CN112809672A - 一种机械手臂用目标定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手臂用目标定位系统，利用采集模块采集机械手臂信息和目标信息；利用定位模块对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；利用分析模块接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；利用数据处理模块接收分析信息和位置信息并进行处理，得到处理集合信息，利用调整模块接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整；本发明用于解决机械手臂不能对移动的不同规格的目标进行定位和筛选的问题，以及不能获取不同的机械手臂的工作效率来判断位置是否分配合理的问题。

Description

一种机械手臂用目标定位系统

技术领域

本发明涉及机械定位技术领域，尤其涉及一种机械手臂用目标定位系统。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

公开号CN111390910A公开了一种机械手目标抓取定位方法、计算机可读存储介质及机械手，计算机可读存储介质存储在机械手中，机械手处理器执行计算机可读存储介质中的计算机程序时实现机械手目标抓取定位的方法。在机械手抓取操作中，设置辅助定位物帮助机械手进行目标抓取定位：获取辅助定位物与目标的位置关系，以图像中呈现的辅助定位物的几何特征以及预存的辅助定位物的几何特征推出摄像头与辅助定位物的位置关系；以辅助定位物分别与目标的位置关系、与摄像头的位置关系为条件，推出摄像头与目标的位置关系。该机械手目标抓取定位方法，辅助定位物的几何特征能够随时通过更新数据库增加，方便机械手抓取放置在不同位置的目标。

现有的机械手臂用目标定位系统存在的缺陷是：机械手臂不能对移动的不同规格的目标进行定位和筛选的问题，以及不能获取不同的机械手臂的工作效率来判断位置是否分配合理的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械手臂用目标定位系统，本发明所要解决的技术问题为：

如何解决现有方案中机械手臂不能对移动的不同规格的目标进行定位和筛选的问题，以及不能获取不同的机械手臂的工作效率来判断位置是否分配合理的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种机械手臂用目标定位系统，包括采集模块、定位模块、分析模块、处理模块和调整模块；

所述采集模块用于采集机械手臂信息和目标信息，该机械手臂信息包含机械手臂尺寸数据和工作数据，该目标信息包含目标收纳数据和目标移动数据，将机械手臂信息和目标信息发送至分析模块；

所述定位模块用于对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；

所述分析模块用于接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；

所述数据处理模块用于接收分析信息和位置信息并进行处理，得到处理集合信息，具体的步骤包括：

步骤一：接收分析信息和位置信息；

步骤二：获取分析信息中的转运排序集和迁移排序集以及位置信息中的工作区域和移动坐标集；

步骤三：利用公式获取匹配系数，该公式为：

其中，Q_px表示为匹配系数，η表示为预设的匹配修正因子，Q_zy表示为转运值，Q_qy表示为迁移值；

步骤四：将匹配系数与预设的匹配范围进行匹配，若匹配系数属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标匹配并存储至第一匹配数据；若匹配系数不属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标不匹配并存储至第二匹配数据；

步骤五：当目标进入至工作区域时，获取该目标与机械手臂的匹配系数，若该匹配系数属于第一匹配系数，当目标移动至第一启动点时，机械手臂工作并进行转运，当目标移动至第二启动点时，机械手臂停止工作并归回至原位，等待下一个目标，并对机械手臂的转运次数加一，获取若干个机械手臂的转运总次数并分类组合得到转运统计集；

