CN113307023A - 一种液体防晃机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种液体防晃机器人及其控制方法，所述液体防晃机器人包括机器人本体、机械手、若干个传感装置以及防晃控制器；所述机械手连接于所述机器人本体上，所述传感装置设于所述机械手上；所述传感装置与所述防晃控制器信号连接，所述传感装置包括压电换能器，用于检测液体晃动信号；所述防晃控制器与所述机器人本体信号连接，用于发出抑制晃动控制信号来修正所述机器人本体的运动轨迹。通过上述设置，可解决目前液体自动化搬运过程中工业机器人无法根据液体晃动情况实时调整运动轨迹、易导致液体泼洒的问题。

Description

一种液体防晃机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及液体防晃技术领域，具体涉及一种液体防晃机器人及其控制方法。

背景技术

随着自动化技术的发展，很多原来由人工操作的任务现在正逐渐被机器人所替代，例如自动化生产线上的物品搬运。通过对工业机器人进行编程，使其按照特定的运动轨迹运行，从而将物品从起始位置运送到目标位置。

然而，目前这类传统机器人搬运任务主要是针对搬运机械零件等固态物品，尚不能将其很好地应用于液体等非固态物品的搬运，尤其是开口容器内的液体搬运。其中，主要是因为搬运过程中机器人速度较快、轨迹多变，易引起液体晃动，甚至导致液体泼洒，容易造成污染、安全事故等不良事件。

此外，现有技术中，一部分工业机器人在搬运开口容器内的液体时，无法对液体的晃动情况进行实时在线检测，因而只能按照其预定的轨迹对液体进行搬运、无法在搬运过程中根据液体的晃动情况对自身的运动轨迹做出实时调整，从而来降低或抑制晃动、避免造成泼洒等问题。

受限于此，目前对液体的自动化搬运多采用传送带的方式，但这种方式又限制了液体输送的运动轨迹，即整个搬运过程只能是较为简单的平面运动，而难以实现复杂、多样、立体式的输送轨迹运动。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种液体防晃机器人及其控制方法，所述液体防晃机器人用来解决目前液体自动化搬运过程中工业机器人无法根据液体晃动情况实时调整运动轨迹、易导致液体泼洒的问题。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种体防晃机器人，包括机器人本体、机械手、若干个传感装置以及防晃控制器；所述机械手连接于所述机器人本体上，所述传感装置设于所述机械手上；所述传感装置与所述防晃控制器信号连接，所述传感装置包括压电换能器，用于检测液体晃动信号；所述防晃控制器与所述机器人本体信号连接，用于发出抑制晃动控制信号来修正所述机器人本体的运动轨迹。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述机械手包括末端夹爪，所述末端夹爪包括两个以上机械手指，所述机械手指的表面依次覆盖有刚体结构层以及软体结构层。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述压电换能器包括：

超声模式电路，与所述防晃控制器信号连接，用于通过超声波来检测液体晃动信号；

和/或共振模式电路，与所述防晃控制器信号连接，用于通过所述压电换能器的共振频率变化来检测液体晃动信号。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述传感装置还包括图像拍摄装置，用于实时采集运输容器中液体的图像信息。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述传感装置嵌设于所述软体结构层中。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述机器人本体为串联机器人或并联机器人。

本发明一实施方式还提供一种液体防晃机器人的控制方法，所述液体防晃机器人为如上任一项所述的液体防晃机器人，所述方法包括：

步骤A：所述防晃控制器接收所述压电换能器发出的液体晃动信号；

步骤C:所述防晃控制器对液体晃动信息进行处理，并结合液体动态模型计算出液体晃动状态反馈信号；

步骤D：所述防晃控制器基于所述液体晃动状态反馈信号生成抑制晃动控制信号；

步骤E：所述防晃控制器将所述抑制晃动控制信号发送给所述机器人本体。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在步骤C之前，所述方法还包括：

