CN111673710B - 一种智能小车实验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能小车实验装置和方法，该实验装置包括该履带机构、车架、机械臂、储物台、摄像头、控制模块；履带机构设于车架下部，机械臂、储物台、控制模块设于车架上部，摄像头设于机械臂前部。本实验装置具有自动识别物块、抓取物块、运输物块、存放物块、自主规划路径等功能，结构简单，采用单片机编程，抓取准确，运行效率高，适用于学生做机器人控制编程的实验。

Description

一种智能小车实验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种智能小车实验装置，特别涉及一种学生实验用的智能小车实验装置。

背景技术

目前，智能小车的功能分别是物块识别、物块抓取、寻迹轨迹规划、物块输送等几部分，物块形状大小固定，依靠颜色识别或电磁感应等方式实现寻迹。

类似专利，一种基于图像识别的实验小车(专利号201920328473.2)主要是车架及安装于车架底部的车轮，车架顶部设有单片机开发板，车架顶部的另一侧固定安装有识别摄像机，可以进行图像识别及运动轨迹寻迹。

本专利是为了控制一种合适的对象及其动作从而检验学生机器人控制编程实验的学习效果而开发的一种智能小车实验装置，以抓取ABS材料的不同规格的横截面是三角形、正方形、五边形、六边形、七边形、八变形等立方体物块为对象，是一种基于单片机技术的具有定位模块的智能小车实验装置，本发明智能小车实验装置通过摄像头识别物块形状抓取指定物块，然后根据实验台内设定的坐标系自主定位进行自主路径规划从而把物块运送到指定位置，再把物块抓取后放置到正确物块位置，本实验装置具有自动识别物块、抓取物块、运输物块、存放物块、自主规划路径等功能，结构简单，采用单片机编程，抓取准确，运行效率高，适用于学生做机器人控制编程的实验。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种智能小车实验装置，具有自动识别物块、抓取物块、运输物块、存放物块、自主规划路径等功能。

本发明提供一种智能小车实验装置，该装置包括履带机构、车架、机械臂、储物台、摄像头、控制模块；履带机构设于车架下部，机械臂、储物台、控制模块设于车架上部，摄像头设于机械臂前部，履带机构驱动智能小车实验装置的前进、后退、拐弯等运动，机械臂用于抓取或放置物块，及调整摄像头位置，储物台用于盛放物块，摄像头用于识别物块形状，智能小车实验装置在实验台范围内运行，实验台用黑线设置成棋盘格，学生把智能小车实验装置起点设定为坐标系原点，则控制模块可以计算出实验台内每一个位置的坐标，控制模块根据摄像头识别棋盘格能准确计算出实验台内的智能小车实验装置实时位置坐标，学生根据设定位置坐标可以进行轨迹规划，学生把具体位置坐标和动作的程序写入控制模块后，控制模块发送实时指令控制智能小车实验装置的所有动作；

机械臂包括舵机、支架、手爪、手爪支架、手爪舵机、手爪齿轮，舵机的主轴与支架用螺栓固定连接，舵机运动用于控制每一个支架的位置，可以实现机械臂运动到指定位置，手爪支架与手爪配合，手爪上部为钩形结构，钩形容易固定物块，手爪下部为齿条结构，方便抓紧不同规格的物块，手爪与手爪齿轮啮合，其中一个手爪齿轮与手爪舵机的主轴固定连接，手爪舵机与手爪支架固定连接，手爪舵机驱动手爪齿轮，手爪齿轮驱动手爪，同时手爪齿轮驱动另外一个手爪齿轮，则另外一个手爪齿轮驱动另外一个手爪即可抓紧物块，根据物块大小手爪舵机驱动手爪张开程度及抓紧程度；

