CN112297033B - 自动化机械手臂驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化机械手臂驱动系统，所述系统包括：信号触发机构，用于基于当前推送方向决定发送给直流无刷电机的控制信号；直流无刷电机，用于基于接收到的不同的控制信号驱动机械手臂旋转不同的旋转角度以便于机械手臂将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域，所述货物上仅贴有书写送货地址且未书写发货地址的标签；机械手臂，包括机械连接杆和机械推手。本发明的自动化机械手臂驱动系统设计紧凑、方便控制。由于能够建立当前待推送货物上的地址信息与当前待推送货物被推送方向的一一对应关系，从而能够采用工业自动化控制体系实现对待传送货物的逐一推送。

Description

自动化机械手臂驱动系统

技术领域

本发明涉及工业自动化领域，尤其涉及一种自动化机械手臂驱动系统。

背景技术

工业自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机、机器视觉等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段。

工业自动化是德国得以启动工业4.0的重要前提之一，主要是在机械制造和电气工程领域。目前在德国和国际制造业中广泛采用的“嵌入式系统”，正是将机械或电气部件完全嵌入到受控器件内部，是一种特定应用设计的专用计算机系统。数据显示，这种“嵌入式系统”每年获得的市场效益高达200亿欧元，而这个数字到2020年将提升至400亿欧元。

目前，对传送过来的各个待推送的货物或者采用人工分拣的方式进行，或者采用基于货物外形、颜色和/或标签的自动分拣方式进行，然而，前者需要耗费大量的人工成本，影响货物分拣的速度和效率，后者分拣精度不足，工业自动化水平不高。

发明内容

为了解决相关领域的技术问题，本发明提供了一种自动化机械手臂驱动系统，能够建立当前待推送货物上的地址信息与当前待推送货物被推送方向的一一对应关系，并据此采用工业自动化控制体系实现对待传送货物的逐一推送。

为此，本发明需要具备以下两处关键的发明点：

（1）建立工业自动化控制体系，以基于当前待推送货物上的地址信息使用定制结构的机械推送机构按照与当前待推送货物的地址信息对应的推送方向推送当前待推送货物；

（2）建立各个货物地址信息与各个推送方向的一一对应关系，为货物的自动化推送提供数据基础。

根据本发明的一方面，提供了一种自动化机械手臂驱动系统，所述系统包括：

信号触发机构，用于接收当前推送方向，并基于所述当前推送方向决定发送给直流无刷电机的控制信号；

直流无刷电机，用于基于接收到的不同的控制信号驱动机械手臂旋转不同的旋转角度以便于机械手臂将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域，所述不同的控制信号中包括与当前推送方向对应的不同的旋转角度，所述货物上仅贴有书写送货地址且未书写发货地址的标签；

机械手臂，包括机械连接杆和机械推手，所述机械推手设置在所述机械连接杆上，所述机械推手和所述机械连接杆的末端处于同一水平面上且所述机械推手与所述机械连接杆的末端呈固定角度并依靠所述机械连接杆的旋转带动所述机械推手旋转，所述机械连接杆的顶端与所述直流无刷电机连接以在所述直流无刷电机的旋转的带动下旋转到不同的旋转角度；

所述机械连接杆和所述机械推手都采用304不锈钢材料铸造而成，所述机械推手用于在所述机械手臂旋转到与当前推送方向对应的旋转角度后执行将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域的操作；

即时录影机构，设置在所述机械手臂前方，用于对传送带传送的、即将到达所述机械手臂正下方的待推送货物执行录影操作，以获得当前录影帧；

指数增强设备，与所述即时录影机构连接，用于对接收到的当前录影帧执行基于指数变换的图像内容增强处理，以获得并输出相应的指数增强图像；

形态学处理设备，设置在所述机械手臂前方，与所述指数增强设备连接，用于对接收到的指数增强图像依次执行先膨胀后腐蚀的形态学处理，以获得并输出相应的形态学处理图像；

内容插值设备，与所述形态学处理设备连接，用于对接收到的形态学处理图像执行双线性插值处理，以获得对应的现场插值图像；

地址提取设备，与所述内容插值设备连接，用于基于字符识别模式识别所述现场插值图像中的各个字符串，将具有地址表达特征的字符串作为地址字符串输出；

方向解析机构，与所述地址提取设备连接，还与云端存储网元连接，用于基于所述地址字符串的内容搜索出与所述内容对应的当前推送方向；

云端存储网元，设置在云端，用于保存地址方向数据库，所述地址方向数据库保存了每一个地址信息与对应的货物推送方向的一一对应关系；

其中，所述方向解析机构通过无线网络与所述云端存储网络连接，用于从所述地址方向数据库中搜索与接收到的地址字符串的内容对应的货物推送方向以作为当前推送方向输出。

本发明的自动化机械手臂驱动系统设计紧凑、方便控制。由于能够建立当前待推送货物上的地址信息与当前待推送货物被推送方向的一一对应关系，从而能够采用工业自动化控制体系实现对待传送货物的逐一推送。