步骤B：所述防晃控制器接收所述图像拍摄装置发出的液体图像信息；

步骤C中的液体晃动信息包括所述液体晃动信号以及所述液体图像信息。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在步骤A之前，所述方法还包括：

所述防晃控制器发送高频正弦信号加载到所述压电换能器；

所述压电换能器向液体发出超声波；

在超声波经液体反射后，所述压电换能器接收反射波并发送给所述防晃控制器。

作为本发明一实施方式的进一步改进，在步骤A之前，所述方法还包括：

所述防晃控制器产生特定频率的电压信号、加载到所述压电换能器；

所述压电换能器发生共振；

当所述机械手接触容器时，所述压电换能器的共振频率受到容器内液体晃动影响而发生偏移，所述防晃控制器跟踪记录该频率偏移信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：设计机器人用来运输开口容器中的液体，在机器人中设置防晃控制器，在机器人的机械手上设置传感装置；其中，传感装置包括压电换能器，压电换能器用于将电能转进行转化，生成超声波或共振频等形式来测量容器中液体的晃动信号，并将此晃动信号发送给防晃控制器；防晃控制器对液体晃动信息进行处理计算后，生成抑制晃动控制信号、并发送给机器人本体，使得机器人本体可实时修正自己的运动轨迹，以实现复杂、多样、立体式的输送轨迹运动，从而缓解或避免液体晃动、防止出现液体泼洒等现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例中液体防晃机器人的结构示意图；

图2是本发明一实施例中末端夹爪的结构示意图；

图3是本发明一实施例中液体防晃机器人的控制方法的流程示意图。

其中附图中所涉及的标号如下：

容器1，液体2，机器人本体3，末端夹爪41，机械手指410，刚体结构层4101，软体结构层4102，压电换能器51，图像拍摄装置52，防晃控制器6。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施方式及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图2所示，本发明一实施例提供了一种液体防晃机器人，包括机器人本体3、机械手、若干个传感装置以及防晃控制器6；机械手连接于机器人本体3上，传感装置设于机械手上；传感装置与防晃控制器6信号连接，传感装置包括压电换能器51，用于检测液体晃动信号；防晃控制器6与机器人本体3信号连接，用于发出抑制晃动控制信号来修正机器人本体3的运动轨迹。

具体的，机器人用来运输开口容器1中的液体，在机器人中设置防晃控制器6，在机器人的机械手上设置传感装置；其中，传感装置包括压电换能器51，压电换能器51用于将电能转进行转化，生成超声波或共振频等形式来测量容器1中液体的晃动信号，并将此晃动信号发送给防晃控制器6；防晃控制器6对液体晃动信息进行处理计算后，生成抑制晃动控制信号、并发送给机器人本体3，使得机器人本体3可实时修正自己的运动轨迹，以实现复杂、多样、立体式的输送轨迹运动，从而缓解或避免液体晃动、防止出现液体泼洒等现象。

本发明的实施例中，液体防晃机器人能够实时检测抓取容器1内的液体晃动状态，并通过实时防晃控制来抑制液体晃动，实现稳定、可靠、高效的液体输送。在现有工业机器人的基础上，也可实现复杂、多样、立体式的输送轨迹。

进一步的，机械手包括末端夹爪41，末端夹爪41包括两个以上机械手指410，机械手指410的表面依次覆盖有刚体结构层4101以及软体结构层4102。

在实际使用中，末端夹爪41用于抓取盛放液体的容器1，由两个或多个手指组成，每个手指由刚体层和软体层构成。

刚体层用于在抓取时施加接触力，保证抓取的稳定性。

软体层则在抓取时既作为缓冲、防止用力过度破坏容器1，也可以有效提高摩擦力、防止容器1滑落，并且可以提高夹爪的形状适应性，使其能够更好地贴合粗糙的物体表面。

进一步的，传感装置嵌设于软体结构层4102中。

进一步的，传感装置通过电缆与防晃控制器6信号连接。

在实际使用中，在软体层的内部嵌有多个传感装置，传感装置包括压电换能器51和微型相机等装置，这些传感装置都通过电缆与实时防晃控制器6相连，用于接收防晃控制器6的控制信号、以及向防晃控制器6发送传感信号。