步骤六：若该匹配系数属于第二匹配系数，机械手臂不开始工作，并对机械手臂的忽略次数加一，获取若干个机械手臂的忽略总次数并分类组合得到忽略统计集；

步骤七：将转运统计集和忽略统计集组合，得到处理集合信息；

所述调整模块用于接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整。

优选的，所述定位模块用于对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，具体的步骤包括：

S21：设定机械手臂为圆心，根据预设的距离值为半径建立坐标系，将机械手臂的长度设定为工作半径，圆心和工作半径构成工作区域；

S22：根据坐标系获取移动目标的坐标并组合，得到移动坐标集；

S23：在工作区域内设置第一启动点和第二启动点，获取第一启动点和第二启动点之间的距离并标记为持续距离；

S24：将坐标系、工作区域、移动坐标集和持续距离组合，得到位置信息。

优选的，所述分析模块用于接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，具体的步骤包括：

S31：接收机械手臂信息和目标信息；

S32：获取机械手臂信息中的机械手臂尺寸数据和工作数据，将机械手臂尺寸数据中的伸展最大长度标记为D1，将机械手臂尺寸数据中的伸展最小长度标记为D2；

S33：获取工作数据中的转动速度并标记为V1，将工作数据中的取物速度标记为V2，将工作数据中的放物速度标记为V3，获取工作数据中的转动角度，设定不同的角度均对应一个不同的转动预设值，将工作数据中的转动角度与所有的角度进行匹配获取对应的转动预设值并标记为Zi，i＝1,2...n；

S34：利用公式计算获取机械手臂的转运值；

S35：将转运值进行降序排列，得到转运排序集；

S36：获取目标信息中的目标收纳数据和目标移动数据，将目标收纳数据中的收纳体积标记为ST，将目标收纳数据中的收纳质量标记为SZ，将目标移动数据中的移动速度标记为MV；

S37：利用公式计算获取目标的迁移值；

S38：将迁移值进行降序排列，得到迁移排序集；

S39：将转运排序集和迁移排序集组合，得到分析信息。

优选的，所述调整模块用于接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整，具体的步骤包括：

S41：获取处理集合信息中的转运统计集和忽略统计集；

S42：利用公式获取机械手臂的状态系数，该公式为：

其中，Q_zx表示为状态系数，δ表示为预设的状态修正因子，ZYZ表示为机械手臂的转运总次数，HLZ表示为机械手臂的忽略总次数；

S43：若状态系数低于预设的状态阈值时，判定该机械手臂分配的位置不合理，并生成位置调整信号，利用位置调整信号对机械手臂的位置进行调整。

优选的，利用公式计算获取机械手臂的转运值，该公式为：

其中，Q_zy表示为转运值，μ表示为预设的转运修正因子，a1、a2、a3、a4、a5表示为不同的比例系数。

优选的，利用公式计算获取目标的迁移值，该公式为：

其中，Q_qy表示为迁移值，β表示为预设的迁移修正因子，b1、b2、b3表示为不同的比例系数。

本发明的有益效果：

本发明公开的各个方面，利用采集模块采集机械手臂信息和目标信息，该机械手臂信息包含机械手臂尺寸数据和工作数据，该目标信息包含目标收纳数据和目标移动数据，将机械手臂信息和目标信息发送至分析模块；通过采集机械手臂信息和目标信息并进行处理分析，可以为机械臂的工作和对目标的定位筛选提供有效的数据支撑；

利用定位模块对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；通过对机械手臂和目标进行定位并进行处理，提高机械臂对目标的筛选的准确性；

利用分析模块接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；通过对机械手臂信息和目标信息进行分析并建立联系，提高机械臂对不同的目标进行不同的处理，进而提高机械臂的处理效率；

利用数据处理模块接收分析信息和位置信息并进行处理，得到处理集合信息，通过分析信息和位置信息之间的关系对不同的目标进行处理，可以达到机械手臂对移动的不同规格的目标进行定位和筛选的目的；

利用调整模块接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整；可以达到获取不同的机械手臂的工作效率来判断位置是否分配合理的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种机械手臂用目标定位系统的模块框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种机械手臂用目标定位系统，包括采集模块、定位模块、分析模块、处理模块和调整模块；

所述采集模块用于采集机械手臂信息和目标信息，该机械手臂信息包含机械手臂尺寸数据和工作数据，该目标信息包含目标收纳数据和目标移动数据，将机械手臂信息和目标信息发送至分析模块；