具体实施方式

下面将对本发明的自动化机械手臂驱动系统的实施方案进行详细说明。

机械手臂是机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。

水平多关节机械手臂一般有三个主自由度，Z1转动，Z2转动，Z移动。通过在执行终端加装X转动，Y转动可以到达空间内的任何坐标点。

直角坐标系机械手臂有三个主自由度。X移动，Y移动，Z移动组成，通过在执行终端加装X转动，Y转动，Z转动可以到达空间内的任何坐标点。

目前，对传送过来的各个待推送的货物或者采用人工分拣的方式进行，或者采用基于货物外形、颜色和/或标签的自动分拣方式进行，然而，前者需要耗费大量的人工成本，影响货物分拣的速度和效率，后者分拣精度不足，工业自动化水平不高。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种自动化机械手臂驱动系统，能够有效解决相应的技术问题。

根据本发明实施方案示出的自动化机械手臂驱动系统包括：

信号触发机构，用于接收当前推送方向，并基于所述当前推送方向决定发送给直流无刷电机的控制信号；

直流无刷电机，用于基于接收到的不同的控制信号驱动机械手臂旋转不同的旋转角度以便于机械手臂将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域，所述不同的控制信号中包括与当前推送方向对应的不同的旋转角度，所述货物上仅贴有书写送货地址且未书写发货地址的标签；

机械手臂，包括机械连接杆和机械推手，所述机械推手设置在所述机械连接杆上，所述机械推手和所述机械连接杆的末端处于同一水平面上且所述机械推手与所述机械连接杆的末端呈固定角度并依靠所述机械连接杆的旋转带动所述机械推手旋转，所述机械连接杆的顶端与所述直流无刷电机连接以在所述直流无刷电机的旋转的带动下旋转到不同的旋转角度；

所述机械连接杆和所述机械推手都采用304不锈钢材料铸造而成，所述机械推手用于在所述机械手臂旋转到与当前推送方向对应的旋转角度后执行将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域的操作；