由此，软体层中包含多种传感装置，能够全面、准确地获取液体晃动状态。

进一步的，压电换能器51包括：

超声模式电路，与防晃控制器6信号连接，用于通过超声波来检测液体晃动信号；

和/或共振模式电路，与防晃控制器6信号连接，用于通过压电换能器51的共振频率变化来检测液体晃动信号。

其中，压电换能器51工作于超声和共振两种模式；

在超声模式中，实时防晃控制器6发送高频正弦信号加载到压电换能器51，激发超声波，超声波经液体反射后由压电换能器51接收，将信号再传送到防晃控制器6进行处理；

在共振模式中，防晃控制器6产生特定频率的电压信号加载到压电换能器51使其发生共振、并随时跟踪共振频率的变化，当夹爪接触容器1时，压电换能器51的共振频率受容器1内液体的晃动情况发生偏移，由防晃控制器6实时跟踪记录该频率信号。

进一步的，传感装置还包括图像拍摄装置52，用于实时采集运输容器1中液体的图像信息。

进一步的，图像拍摄装置52为微型相机。

在实际使用中，软体层中内嵌的微型相机等图像拍摄装置52用于实时采集容器1中液体的图像信息、并发送到防晃控制器6。

进一步的，机器人本体3为串联机器人或并联机器人。

在实际使用中，机器人本体3部分可以是普通工业机器人，如串联、并联机器人等，这些机器人具有传统的运动轨迹控制功能。

由此，可方便地与现有工业机器人集成，通用性强。

进一步的，防晃控制器6包括滤波处理电路、提取时域处理电路以及频域特征处理电路中的一种或多种。

在实际使用中，实时防晃控制器6接收来自压电换能器51、微型相机的数据，对其进行滤波、提取时域和频域特征等处理，并结合液体动态模型计算出液体晃动状态反馈信号。接着，实时防晃控制器6再基于该液体晃动状态反馈信号生成抑制晃动的控制信号、发送到机器人本体3。

进一步的，机器人本体3还包括运动轨迹修正电路，与防晃控制器6信号连接，用于对机器人本体3的预设运动轨迹进行修正。

在实际使用中，机器人本体3接收上述抑制晃动控制信号、并修正其预定的轨迹命令，从而实现实时防晃控制。

如图3所示，本发明一实施方式还提供一种液体防晃机器人的控制方法，液体防晃机器人为如上任一项的液体防晃机器人，方法包括：

步骤A：防晃控制器6接收压电换能器51发出的液体晃动信号；

步骤C:防晃控制器6对液体晃动信息进行处理，并结合液体动态模型计算出液体晃动状态反馈信号；

步骤D：防晃控制器6基于液体晃动状态反馈信号生成抑制晃动控制信号；

步骤E：防晃控制器6将抑制晃动控制信号发送给机器人本体3。

在实际操作中，先利用压电换能器51实时检测液体晃动状态，再通过防晃控制器6进行计算处理与控制，接着，控制机器人本体3调整运动轨迹，从而实现实时防晃控制。

进一步的，在步骤C之前，方法还包括：

步骤B：防晃控制器6接收图像拍摄装置52发出的液体图像信息；

步骤C中的液体晃动信息包括液体晃动信号以及液体图像信息。

在实际操作中，微型相机等图像拍摄装置52先实时采集容器1中液体的图像信息、并发送到防晃控制器6。

由此，防晃控制器6接收来自压电换能器51、微型相机的数据，对其进行滤波、提取时域和频域特征等处理，并结合液体动态模型计算出液体晃动状态反馈信号，以便机器人本体3接收液体晃动状态反馈信号并进行轨迹修正。

