CN112171662B - 一种机器人夹取判断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人夹取判断系统及方法，包括红外定位单元、夹取控制单元、压力传感单元和拾取判断单元；红外定位单元，包括红外传感器，设置在机器人夹取装置中心，检测夹取物位置，判断夹取物是否松脱；夹取控制单元，控制机器人的夹取装置夹取物品，完成夹取动作后保持夹取姿势直到得到放松指令；压力传感单元，包括压力传感器，安装在检测机器人夹取装置两侧，判断夹取物是否掉落；拾取判断单元，在检测到夹取物掉落后，通过红外定位单元检测的掉落范围进行搜索拾取。本发明通过红外传感器检测夹取物的松脱情况，预判夹取物掉落并对掉落后的夹取物进行检索，并对夹取物进行拾取。

Description

一种机器人夹取判断系统及方法

技术领域

本发明涉及红外检测，属于机器人夹取判断领域。

背景技术

现在社会随着科技发展，越来越多的工厂采取机器人或机器臂进行物品分拣，通过机器人的夹取装置进行货物的转移。这种现代化的工厂随着科技发展会应用越来越多，能大大节约人力资源，同时显著提高工作效率。

但现实中使用机器人或者机器臂进行分拣、转移货物的工作时，需要考虑如何才能让机器人像真人一样夹取货物，如何才能让机器人知道自己夹取到了货物，如何才能让机器人知道货物仍然被自己夹取住。实际上很多机器人或者机器臂在转移货物时，不能判断货物掉落，也不能判断货物掉落位置，无法有效地再次对货物进行拾取。

发明内容

发明目的：提供一种机器人夹取判断系统及方法，以解决上述问题。

技术方案：一种机器人夹取判断系统，包括红外定位单元、夹取控制单元、压力传感单元和拾取判断单元；

红外定位单元，包括红外传感器，设置在机器人夹取装置中心，检测夹取物位置，判断夹取物是否松脱；

夹取控制单元，控制机器人的夹取装置夹取物品，完成夹取动作后保持夹取姿势直到得到放松指令；

压力传感单元，包括压力传感器，安装在检测机器人夹取装置两侧，判断夹取物是否掉落；

拾取判断单元，在检测到夹取物掉落后，通过红外定位单元检测的掉落范围进行搜索拾取。

根据本发明的一个方面，所述红外定位单元，红外传感器设置在机器人夹取装置的中心，判断夹取物是否从中心松脱，还包括副红外传感器设置在夹取装置两端，从两侧方向判断夹取物位置。

根据本发明的一个方面，所述红外定位单元，包括红外定位电路，包括红外传感器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D1、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、运算放大器U2：A和运算放大器U2：B；

所述红外传感器U1的第1引脚与所述电阻R2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电容C4的一端、所述电阻R9的一端、所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q3的发射极、所述电阻R12的一端和所述电阻R13的一端均接地，所述红外传感器U1的第2引脚分别与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的一端连接，所述红外传感器U1的第3引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述三极管Q1的基极、所述电阻R4的一端和所述电容C3的一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电阻R3的一端、所述电阻R8的一端、所述电容C6的一端和所述电容C7的一端均接电源电压，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R1的另一端、所述电容C2的一端和所述二极管D1的负极连接，所述电容C2的另一端接地，所述二极管D1的正极接地，所述电容C3的另一端与所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述电容C5的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C4的另一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述电容C5的另一端、所述电阻R7的另一端和所述运算放大器U2：B的反相输入端连接，所述运算放大器U2：B的同相输入端与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R8的另一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接输出信号，所述三极管Q3的基极分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R12的另一端和所述电阻R13的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述电容C7的另一端连接。

根据本发明的一个方面，所述夹取控制单元，包括夹取装置，包括两侧挡板向中心合拢夹取物体，当夹取装置得到夹取指令时两侧挡板开始向中心合拢固定住夹取物，当夹取装置得到放松指令时，两侧挡板分开，放下夹取物。