所述定位模块用于对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；具体的步骤包括：

设定机械手臂为圆心，根据预设的距离值为半径建立坐标系，将机械手臂的长度设定为工作半径，圆心和工作半径构成工作区域；

根据坐标系获取移动目标的坐标并组合，得到移动坐标集；

在工作区域内设置第一启动点和第二启动点，获取第一启动点和第二启动点之间的距离并标记为持续距离；

将坐标系、工作区域、移动坐标集和持续距离组合，得到位置信息；

本发明实施例中，定位模块通过定位芯片获取目标的移动位置，第一启动点用于定位目标并使得机械手臂进行抓取物品，第二启动点用于定位目标并使得机械手臂进行放置物品；

所述分析模块用于接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；具体的步骤包括：

接收机械手臂信息和目标信息；

获取机械手臂信息中的机械手臂尺寸数据和工作数据，将机械手臂尺寸数据中的伸展最大长度标记为D1，将机械手臂尺寸数据中的伸展最小长度标记为D2；

获取工作数据中的转动速度并标记为V1，将工作数据中的取物速度标记为V2，将工作数据中的放物速度标记为V3，获取工作数据中的转动角度，设定不同的角度均对应一个不同的转动预设值，将工作数据中的转动角度与所有的角度进行匹配获取对应的转动预设值并标记为Zi，i＝1,2...n；

利用公式计算获取机械手臂的转运值，该公式为：

其中，Q_zy表示为转运值，μ表示为预设的转运修正因子，a1、a2、a3、a4、a5表示为不同的比例系数；

将转运值进行降序排列，得到转运排序集；

获取目标信息中的目标收纳数据和目标移动数据，将目标收纳数据中的收纳体积标记为ST，将目标收纳数据中的收纳质量标记为SZ，将目标移动数据中的移动速度标记为MV；

利用公式计算获取目标的迁移值，该公式为：

其中，Q_qy表示为迁移值，β表示为预设的迁移修正因子，b1、b2、b3表示为不同的比例系数；

将迁移值进行降序排列，得到迁移排序集；

将转运排序集和迁移排序集组合，得到分析信息；

所述数据处理模块用于接收分析信息和位置信息并进行处理，得到处理集合信息，具体的步骤包括：

步骤一：接收分析信息和位置信息；

步骤二：获取分析信息中的转运排序集和迁移排序集以及位置信息中的工作区域和移动坐标集；

步骤三：利用公式获取匹配系数，该公式为：

其中，Q_px表示为匹配系数，η表示为预设的匹配修正因子，Q_zy表示为转运值，Q_qy表示为迁移值；

步骤四：将匹配系数与预设的匹配范围进行匹配，若匹配系数属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标匹配并存储至第一匹配数据；若匹配系数不属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标不匹配并存储至第二匹配数据；

步骤五：当目标进入至工作区域时，获取该目标与机械手臂的匹配系数，若该匹配系数属于第一匹配系数，当目标移动至第一启动点时，机械手臂工作并进行转运，当目标移动至第二启动点时，机械手臂停止工作并归回至原位，等待下一个目标，并对机械手臂的转运次数加一，获取若干个机械手臂的转运总次数并分类组合得到转运统计集；