进一步的，在步骤A之前，方法还包括：

防晃控制器6发送高频正弦信号加载到压电换能器51；

压电换能器51向液体发出超声波；

在超声波经液体反射后，压电换能器51接收反射波并发送给防晃控制器6。

在实际操作中，压电换能器51工作于超声和共振两种模式。

在超声模式中，实时防晃控制器6发送高频正弦信号加载到压电换能器51，激发超声波，超声波经液体反射后由压电换能器51接收，将信号再传送到防晃控制器6进行处理。

进一步的，在步骤A之前，方法还包括：

防晃控制器6产生特定频率的电压信号、加载到压电换能器51；

压电换能器51发生共振；

当机械手接触容器1时，压电换能器51的共振频率受到容器1内液体晃动影响而发生偏移，防晃控制器6跟踪记录该频率偏移信号。

在共振模式中，防晃控制器6产生特定频率的电压信号加载到压电换能器51使其发生共振、并随时跟踪共振频率的变化，当夹爪接触容器1时，压电换能器51的共振频率受容器1内液体的晃动情况发生偏移，由防晃控制器6实时跟踪记录该频率信号。

综上，本发明的实施例提供一种能够在线检测液体晃动的机器人，通过其末端执行器获取的晃动反馈信息来实时调整运动轨迹，以降低或抑制液体晃动，从而实现对开口容器内液体进行平稳、快速、多样、立体式输送的目的。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液体防晃机器人，其特征在于，包括机器人本体、机械手、若干个传感装置以及防晃控制器；所述机械手连接于所述机器人本体上，所述传感装置设于所述机械手上；所述传感装置与所述防晃控制器信号连接，所述传感装置包括压电换能器，用于检测液体晃动信号；所述防晃控制器与所述机器人本体信号连接，用于发出抑制晃动控制信号来修正所述机器人本体的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述机械手包括末端夹爪，所述末端夹爪包括两个以上机械手指，所述机械手指的表面依次覆盖有刚体结构层以及软体结构层。

3.根据权利要求2所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述压电换能器包括：

超声模式电路，与所述防晃控制器信号连接，用于通过超声波来检测液体晃动信号；

和/或共振模式电路，与所述防晃控制器信号连接，用于通过所述压电换能器的共振频率变化来检测液体晃动信号。

4.根据权利要求3所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述传感装置还包括图像拍摄装置，用于实时采集运输容器中液体的图像信息。

5.根据权利要求4所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述传感装置嵌设于所述软体结构层中。

6.根据权利要求1或5所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述机器人本体为串联机器人或并联机器人。

7.一种液体防晃机器人的控制方法，所述液体防晃机器人为如权利要求1-6任一项所述的液体防晃机器人，其特征在于，所述方法包括：

步骤A：所述防晃控制器接收所述压电换能器发出的液体晃动信号；

步骤C:所述防晃控制器对液体晃动信息进行处理，并结合液体动态模型计算出液体晃动状态反馈信号；

步骤D：所述防晃控制器基于所述液体晃动状态反馈信号生成抑制晃动控制信号；

步骤E：所述防晃控制器将所述抑制晃动控制信号发送给所述机器人本体。

8.根据权利要求7所述的液体防晃机器人的控制方法，其特征在于，在步骤C之前，所述方法还包括：

步骤B：所述防晃控制器接收所述图像拍摄装置发出的液体图像信息；

步骤C中的液体晃动信息包括所述液体晃动信号以及所述液体图像信息。

9.根据权利要求8所述的液体防晃机器人的控制方法，其特征在于，在步骤A之前，所述方法还包括：

所述防晃控制器发送高频正弦信号加载到所述压电换能器；

所述压电换能器向液体发出超声波；

在超声波经液体反射后，所述压电换能器接收反射波并发送给所述防晃控制器。

10.根据权利要求8所述的液体防晃机器人的控制方法，其特征在于，在步骤A之前，所述方法还包括：

所述防晃控制器产生特定频率的电压信号、加载到所述压电换能器；

所述压电换能器发生共振；

当所述机械手接触容器时，所述压电换能器的共振频率受到容器内液体晃动影响而发生偏移，所述防晃控制器跟踪记录该频率偏移信号。

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