根据本发明的一个方面，所述压力传感单元，压力传感器设置在夹取装置两侧挡板上，通过压力传感检测夹取物是否还停留在夹取装置中。

根据本发明的一个方面，所述拾取判断单元，根据压力传感单元检测的结果判断夹取物是否掉落，当判断掉落后根据红外定位单元检测的掉落范围进行拾取。

一种机器人夹取判断方法，具体步骤包括：

步骤1、机器人得到夹取指令，夹取装置的两侧挡板向中心靠拢，当挡板到达固定位点后停止靠拢；

步骤2、当挡板停止靠拢后，通过压力传感器判断夹取装置是否夹取到夹取物，通过红外传感器判断夹取物是否存在松脱；

步骤3、当红外传感器检测到夹取物松脱后，夹取装置两侧挡板会再度向中心靠拢，提高夹取力度；

步骤4、通过红外传感器对夹取物松脱位置的检测，判断夹取物掉落位置，当压力传感器检测到夹取物掉落后，机器人控制夹取装置进行检索拾取。

根据本发明的一个方面，通过夹取物与红外传感器检测范围的重叠部分判断夹取物掉落方向，当夹取物松脱时率先脱落检测范围的方向即代表夹取物掉落方向。

有益效果：本发明通过红外传感器判断夹取物是否存在松脱，松脱后进行二度夹紧；通过红外传感器的检测范围判断夹取物掉落方向，对夹取物进行再度拾取。

附图说明

图1是本发明的机器人夹取判断系统的系统框图。

图2是本发明的红外定位电路的原理图。

具体实施方式

实施例1

传统的机器人夹取装置通常只设置了压力传感器，判断夹取物是否掉落，这种简单的判断无法得到夹取物是否被固定，在夹取物没有被牢固夹取时，不能进行二度夹紧。

在该实施例中，如图1所示，一种机器人夹取判断系统，包括红外定位单元、夹取控制单元、压力传感单元和拾取判断单元；

红外定位单元，包括红外传感器，设置在机器人夹取装置中心，检测夹取物位置，判断夹取物是否松脱；

夹取控制单元，控制机器人的夹取装置夹取物品，完成夹取动作后保持夹取姿势直到得到放松指令；

压力传感单元，包括压力传感器，安装在检测机器人夹取装置两侧，判断夹取物是否掉落；

拾取判断单元，在检测到夹取物掉落后，通过红外定位单元检测的掉落范围进行搜索拾取。

在进一步的实施例中，机器人得到夹取指令，控制夹取装置开始夹取物体，夹取装置两侧挡板向中心靠拢，压力传感器得到反馈后，两侧挡板在固定位点停下。

在进一步的实施例中，通过夹取装置的中心主红外传感器以及两侧挡板的副红外传感器组成一个红外探测范围，当夹取物部分脱离这个检测范围，判断夹取物松脱，此时夹取装置两侧挡板再度夹紧固定夹取物。

如图2所示，在更进一步的实施例中，所述红外定位单元，包括红外定位电路，包括红外传感器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D1、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、运算放大器U2：A和运算放大器U2：B；

所述红外传感器U1的第1引脚与所述电阻R2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电容C4的一端、所述电阻R9的一端、所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q3的发射极、所述电阻R12的一端和所述电阻R13的一端均接地，所述红外传感器U1的第2引脚分别与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的一端连接，所述红外传感器U1的第3引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述三极管Q1的基极、所述电阻R4的一端和所述电容C3的一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电阻R3的一端、所述电阻R8的一端、所述电容C6的一端和所述电容C7的一端均接电源电压，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R1的另一端、所述电容C2的一端和所述二极管D1的负极连接，所述电容C2的另一端接地，所述二极管D1的正极接地，所述电容C3的另一端与所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述电容C5的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C4的另一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述电容C5的另一端、所述电阻R7的另一端和所述运算放大器U2：B的反相输入端连接，所述运算放大器U2：B的同相输入端与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R8的另一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接输出信号，所述三极管Q3的基极分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R12的另一端和所述电阻R13的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述电容C7的另一端连接。