步骤六：若该匹配系数属于第二匹配系数，机械手臂不开始工作，并对机械手臂的忽略次数加一，获取若干个机械手臂的忽略总次数并分类组合得到忽略统计集；

步骤七：将转运统计集和忽略统计集组合，得到处理集合信息；

所述调整模块用于接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整，具体的步骤包括：

获取处理集合信息中的转运统计集和忽略统计集；

利用公式获取机械手臂的状态系数，该公式为：

其中，Q_zx表示为状态系数，δ表示为预设的状态修正因子，ZYZ表示为机械手臂的转运总次数，HLZ表示为机械手臂的忽略总次数；

若状态系数低于预设的状态阈值时，判定该机械手臂分配的位置不合理，并生成位置调整信号，利用位置调整信号对机械手臂的位置进行调整；

上述公式均是采集大量数据进行软件模拟得出且选取与真实值接近的一个公式，公式中的系数是由本领域技术人员根据实际情况进行设置。

本发明的工作原理：本发明实施例中，利用采集模块采集机械手臂信息和目标信息，该机械手臂信息包含机械手臂尺寸数据和工作数据，该目标信息包含目标收纳数据和目标移动数据，将机械手臂信息和目标信息发送至分析模块；通过采集机械手臂信息和目标信息并进行处理分析，可以为机械臂的工作和对目标的定位筛选提供有效的数据支撑；

利用定位模块对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；通过对机械手臂和目标进行定位并进行处理，提高机械臂对目标的筛选的准确性；

利用分析模块接收机械手臂信息和目标信息进行分析，利用公式

计算获取机械手臂的转运值；将转运值进行降序排列，得到转运排序集，利用公式

计算获取目标的迁移值；将迁移值进行降序排列，得到迁移排序集；将转运排序集和迁移排序集组合，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；通过对机械手臂信息和目标信息进行分析并建立联系，提高机械臂对不同的目标进行不同的处理，进而提高机械臂的处理效率；

利用数据处理模块接收分析信息和位置信息并进行处理，利用公式

获取匹配系数，将匹配系数与预设的匹配范围进行匹配，若匹配系数属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标匹配并存储至第一匹配数据；若匹配系数不属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标不匹配并存储至第二匹配数据；当目标进入至工作区域时，获取该目标与机械手臂的匹配系数，若该匹配系数属于第一匹配系数，当目标移动至第一启动点时，机械手臂工作并进行转运，当目标移动至第二启动点时，机械手臂停止工作并归回至原位，等待下一个目标，并对机械手臂的转运次数加一，获取若干个机械手臂的转运总次数并分类组合得到转运统计集；若该匹配系数属于第二匹配系数，机械手臂不开始工作，并对机械手臂的忽略次数加一，获取若干个机械手臂的忽略总次数并分类组合得到忽略统计集；将转运统计集和忽略统计集组合，得到处理集合信息，通过分析信息和位置信息之间的关系对不同的目标进行处理，可以达到机械手臂对移动的不同规格的目标进行定位和筛选的目的；

利用调整模块接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整，利用公式

获取机械手臂的状态系数；若状态系数低于预设的状态阈值时，判定该机械手臂分配的位置不合理，并生成位置调整信号，利用位置调整信号对机械手臂的位置进行调整；可以达到获取不同的机械手臂的工作效率来判断位置是否分配合理的目的。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。

所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个控制模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，显然“包括”一词不排除其他模块或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个模块或装置也可以由一个模块或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (6)

1.一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，包括采集模块、定位模块、分析模块、处理模块和调整模块；

所述采集模块用于采集机械手臂信息和目标信息，该机械手臂信息包含机械手臂尺寸数据和工作数据，该目标信息包含目标收纳数据和目标移动数据，将机械手臂信息和目标信息发送至分析模块；

所述定位模块用于对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，将位置信息发送至处理模块；

所述分析模块用于接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，并将分析信息发送至数据处理模块；

所述数据处理模块用于接收分析信息和位置信息并进行处理，得到处理集合信息，具体的步骤包括：

步骤一：接收分析信息和位置信息；

步骤二：获取分析信息中的转运排序集和迁移排序集以及位置信息中的工作区域和移动坐标集；

步骤三：利用公式获取匹配系数，该公式为：

其中，Q_px表示为匹配系数，η表示为预设的匹配修正因子，Q_zy表示为转运值，Q_qy表示为迁移值；

步骤四：将匹配系数与预设的匹配范围进行匹配，若匹配系数属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标匹配并存储至第一匹配数据；若匹配系数不属于匹配范围，则判定该机械手臂与目标不匹配并存储至第二匹配数据；