储物台包括储物盒、储物齿轮、储物齿条、储物舵机、导轨、储物盖、储盖舵机，储物齿条、导轨与车架固定连接，储物盒下部与导轨滑动配合，储物盒与储物舵机固定连接，储物舵机的主轴与储物齿轮固定连接，储物齿轮与储物齿条啮合，机械臂运动定位时储物舵机驱动储物盒沿着导轨精密运动，则降低了机械臂在储物盒放置、抓取物块的距离和减少机械臂动作，可以有效减少机械臂的舵机数量保证了机械臂的运动精度和效率，储盖舵机设于储物盒下部，储盖舵机的主轴与储物盖固定连接，储盖舵机驱动储物盖打开或关闭，当放置物块时储盖舵机驱动储物盖打开则可以保证储物盒盛放物块的尺寸范围增大，并使物块准确落入储物盒，当放置物块完成后储盖舵机驱动储物盖关闭则夹紧物块防止物块掉落，储物盒分有多个储物区，可以存放多个物块；

智能小车实验装置的使用方法，其特征在于学生根据设定的取货位置坐标、存货位置坐标和物块形状设计程序并写入控制模块，控制模块驱动智能小车实验装置从实验台的坐标原点开始运行后，根据摄像头识别实验台棋盘格履带机构运动使智能小车实验装置移动到取货位置，同时储盖舵机驱动储物盖打开保证储物盒盛放物块的尺寸范围增大，摄像头识别确定所需物块，然后履带机构微调智能小车实验装置的位置保证机械臂能够准确到达所需物块的位置，机械臂驱动手爪移动定位到所需物块的位置，手爪舵机驱动手爪张开，然后手爪下降后手爪舵机驱动手爪抓紧物块，机械臂驱动手爪移动定位到储物盒处的机械臂放置物块的位置，同时储物盒空的储物区被移动到机械臂放置物块的位置，然后手爪舵机驱动手爪张开把物块放置到储物盒，然后重复上述的识别、抓取、移动定位、放置动作，机械臂把设定形状的物块逐个全部按序放进储物盒，储盖舵机驱动储物盖关闭后夹紧物块防止物块掉落，然后根据摄像头识别实验台棋盘格履带机构运动使智能小车实验装置移动到存货位置，然后履带机构微调智能小车实验装置的位置保证机械臂能够准确到达物块被存放的位置，机械臂驱动手爪移动定位到储物盒处的机械臂抓取物块的位置，同时储物盒盛物的储物区被移动到机械臂抓取物块的位置，然后储盖舵机驱动储物盖打开后松开物块，根据储物盒的物块放置顺序及摄像头的识别，手爪舵机驱动手爪张开，然后手爪下降，手爪舵机驱动手爪抓紧物块，机械臂驱动手爪移动定位到物块被存放的位置，然后手爪舵机驱动手爪张开把物块放置到被存放的位置，然后重复上述的识别、抓取、移动定位、放置动作，机械臂把所有物块逐个全部按序放置到被存放的位置，根据摄像头识别实验台棋盘格履带机构运动使智能小车实验装置移动到实验台的坐标原点，完成实验。

与现有机器人实验台相比，本发明具有以下优点：

本发明智能小车实验装置通过摄像头识别物块形状抓取指定物块，然后智能小车实验装置自主规划路径把物块运送到指定位置，再把物块抓取后放置到正确物块位置，本实验装置具有自动识别物块、抓取物块、运输物块、存放物块、自主规划路径等功能，结构简单，采用单片机编程，抓取准确，运行效率高，适用学生做机器人控制实验。

附图说明

图1是本发明智能小车实验装置的结构图；

图2是本发明手爪和手爪齿轮的结构放大图；

图3是本发明储物台的结构图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

参阅图1、图2和图3，本发明提供一种智能小车实验装置，该装置包括履带机构1、车架2、机械臂3、储物台4、摄像头5、控制模块6；履带机构1设于车架2下部，机械臂3、储物台4、控制模块6设于车架2上部，摄像头5设于机械臂3前部，履带机构1驱动智能小车实验装置的前进、后退、拐弯等运动，机械臂3用于抓取或放置物块，及调整摄像头5位置，储物台4用于盛放物块，摄像头5用于识别物块形状，智能小车实验装置在实验台范围内运行，实验台用黑线设置成棋盘格，学生把智能小车实验装置起点设定为坐标系原点，则控制模块6可以计算出实验台内每一个位置的坐标，控制模块6根据摄像头5 识别实验台棋盘格能准确计算出实验台内的智能小车实验装置实时位置坐标，学生根据设定位置可以进行轨迹规划，学生把具体动作程序写入控制模块6后，控制模块6发送实时指令控制智能小车实验装置的所有动作；