在此实施例中，红外传感器检测到夹取物的红外信号后，输出应该低频信号，这个低频信号比较微弱需要进行放大处理，现在所述三极管Q1、所述运算放大器U2：A作为两级放大电路，电压放大采用直流放大器，总增益月70分贝。之后选择所述运算放大器U2：B组成电压比较器，设置所述电位器RV1调节参考电压，改变电路灵敏度即探测范围。当当探测不到夹取物，参考电压高于输入电压，所述运算放大器U2：B输出低电平，当探测到夹取物，参考电压低于输入电压，所述运算放大器U2：B输出高电平，所述三极管Q2导通，输出信号。电路中所述三极管Q3、所述电容C7、所述电阻R11、所述电阻R12、所述电阻R13组成延时电路，由所述电容C7充电使所述三极管Q3导通，此时所述运算放大器U2：B输出的高电平接地，所述三极管Q2截止。这种延时设计可以有效防止红外传感器出现误判。

在进一步的实施例中，当机器人得到放松指令后，夹取装置两侧挡板放松向两侧还原，放下夹取物，等待下一个指令。

实施例2

传统的机器人夹取货物之后无法判断货物掉落方位，也不能对掉落的货物进行拾取。

在该实施例中，如图1所示，一种机器人夹取判断系统，包括红外定位单元、夹取控制单元、压力传感单元和拾取判断单元；

红外定位单元，包括红外传感器，设置在机器人夹取装置中心，检测夹取物位置，判断夹取物是否松脱；

夹取控制单元，控制机器人的夹取装置夹取物品，完成夹取动作后保持夹取姿势直到得到放松指令；

压力传感单元，包括压力传感器，安装在检测机器人夹取装置两侧，判断夹取物是否掉落；

拾取判断单元，在检测到夹取物掉落后，通过红外定位单元检测的掉落范围进行搜索拾取。

在进一步的实施例中，机器人得到夹取指令，控制夹取装置开始夹取物体，夹取装置两侧挡板向中心靠拢，压力传感器得到反馈后，两侧挡板在固定位点停下。

在进一步的实施例中，通过夹取装置的中心主红外传感器以及两侧挡板的副红外传感器组成一个红外探测范围，当夹取物部分脱离这个检测范围，判断夹取物松脱，此时夹取装置两侧挡板再度夹紧固定夹取物。

如图2所示，在更进一步的实施例中，所述红外定位单元，包括红外定位电路，包括红外传感器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D1、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、运算放大器U2：A和运算放大器U2：B；

所述红外传感器U1的第1引脚与所述电阻R2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电容C4的一端、所述电阻R9的一端、所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q3的发射极、所述电阻R12的一端和所述电阻R13的一端均接地，所述红外传感器U1的第2引脚分别与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的一端连接，所述红外传感器U1的第3引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述三极管Q1的基极、所述电阻R4的一端和所述电容C3的一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电阻R3的一端、所述电阻R8的一端、所述电容C6的一端和所述电容C7的一端均接电源电压，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R1的另一端、所述电容C2的一端和所述二极管D1的负极连接，所述电容C2的另一端接地，所述二极管D1的正极接地，所述电容C3的另一端与所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述电容C5的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C4的另一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述电容C5的另一端、所述电阻R7的另一端和所述运算放大器U2：B的反相输入端连接，所述运算放大器U2：B的同相输入端与所述电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R8的另一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接输出信号，所述三极管Q3的基极分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R12的另一端和所述电阻R13的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述电容C7的另一端连接。