即时录影机构，设置在所述机械手臂前方，用于对传送带传送的、即将到达所述机械手臂正下方的待推送货物执行录影操作，以获得当前录影帧；

指数增强设备，与所述即时录影机构连接，用于对接收到的当前录影帧执行基于指数变换的图像内容增强处理，以获得并输出相应的指数增强图像；

形态学处理设备，设置在所述机械手臂前方，与所述指数增强设备连接，用于对接收到的指数增强图像依次执行先膨胀后腐蚀的形态学处理，以获得并输出相应的形态学处理图像；

内容插值设备，与所述形态学处理设备连接，用于对接收到的形态学处理图像执行双线性插值处理，以获得对应的现场插值图像；

地址提取设备，与所述内容插值设备连接，用于基于字符识别模式识别所述现场插值图像中的各个字符串，将具有地址表达特征的字符串作为地址字符串输出；

方向解析机构，与所述地址提取设备连接，还与云端存储网元连接，用于基于所述地址字符串的内容搜索出与所述内容对应的当前推送方向；

云端存储网元，设置在云端，用于保存地址方向数据库，所述地址方向数据库保存了每一个地址信息与对应的货物推送方向的一一对应关系；

其中，所述方向解析机构通过无线网络与所述云端存储网络连接，用于从所述地址方向数据库中搜索与接收到的地址字符串的内容对应的货物推送方向以作为当前推送方向输出。

接着，继续对本发明的自动化机械手臂驱动系统的具体结构进行进一步的说明。

所述自动化机械手臂驱动系统中：

在所述地址提取设备中，具有地址表达特征的字符串为具有以包括省、市或地区的字符为结尾的字符串。

所述自动化机械手臂驱动系统中还可以包括：

皮带传送机构，包括传送带和传送驱动设备，用于依次传送各个待推送货物到达所述机械手臂正下方。

所述自动化机械手臂驱动系统中还可以包括：

有线通信接口，与所述内容插值设备连接，用于将所述内容插值设备的输出数据通过有线通信链路发出；

其中，所述有线通信接口为ADSL通信接口、PTSN通信接口、电力线通信接口或光纤通信接口中的一种。

所述自动化机械手臂驱动系统中还可以包括：

温度调控设备，设置在所述地址提取设备内部，用于根据所述地址提取设备的内部温度数值执行对所述地址提取设备的内部温度的调控。

所述自动化机械手臂驱动系统中：

所述地址提取设备还包括温度测量子设备，与所述温度调控设备连接，用于提供所述地址提取设备的内部温度数值。

所述自动化机械手臂驱动系统中还可以包括：

湿度测量设备，设置在所述内容插值设备的外壳上，用于测量所述内容插值设备的外壳位置上的湿度；

即时加湿设备，与所述湿度测量设备连接，用于基于接收到的湿度实现相应的加湿动作；

其中，所述内容插值设备被设置在集成电路板上，在所述集成电路板上靠近所述内容插值设备的位置设置有电压转换设备。

另外，所述自动化机械手臂驱动系统中，PSTN ( Public Switched TelephoneNetwork )定义：公共交换电话网络，PSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。当两个主机或路由器设备需要通过PSTN连接时，在两端的网络接入侧（即用户回路侧）必须使用调制解调器（Modem）实现信号的模/数、数/模转换。从OSI七层模型的角度来看，PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸，没有向用户提供流量控制、差错控制等服务。而且，由于PSTN是一种电路交换的方式，所以一条通路自建立直至释放，其全部带宽仅能被通路两端的设备使用，即使他们之间并没有任何数据需要传送。因此，这种电路交换的方式不能实现对网络带宽的充分利用。通过PSTN进行网络互联举例。下面是一个通过PSTN连接两个局域网的网络互连的例子。在这两个局域网中，各有一个路由器，每个路由器均有一个串行端口与Modem相连，Modem再与PSTN相连，从而实现了这两个局域网的互连。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或他们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种自动化机械手臂驱动系统，其特征在于，所述系统包括：

信号触发机构，用于接收当前推送方向，并基于所述当前推送方向决定发送给直流无刷电机的控制信号；

直流无刷电机，用于基于接收到的不同的控制信号驱动机械手臂旋转不同的旋转角度以便于机械手臂将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域，所述不同的控制信号中包括与当前推送方向对应的不同的旋转角度，所述货物上仅贴有书写送货地址且未书写发货地址的标签；

机械手臂，包括机械连接杆和机械推手，所述机械推手设置在所述机械连接杆上，所述机械推手和所述机械连接杆的末端处于同一水平面上且所述机械推手与所述机械连接杆的末端呈固定角度并依靠所述机械连接杆的旋转带动所述机械推手旋转，所述机械连接杆的顶端与所述直流无刷电机连接以在所述直流无刷电机的旋转的带动下旋转到不同的旋转角度；

所述机械连接杆和所述机械推手都采用304不锈钢材料铸造而成，所述机械推手用于在所述机械手臂旋转到与当前推送方向对应的旋转角度后执行将所述机械手臂正下方的货物推送到与所述当前推送方向对应的货物储存区域的操作；

即时录影机构，设置在所述机械手臂前方，用于对传送带传送的、即将到达所述机械手臂正下方的待推送货物执行录影操作，以获得当前录影帧；

指数增强设备，与所述即时录影机构连接，用于对接收到的当前录影帧执行基于指数变换的图像内容增强处理，以获得并输出相应的指数增强图像；

形态学处理设备，设置在所述机械手臂前方，与所述指数增强设备连接，用于对接收到的指数增强图像依次执行先膨胀后腐蚀的形态学处理，以获得并输出相应的形态学处理图像；

内容插值设备，与所述形态学处理设备连接，用于对接收到的形态学处理图像执行双线性插值处理，以获得对应的现场插值图像；

地址提取设备，与所述内容插值设备连接，用于基于字符识别模式识别所述现场插值图像中的各个字符串，将具有地址表达特征的字符串作为地址字符串输出；

方向解析机构，与所述地址提取设备连接，还与云端存储网元连接，用于基于所述地址字符串的内容搜索出与所述内容对应的当前推送方向；

云端存储网元，设置在云端，用于保存地址方向数据库，所述地址方向数据库保存了每一个地址信息与对应的货物推送方向的一一对应关系；

其中，所述方向解析机构通过无线网络与所述云端存储网络连接，用于从所述地址方向数据库中搜索与接收到的地址字符串的内容对应的货物推送方向以作为当前推送方向输出。

2.如权利要求1所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于：

在所述地址提取设备中，具有地址表达特征的字符串为具有以包括省、市或地区的字符为结尾的字符串。

3.如权利要求2所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：

皮带传送机构，包括传送带和传送驱动设备，用于依次传送各个待推送货物到达所述机械手臂正下方。

4.如权利要求3所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：

有线通信接口，与所述内容插值设备连接，用于将所述内容插值设备的输出数据通过有线通信链路发出；

其中，所述有线通信接口为ADSL通信接口、PTSN通信接口、电力线通信接口或光纤通信接口中的一种。

5.如权利要求4所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：

温度调控设备，设置在所述地址提取设备内部，用于根据所述地址提取设备的内部温度数值执行对所述地址提取设备的内部温度的调控。

6.如权利要求5所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于：

所述地址提取设备还包括温度测量子设备，与所述温度调控设备连接，用于提供所述地址提取设备的内部温度数值。

7.如权利要求6所述的自动化机械手臂驱动系统，其特征在于，所述系统还包括：

湿度测量设备，设置在所述内容插值设备的外壳上，用于测量所述内容插值设备的外壳位置上的湿度；

即时加湿设备，与所述湿度测量设备连接，用于基于接收到的湿度实现相应的加湿动作；

其中，所述内容插值设备被设置在集成电路板上，在所述集成电路板上靠近所述内容插值设备的位置设置有电压转换设备。