步骤五：当目标进入至工作区域时，获取该目标与机械手臂的匹配系数，若该匹配系数属于第一匹配系数，当目标移动至第一启动点时，机械手臂工作并进行转运，当目标移动至第二启动点时，机械手臂停止工作并归回至原位，等待下一个目标，并对机械手臂的转运次数加一，获取若干个机械手臂的转运总次数并分类组合得到转运统计集；

步骤六：若该匹配系数属于第二匹配系数，机械手臂不开始工作，并对机械手臂的忽略次数加一，获取若干个机械手臂的忽略总次数并分类组合得到忽略统计集；

步骤七：将转运统计集和忽略统计集组合，得到处理集合信息；

所述调整模块用于接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整。

2.根据权利要求1所述的一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，所述定位模块用于对机械手臂和目标进行定位和处理，得到位置信息，具体的步骤包括：

S21：设定机械手臂为圆心，根据预设的距离值为半径建立坐标系，将机械手臂的长度设定为工作半径，圆心和工作半径构成工作区域；

S22：根据坐标系获取移动目标的坐标并组合，得到移动坐标集；

S23：在工作区域内设置第一启动点和第二启动点，获取第一启动点和第二启动点之间的距离并标记为持续距离；

S24：将坐标系、工作区域、移动坐标集和持续距离组合，得到位置信息。

3.根据权利要求1所述的一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，所述分析模块用于接收机械手臂信息和目标信息进行分析，得到分析信息，具体的步骤包括：

S31：接收机械手臂信息和目标信息；

S32：获取机械手臂信息中的机械手臂尺寸数据和工作数据，将机械手臂尺寸数据中的伸展最大长度标记为D1，将机械手臂尺寸数据中的伸展最小长度标记为D2；

S33：获取工作数据中的转动速度并标记为V1，将工作数据中的取物速度标记为V2，将工作数据中的放物速度标记为V3，获取工作数据中的转动角度，设定不同的角度均对应一个不同的转动预设值，将工作数据中的转动角度与所有的角度进行匹配获取对应的转动预设值并标记为Zi，i＝1,2...n；

S34：利用公式计算获取机械手臂的转运值；

S35：将转运值进行降序排列，得到转运排序集；

S36：获取目标信息中的目标收纳数据和目标移动数据，将目标收纳数据中的收纳体积标记为ST，将目标收纳数据中的收纳质量标记为SZ，将目标移动数据中的移动速度标记为MV；

S37：利用公式计算获取目标的迁移值；

S38：将迁移值进行降序排列，得到迁移排序集；

S39：将转运排序集和迁移排序集组合，得到分析信息。

4.根据权利要求1所述的一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，所述调整模块用于接收处理集合信息并对机械手臂和目标的位置进行调整，具体的步骤包括：

S41：获取处理集合信息中的转运统计集和忽略统计集；

S42：利用公式获取机械手臂的状态系数，该公式为：

其中，Q_zx表示为状态系数，δ表示为预设的状态修正因子，ZYZ表示为机械手臂的转运总次数，HLZ表示为机械手臂的忽略总次数；

S43：若状态系数低于预设的状态阈值时，判定该机械手臂分配的位置不合理，并生成位置调整信号，利用位置调整信号对机械手臂的位置进行调整。

5.根据权利要求3所述的一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，利用公式计算获取机械手臂的转运值，该公式为：

其中，Q_zy表示为转运值，μ表示为预设的转运修正因子，a1、a2、a3、a4、a5表示为不同的比例系数。

6.根据权利要求3所述的一种机械手臂用目标定位系统，其特征在于，利用公式计算获取目标的迁移值，该公式为：

其中，Q_qy表示为迁移值，β表示为预设的迁移修正因子，b1、b2、b3表示为不同的比例系数。

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