在此实施例中，红外传感器检测到夹取物的红外信号后，输出应该低频信号，这个低频信号比较微弱需要进行放大处理，现在所述三极管Q1、所述运算放大器U2：A作为两级放大电路，电压放大采用直流放大器，总增益月70分贝。之后选择所述运算放大器U2：B组成电压比较器，设置所述电位器RV1调节参考电压，改变电路灵敏度即探测范围。当当探测不到夹取物，参考电压高于输入电压，所述运算放大器U2：B输出低电平，当探测到夹取物，参考电压低于输入电压，所述运算放大器U2：B输出高电平，所述三极管Q2导通，输出信号。电路中所述三极管Q3、所述电容C7、所述电阻R11、所述电阻R12、所述电阻R13组成延时电路，由所述电容C7充电使所述三极管Q3导通，此时所述运算放大器U2：B输出的高电平接地，所述三极管Q2截止。这种延时设计可以有效防止红外传感器出现误判。

在进一步的实施例中，当部分红外传感器检测不到夹取物，说明夹取物朝着相对方向开始脱离，以此判断夹取物的掉落方向，当压力传感器没有压力反馈后，判断夹取物彻底掉落，并在判断的掉落方向进行搜寻拾取。

在进一步的实施例中，拾取完成后继续重复转移动作，当机器人得到放松指令后，夹取装置两侧挡板放松向两侧还原，放下夹取物，等待下一个指令。

一种机器人夹取判断方法，通过夹取物与红外传感器检测范围的重叠部分判断夹取物掉落方向，当夹取物松脱时率先脱落检测范围的方向即代表夹取物掉落方向，具体步骤包括：

步骤1、机器人得到夹取指令，夹取装置的两侧挡板向中心靠拢，当挡板到达固定位点后停止靠拢；

步骤2、当挡板停止靠拢后，通过压力传感器判断夹取装置是否夹取到夹取物，通过红外传感器判断夹取物是否存在松脱；

步骤3、当红外传感器检测到夹取物松脱后，夹取装置两侧挡板会再度向中心靠拢，提高夹取力度；

步骤4、通过红外传感器对夹取物松脱位置的检测，判断夹取物掉落位置，当压力传感器检测到夹取物掉落后，机器人控制夹取装置进行检索拾取。

总之，本发明具有以下优点：

1、通过红外传感器判断夹取物是否存在松脱，松脱后进行二度夹紧，降低夹取物掉落概率；

2、通过红外传感器的检测范围判断夹取物掉落方向，对夹取物进行再度拾取，避免因夹取物掉落而遗漏。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，用于通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (6)

1.一种机器人夹取判断系统，其特征在于，包括红外定位单元、夹取控制单元、压力传感单元和拾取判断单元；

红外定位单元，包括红外传感器，设置在机器人夹取装置中心，检测夹取物位置，判断夹取物是否松脱；

夹取控制单元，控制机器人的夹取装置夹取物品，完成夹取动作后保持夹取姿势直到得到放松指令；

压力传感单元，包括压力传感器，安装在检测机器人夹取装置两侧，判断夹取物是否掉落；

拾取判断单元，在检测到夹取物掉落后，通过红外定位单元检测的掉落范围进行搜索拾取；

所述红外定位单元，红外传感器设置在机器人夹取装置的中心，判断夹取物是否从中心松脱，还包括副红外传感器设置在夹取装置两端，从两侧方向判断夹取物位置；

所述压力传感单元，压力传感器设置在夹取装置两侧挡板上，通过压力传感检测夹取物是否还停留在夹取装置中；

当部分红外传感器检测不到夹取物，说明夹取物朝着相对方向开始脱离，以此判断夹取物的掉落方向，当压力传感器没有压力反馈后，判断夹取物彻底掉落，并在判断的掉落方向进行搜寻拾取。

2.根据权利要求1所述的一种机器人夹取判断系统，其特征在于，所述红外定位单元，包括红外定位电路，包括红外传感器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、二极管D1、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、运算放大器U2：A和运算放大器U2：B；

