CN113524148A - 一种移动双臂柔性装配机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动双臂柔性装配机器人，属于智能装配领域，涉及机器人控制技术，用于解决传统的控制过程中存在转向轮和驱动轮运动过程中耦合导致严重的滑转以及滑移的问题，本发明抓取装置受操作控制器的控制，所述抓取装置包含若干柔性关节，所述操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度，进而变刚为柔，实现柔顺抓取，提高抓取装置对装配工件的形状以及尺寸的适应性。传感模块结合控制模块以及处理模块实现对装配工件的高精度、高可靠性识别以及三维定位。

Description

一种移动双臂柔性装配机器人

技术领域

本发明属于智能装配领域，涉及机器人控制技术，具体是一种移动双臂柔性装配机器人。

背景技术

众所周知，机器人的发展分为工业机器人和服务机器人。随着应用市场的逐步扩大，产品技术日趋成熟。工业机器人细分为工业机械臂、AGV/移动机器人、移动工业操作机器人、移动协作机器人等几个类别。

固定机械臂或由不同系统算法及固定机械臂+AGV的“移动协作”，对被叫作“移动协作机器人”的称谓多少有些差强人意。现有的固定双臂和移动单臂机器人，没有真正的“动”起来，“用”起来。

发明内容

本发明提供了一种移动双臂柔性装配机器人，用于解决传统的控制过程中存在转向轮和驱动轮运动过程中耦合导致严重的滑转以及滑移的问题、用于提高抓取装置对装配工件的形状以及尺寸的适应性、用于实现对装配工件的高精度、高可靠性识别以及三维定位。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种移动双臂柔性装配机器人，包括传感模块、驱动模块、控制模块以及处理模块；

所述传感模块与处理模块相连接，传感模块包括双目立体视觉传感器以及激光结构光视觉传感器；

所述驱动模块与控制模块相连接，驱动模块包括主动万向脚轮与抓取装置；所述主动万向脚轮用于实现机器人的主动行走，所述抓取装置用于实现机器人的柔顺抓取；

所述控制模块与处理模块相连接，所述处理模块用于结合传感模块实现对装配工件的识别以及定位。

进一步地，所述控制模块包括移动控制器以及操作控制器，所述主动万向脚轮受移动控制器的控制，所述抓取装置受操作控制器的控制。

进一步地，所述移动控制器或操作控制器控制主动万向脚轮或抓取装置时，控制的根据为处理模块处理后的信号。

进一步地，所述主动万向脚轮包括车轮以及轮架，所述轮架内部安装有车轮滚动轴，所述车轮安装在车轮滚动轴上，所述轮架上方安装有差速器，所述差速器与轮架通过轮架回转轴以及差速输出轴连接，所述差速输出轴内嵌在轮架回转轴的内部，所述差速器的两侧分别安装有驱动电机和转向电机；

所述转向电机用于驱动主动万向脚轮转向，所述驱动电机用于驱动主动万向脚轮前移或者后退。

进一步地，所述抓取装置包含若干柔性关节，所述操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度。

进一步地，所述传感模块包括双目立体视觉传感器以及激光结构光视觉传感器，所述双目立体视觉传感器包括左视觉传感器以及右视觉传感器。

进一步地，所述左视觉传感器以及右视觉传感器用于获取装配工件的图像，并将左视觉传感器以及右视觉传感器获取的图像分别标记为左图以及右图；

所述处理模块设定有标定标准；所述处理模块按照标定标准对左图以及右图进行极线校正，并进行图像立体匹配。

进一步地，所述图像立体匹配包括角点特征匹配和线特征匹配。

进一步地，所述处理模块设置有激光标定平面，所述激光结构光视觉传感器获取装配工件的视觉图像，并将视觉图像发送至处理模块；

处理模块结合激光标定平面与视觉图像完成激光结构光采集，并利用三角法实现坐标计算，所述处理模块进行信息特征级融合。

进一步地，所述信息特征级融合的过程包括以下步骤：

步骤一：处理模块获取结构光特征点以及双目视觉特征点；

步骤二：处理模块对结构光特征点进行分割，分割成为分割点云，并进行形状匹配以及候选区域的选择；

当确定为候选区域时，处理模块进行提取尺寸特征，同时处理模块结合双目视觉特征点提取颜色特征；

步骤三：处理器结合尺寸特征、颜色特征和物体特征数据库内的尺寸特征、颜色特征进行双重匹配；

当双重匹配成功时，表示识别目标物，处理器发送信号至控制模块，控制模块执行后续操作，完成装配工件定位。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中的转向电机用于驱动主动万向脚轮转向，所述驱动电机用于驱动主动万向脚轮前移或者后退；解决了传统的控制过程中存在转向轮和驱动轮运动过程中耦合导致严重的滑转以及滑移的问题。