机械臂3包括舵机31、支架32、手爪33、手爪支架34、手爪舵机35、手爪齿轮36，舵机31的主轴与支架32用螺栓固定连接，舵机31运动用于控制每一个支架32的位置，可以实现机械臂3运动到指定位置，手爪支架34与手爪 33配合，手爪33上部为钩形结构，钩形容易固定物块，方便抓紧不同规格的物块，手爪33下部为齿条结构，手爪33与手爪齿轮36啮合，其中一个手爪齿轮 36与手爪舵机35的主轴固定连接，手爪舵机35与手爪支架34固定连接，手爪舵机35驱动手爪齿轮36，手爪齿轮36驱动手爪33，同时手爪齿轮36驱动另外一个手爪齿轮36，则另外一个手爪齿轮36驱动另外一个手爪33即可抓紧物块，根据物块大小手爪舵机35驱动手爪33张开程度及抓紧程度；

储物台4包括储物盒41、储物齿轮42、储物齿条43、储物舵机44、导轨 45、储物盖46、储盖舵机47，储物齿条43、导轨45与车架2固定连接，储物盒41下部与导轨45滑动配合，储物盒41与储物舵机44固定连接，储物舵机 44的主轴与储物齿轮42固定连接，储物齿轮42与储物齿条43啮合，机械臂3 运动定位时储物舵机44驱动储物盒41沿着导轨45精密运动，则降低了机械臂 3在储物盒41放置、抓取物块的距离和减少机械臂3动作，可以有效减少机械臂3的舵机数量保证了机械臂3的运动精度和效率，储盖舵机47设于储物盒41 下部，储盖舵机47的主轴与储物盖46固定连接，储盖舵机47驱动储物盖46 打开或关闭，当放置物块时储盖舵机47驱动储物盖46打开则可以保证储物盒 41盛放物块的尺寸范围增大，并使物块准确落入储物盒41，当放置物块完成后储盖舵机47驱动储物盖46关闭则夹紧物块防止物块掉落，储物盒41分有多个储物区，可以存放多个物块；

智能小车实验装置的使用方法，其特征在于学生根据设定的取货位置坐标、存货位置坐标和物块形状设计程序并写入控制模块6，控制模块6驱动智能小车实验装置从实验台的坐标原点开始运行后，根据摄像头5识别实验台棋盘格履带机构1运动使智能小车实验装置移动到取货位置，同时储盖舵机47驱动储物盖46打开保证储物盒41盛放物块的尺寸范围增大，摄像头5识别确定所需物块，然后履带机构1微调智能小车实验装置的位置保证机械臂3能够准确到达所需物块的位置，机械臂3驱动手爪33移动定位到所需物块的位置，手爪舵机 35驱动手爪33张开，然后手爪33下降后手爪舵机35驱动手爪33抓紧物块，机械臂3驱动手爪33移动定位到储物盒41处的机械臂3放置物块的位置，同时储物盒41空的储物区被移动到机械臂放置物块的位置，然后手爪舵机35驱动手爪33张开把物块放置到储物盒41的空储物区，然后重复上述的识别、抓取、移动定位、放置动作，机械臂3把设定形状的物块逐个全部按序放进储物盒41，储盖舵机47驱动储物盖46关闭后夹紧物块防止物块掉落，然后根据摄像头5识别实验台棋盘格履带机构1运动使智能小车实验装置移动到存货位置，然后履带机构1微调智能小车实验装置的位置保证机械臂3能够准确到达物块被存放的位置，机械臂3驱动手爪33移动定位到储物盒41处的机械臂抓取物块的位置，同时储物盒41盛物的储物区被移动到机械臂3抓取物块的位置，然后储盖舵机47驱动储物盖46打开后松开物块，根据储物盒41的物块放置顺序及摄像头5的识别，手爪舵机35驱动手爪33张开，然后手爪33下降，手爪舵机35驱动手爪33抓紧物块，机械臂3驱动手爪33移动定位到物块被存放的位置，然后手爪舵机35驱动手爪33张开把物块放置到被存放的位置，然后重复上述识别、抓取、移动定位、放置动作，机械臂把所有物块逐个全部按序放置到被存放的位置，根据摄像头5识别实验台棋盘格履带机构1运动使智能小车实验装置移动到实验台的坐标原点，完成实验。

