轮组均包括太阳齿轮17、行星齿轮18和齿圈19，太阳齿轮17带动行星齿轮18沿齿圈19啮合转动，第三关节电机6的转动轴带动第一行星轮组的太阳齿轮17转动，所述的第一行星轮组的行星齿轮18与第二关节电机5转动连接，所述的第三关节电机6通过第一行星轮组带动第二关节电机5转动；第二关节电机5的转动轴带动第二行星轮组的太阳齿轮17转动，所述的第二行星轮组的行星齿轮18与第一关节电机4转动连接，所述的第二关节电机6通过第二行星轮组带动第一关节电机4转动。本实施例的第二关节电机5、第三关节电机6采用行星轮传动组件，能够提高电机稳定性和使用寿命，实现较大的传动比。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (9)

1.一种基于二维码识别控制的机械臂系统，用于根据储存有待夹取物位置信息的二维码对待夹取物(21)进行夹取，其特征在于，该系统包括机械臂(20)、扫码装置和控制器(22)，所述的机械臂(20)、扫码装置分别与控制器(22)连接，所述的扫码装置获取储存有待夹取物位置信息的二维码图像，控制器(22)识别待夹取物位置信息并控制机械臂(20)对待夹取物(21)进行夹取，
所述的机械臂(20)包括底座(13)、转动电机(11)、大电机(10)、肘臂(9)、肘关节电机(8)、连臂(7)、第三关节电机(6)、第二关节电机(5)、第一关节电机(4)和机械爪(1)，所述的转动电机(11)固定设于底座(13)内，所述的转动电机(11)的输出轴与大电机(10)的底部固定连接，所述的肘臂(9)的一端与大电机(10)的输出轴固定连接，所述的肘臂(9)的另一端固定设置肘关节电机(8)，所述的连臂(7)的一端与肘关节电机(8)的输出轴连接，所述的连臂(7)的另一端与第三关节电机(6)固定连接，所述的第三关节电机(6)的输出轴与第二关节电机(5)固定连接，所述的第二关节电机(5)的输出轴与第一关节电机(4)固定连接，所述的第一关节电机(4)的输出轴与机械爪(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的控制器(22)包括用于识别二维码的第一处理芯片(23)和用于控制机械臂移动的第二处理芯片(24)，所述的第一处理芯片(23)与扫码装置连接，所述的第二处理芯片(24)与机械臂(20)连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的扫码装置包括第一扫码摄像头(14)和第二扫码摄像头(15)，所述的第一扫码摄像头(14)和第二扫码摄像头(15)固定于底座(13)上，所述的第一扫码摄像头(14)和第二扫码摄像头(15)分别与第一处理芯片(23)连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的扫码装置还包括手持扫码器，所述的控制器(22)还包括无线连接模块(25)，所述的手持扫码器通过无线连接模块(25)与第一处理芯片(23)连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的第一扫码摄像头(14)和第二扫码摄像头(15)均为广角摄像头。
6.根据权利要求4所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的机械爪(1)包括回转关节(3)、爪连接件(2)、夹持电机(16)和机械爪夹具，所述的回转关节(3)与第一关节电机(4)的输出轴固定连接，所述的爪连接件(2)的一端与回转关节(3)固定连接，另一端与机械爪夹具固定连接，所述的爪连接件(2)内设置带动机械爪夹具夹紧的夹持电机(16)。
7.根据权利要求4所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的机械臂(20)还包括滚动轴承(12)，所述的滚动轴承(12)的外圈与底座(13)顶部固定连接，所述的滚动轴承(12)的内圈与转动电机(11)的输出轴固定连接。
8.根据权利要求4所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，所述的机械臂系统还包括行星轮传动组件，所述的行星轮传动组件包括第一行星轮组和第二行星轮组，所述的第三关节电机(6)通过第一行星轮组带动第二关节电机(5)转动，所述的第二关节电机(5)通第二行星轮组带动第一关节电机(4)转动。
9.一种基于二维码识别控制的机械臂系统的控制方法，基于权利要求4至8任意一项所述的一种基于二维码识别控制的机械臂系统，其特征在于，包括如下步骤：
S1：第一扫码摄像头(14)和第二扫码摄像头(15)实时拍摄并将照片传输给控制器(22)；
S2：控制器(22)判断照片内是否有二维码，若有则进入步骤S4，否则进入步骤S3；
S3：手持扫码器对二维码进行扫描并传输给控制器(22)，进入步骤S4；
S4：控制器(22)识别并获取二维码中储存的待夹取物(21)位置信息，其中，待夹取物(21)位置信息包括待夹取物(21)当前位置和目的地位置；
S4：控制器(22)判断待夹取物(21)位置和目的地位置是否都在机械臂(20)的移动范围内，若是，进入步骤S5，否则结束夹取；
S6：控制器(22)控制机械臂(20)移动到待夹取物(21)位置，并进行夹取，然后移动到目的地位置，完成夹取。
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