2、本发明抓取装置受操作控制器的控制，所述抓取装置包含若干柔性关节，所述操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度，进而变刚为柔，实现柔顺抓取，提高抓取装置对装配工件的形状以及尺寸的适应性。

3、处理模块获取结构光特征点以及双目视觉特征点；处理模块对结构光特征点进行分割，分割成为分割点云，并进行形状匹配以及候选区域的选择；当确定为候选区域时，处理模块进行提取尺寸特征，同时处理模块结合双目视觉特征点提取颜色特征；处理器结合尺寸特征、颜色特征和物体特征数据库内的尺寸特征、颜色特征进行双重匹配；当双重匹配成功时，表示识别目标物，处理器发送信号至控制模块，控制模块执行后续操作，完成装配工件定位。传感模块结合控制模块以及处理模块实现对装配工件的高精度、高可靠性识别以及三维定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为本发明一种移动双臂柔性装配机器人的结构图；

图2为本发明中主动万向脚轮的结构图；

图3为本发明中信息特征级融合的流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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做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。

如图1所示，一种移动双臂柔性装配机器人，包括电源管理模块、传感模块、驱动模块、控制模块以及处理模块；

所述控制模块包括移动控制器以及操作控制器，所述移动控制器用于控制机器人进行移动，所述操作控制器用于控制机器人实现柔顺抓取；

所述驱动模块包括主动万向脚轮、抓取装置；所述主动万向脚轮用于实现机器人的主动行走，所述抓取装置用于实现机器人的柔顺抓取，且所述主动万向脚轮受移动控制器的控制，所述抓取装置受操作控制器的控制；

需要进行说明的是，所述移动控制器以及操作控制器控制主动万向脚轮或抓取装置时，控制的基础来源为处理模块处理后的信号；

需要说明的是，传统的驱动模块中控制装配机器人行走的为转向轮和驱动轮，在传统的控制过程中存在转向轮和驱动轮运动过程中耦合导致严重的滑转以及滑移的问题；

如图2所示，本发明中的主动万向脚轮包括车轮以及轮架，所述轮架内部安装有车轮滚动轴，所述车轮安装在车轮滚动轴上，所述轮架上方安装有差速器，所述差速器与轮架通过轮架回转轴以及差速输出轴连接，所述差速输出轴内嵌在轮架回转轴的内部，所述差速器的两侧分别安装有驱动电机和转向电机；

所述转向电机用于驱动主动万向脚轮转向，所述驱动电机用于驱动主动万向脚轮前移或者后退；

所述抓取装置受操作控制器的控制，所述抓取装置包含若干柔性关节，所述操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度，进而变刚为柔，实现柔顺抓取，提高抓取装置对装配工件的形状以及尺寸的适应性。

所述电源管理模块包括电源管理单元以及工作电源，所述电源管理单元用于对工作电源进行管理，所述工作电源用于为传感模块、驱动模块、控制模块以及处理模块进行供电。

所述传感模块包括双目立体视觉传感器以及激光结构光视觉传感器，所述传感模块结合控制模块以及处理模块实现对装配工件的高精度、高可靠性识别以及三维定位；

所述双目立体视觉传感器包括左视觉传感器以及右视觉传感器；

所述左视觉传感器以及右视觉传感器用于获取装配工件的图像，并将左视觉传感器以及右视觉传感器获取的图像分别标记为左图以及右图；

所述处理模块设定有标定标准；所述处理模块按照标定标准对左图以及右图进行极线校正，并进行图像立体匹配；

需要说明的是，所述图像立体匹配包括角点特征匹配和线特征匹配；

所述处理模块设置有激光标定平面，所述激光结构光视觉传感器获取装配工件的视觉图像，并将视觉图像发送至处理模块；

处理模块结合激光标定平面与视觉图像完成激光结构光采集，并利用三角法实现坐标计算；

所述处理模块进行信息特征级融合；

需要说明的是，如图3所示，所述信息特征级融合的过程包括以下步骤：

步骤一：处理模块获取结构光特征点以及双目视觉特征点；

步骤二：处理模块对结构光特征点进行分割，分割成为分割点云，并进行形状匹配以及候选区域的选择；

当确定为候选区域时，处理模块进行提取尺寸特征，同时处理模块结合双目视觉特征点提取颜色特征；

步骤三：处理器结合尺寸特征、颜色特征和物体特征数据库内的尺寸特征、颜色特征进行双重匹配；

当双重匹配成功时，表示识别目标物，处理器发送信号至控制模块，控制模块执行后续操作，完成装配工件定位。

需要说明的是，当确定为不是候选区域时，信息特征级融合结束。

需要说明的是，当双重匹配不成功时，表示未识别目标物，处理器发送重新采集信号至传感模块，激光结构光视觉传感器进行变换视角重新采集进而重新确定双目视觉特征点进行信息特征级融合。