Claims (1)

1.一种智能小车实验装置的使用方法，所述智能小车实验装置的特征是：该装置包括履带机构、车架、机械臂、储物台、摄像头、控制模块；所述履带机构设于所述车架下部，所述机械臂、所述储物台、所述控制模块设于所述车架上部，所述摄像头设于所述机械臂前部；

所述机械臂包括舵机、支架、手爪、手爪支架、手爪舵机、手爪齿轮，舵机的主轴与支架用螺栓固定连接，手爪支架与手爪配合，手爪上部为钩形结构，手爪下部为齿条结构，手爪与手爪齿轮啮合，手爪齿轮与手爪舵机的主轴固定连接，手爪舵机与手爪支架固定连接；

所述储物台包括储物盒、储物齿轮、储物齿条、储物舵机、导轨、储物盖、储盖舵机，储物齿条、导轨与所述车架固定连接，储物盒下部与导轨滑动配合，储物盒与储物舵机固定连接，储物舵机的主轴与储物齿轮固定连接，储物齿轮与储物齿条啮合，储盖舵机设于储物盒下部，储盖舵机的主轴与储物盖固定连接；

所述智能小车实验装置的使用方法，其特征在于学生根据设定的取货位置坐标、存货位置坐标和物块形状设计程序并写入所述控制模块，所述控制模块驱动所述智能小车实验装置从实验台的坐标原点开始运行，根据所述摄像头识别实验台棋盘格所述履带机构运动使所述智能小车实验装置移动到取货位置，同时储盖舵机驱动储物盖打开保证储物盒盛放物块的尺寸范围增大，所述摄像头识别确定所需物块，然后所述履带机构微调所述智能小车实验装置的位置保证所述机械臂能够准确到达所需物块的位置，所述机械臂驱动手爪移动定位到所需物块的位置，手爪舵机驱动手爪张开，然后手爪下降后手爪舵机驱动手爪抓紧物块，所述机械臂驱动手爪移动定位到储物盒处的所述机械臂放置物块的位置，同时储物盒空的储物区被移动到所述机械臂放置物块的位置，然后手爪舵机驱动手爪张开把物块放置到储物盒，然后重复上述的识别、抓取、移动定位、放置动作，所述机械臂把设定形状的物块逐个全部按序放进储物盒，储盖舵机驱动储物盖关闭后夹紧物块防止物块掉落，然后根据所述摄像头识别实验台棋盘格所述履带机构运动使所述智能小车实验装置移动到存货位置，然后所述履带机构微调所述智能小车实验装置的位置保证所述机械臂能够准确到达物块被存放的位置，所述机械臂驱动手爪移动定位到储物盒处的所述机械臂抓取物块的位置，同时储物盒盛物的储物区被移动到所述机械臂抓取物块的位置，然后储盖舵机驱动储物盖打开后松开物块，根据储物盒的物块放置顺序及所述摄像头的识别，手爪舵机驱动手爪张开，然后手爪下降，手爪舵机驱动手爪抓紧物块，所述机械臂驱动手爪移动定位到物块被存放的位置，然后手爪舵机驱动手爪张开把物块放置到被存放的位置，然后重复上述的识别、抓取、移动定位、放置动作，所述机械臂把所有物块逐个全部按序放置到被存放的位置，根据所述摄像头识别实验台棋盘格所述履带机构运动使所述智能小车实验装置移动到实验台的坐标原点，完成实验。