所述红外传感器U1的第1引脚与所述电阻R2的一端、所述三极管Q1的发射极、所述电容C4的一端、所述电阻R9的一端、所述三极管Q2的发射极、所述三极管Q3的发射极、所述电阻R12的一端和所述电阻R13的一端均接地，所述红外传感器U1的第2引脚分别与所述电阻R2的另一端、所述电容C1的一端连接，所述红外传感器U1的第3引脚与所述电阻R1的一端连接，所述电容C1的另一端分别与所述三极管Q1的基极、所述电阻R4的一端和所述电容C3的一端连接，所述三极管Q1的集电极分别与所述电阻R4的另一端、所述电阻R5的一端连接，所述电阻R5的另一端与所述电阻R3的一端、所述电阻R8的一端、所述电容C6的一端和所述电容C7的一端均接电源电压，所述电容C6的另一端接地，所述电阻R3的另一端分别与所述电阻R1的另一端、所述电容C2的一端和所述二极管D1的负极连接，所述电容C2的另一端接地，所述二极管D1的正极接地，所述电容C3的另一端与所述运算放大器U2：A的反相输入端连接，所述运算放大器U2：A的同相输入端分别与所述电阻R6的一端、所述电阻R7的一端和所述电容C5的一端连接，所述电阻R6的另一端与所述电容C4的另一端连接，所述运算放大器U2：A的输出端分别与所述电容C5的另一端、所述电阻R7的另一端和所述运算放大器U2：B的反相输入端连接，所述运算放大器U2：B的同相输入端与电位器RV1的第3引脚连接，所述电位器RV1的第1引脚与所述电阻R8的另一端连接，所述电位器RV1的第2引脚与所述电阻R9的另一端连接，所述运算放大器U2：B的输出端与所述电阻R10的一端连接，所述电阻R10的另一端分别与所述三极管Q2的基极、所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q2的集电极与所述电阻R14的一端连接，所述电阻R14的另一端接输出信号，所述三极管Q3的基极分别与所述电阻R11的一端、所述电阻R12的另一端和所述电阻R13的一端连接，所述电阻R11的另一端与所述电容C7的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种机器人夹取判断系统，其特征在于，所述夹取控制单元，包括夹取装置，包括两侧挡板向中心合拢夹取物体，当夹取装置得到夹取指令时两侧挡板开始向中心合拢固定住夹取物，当夹取装置得到放松指令时，两侧挡板分开，放下夹取物。

4.根据权利要求1所述的一种机器人夹取判断系统，其特征在于，所述拾取判断单元，根据压力传感单元检测的结果判断夹取物是否掉落，当判断掉落后根据红外定位单元检测的掉落范围进行拾取。

5.一种机器人夹取判断方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、机器人得到夹取指令，夹取装置的两侧挡板向中心靠拢，当挡板到达固定位点后停止靠拢；

步骤2、当挡板停止靠拢后，通过压力传感器判断夹取装置是否夹取到夹取物，通过红外传感器判断夹取物是否存在松脱；

步骤3、当红外传感器检测到夹取物松脱后，夹取装置两侧挡板会再度向中心靠拢，提高夹取力度；

步骤4、通过红外传感器对夹取物松脱位置的检测，判断夹取物掉落位置，当压力传感器检测到夹取物掉落后，机器人控制夹取装置进行检索拾取；

其中，当部分红外传感器检测不到夹取物，说明夹取物朝着相对方向开始脱离，以此判断夹取物的掉落方向，当压力传感器没有压力反馈后，判断夹取物彻底掉落，并在判断的掉落方向进行搜寻拾取。

6.根据权利要求5所述的一种机器人夹取判断方法，其特征在于，通过夹取物与红外传感器检测范围的重叠部分判断夹取物掉落方向，当夹取物松脱时率先脱落检测范围的方向即代表夹取物掉落方向。

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