本发明的工作原理：本发明中的主动万向脚轮包括车轮以及轮架，所述轮架内部安装有车轮滚动轴，所述车轮安装在车轮滚动轴上，所述轮架上方安装有差速器，所述差速器与轮架通过轮架回转轴以及差速输出轴连接，所述差速输出轴内嵌在轮架回转轴的内部，所述差速器的两侧分别安装有驱动电机和转向电机；所述转向电机用于驱动主动万向脚轮转向，所述驱动电机用于驱动主动万向脚轮前移或者后退；解决了传统的控制过程中存在转向轮和驱动轮运动过程中耦合导致严重的滑转以及滑移的问题。

本发明抓取装置受操作控制器的控制，所述抓取装置包含若干柔性关节，所述操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度，进而变刚为柔，实现柔顺抓取，提高抓取装置对装配工件的形状以及尺寸的适应性。

处理模块获取结构光特征点以及双目视觉特征点；处理模块对结构光特征点进行分割，分割成为分割点云，并进行形状匹配以及候选区域的选择；当确定为候选区域时，处理模块进行提取尺寸特征，同时处理模块结合双目视觉特征点提取颜色特征；处理器结合尺寸特征、颜色特征和物体特征数据库内的尺寸特征、颜色特征进行双重匹配；当双重匹配成功时，表示识别目标物，处理器发送信号至控制模块，控制模块执行后续操作，完成装配工件定位。传感模块结合控制模块以及处理模块实现对装配工件的高精度、高可靠性识别以及三维定位。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置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单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。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”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元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 (10)

1.一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，包括传感模块、驱动模块、控制模块以及处理模块；

所述传感模块与处理模块相连接，传感模块包括双目立体视觉传感器以及激光结构光视觉传感器；

所述驱动模块与控制模块相连接，驱动模块包括主动万向脚轮与抓取装置；所述主动万向脚轮用于实现机器人的主动行走，所述抓取装置用于实现机器人的柔顺抓取；

所述控制模块与处理模块相连接，所述处理模块用于结合传感模块实现对装配工件的识别以及定位。

2.根据权利要求1所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述控制模块包括移动控制器以及操作控制器，所述主动万向脚轮受移动控制器的控制，所述抓取装置受操作控制器的控制。

3.根据权利要求2所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述移动控制器或操作控制器控制主动万向脚轮或抓取装置时，控制的根据为处理模块处理后的信号。

4.根据权利要求1所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述主动万向脚轮包括车轮以及轮架，所述轮架内部安装有车轮滚动轴，所述车轮安装在车轮滚动轴上，所述轮架上方安装有差速器，所述差速器与轮架通过轮架回转轴以及差速输出轴连接，所述差速输出轴内嵌在轮架回转轴的内部，所述差速器的两侧分别安装有驱动电机和转向电机；

所述转向电机用于驱动主动万向脚轮转向，所述驱动电机用于驱动主动万向脚轮前移或者后退。

5.根据权利要求1所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述抓取装置包含若干柔性关节，操作控制器通过控制柔性关节的回转方向，改变抓取装置在开合方向的刚度。

6.根据权利要求1所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述传感模块包括双目立体视觉传感器以及激光结构光视觉传感器，所述双目立体视觉传感器包括左视觉传感器以及右视觉传感器。

7.根据权利要求6所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述左视觉传感器以及右视觉传感器用于获取装配工件的图像，并将左视觉传感器以及右视觉传感器获取的图像分别标记为左图以及右图；

所述处理模块设定有标定标准；所述处理模块按照标定标准对左图以及右图进行极线校正，并进行图像立体匹配。

8.根据权利要求7所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述图像立体匹配包括角点特征匹配和线特征匹配。

9.根据权利要求1所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述处理模块设置有激光标定平面，所述激光结构光视觉传感器获取装配工件的视觉图像，并将视觉图像发送至处理模块；

处理模块结合激光标定平面与视觉图像完成激光结构光采集，并利用三角法实现坐标计算，所述处理模块进行信息特征级融合。

10.根据权利要求9所述的一种移动双臂柔性装配机器人，其特征在于，所述信息特征级融合的过程包括以下步骤：

步骤一：处理模块获取结构光特征点以及双目视觉特征点；

步骤二：处理模块对结构光特征点进行分割，分割成为分割点云，并进行形状匹配以及候选区域的选择；

当确定为候选区域时，处理模块进行提取尺寸特征，同时处理模块结合双目视觉特征点提取颜色特征；

步骤三：处理器结合尺寸特征、颜色特征和物体特征数据库内的尺寸特征、颜色特征进行双重匹配；

当双重匹配成功时，表示识别目标物，处理器发送信号至控制模块，控制模块执行后续操作，完成装配工件定位。

Images