CN113524258B - 用于抓取点选取的测试装置及测试平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于抓取点选取的测试装置及测试平台，该测试装置包括框架单元，在框架单元两侧平行设有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，并且，在框架单元与第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间均设有压力获取单元，在框架单元上装设有图像获取单元，然后，第一透明板和第二透明板对称的分别设于第一抓取侧壁和第二抓取侧壁；这样，当手指在不同的抓取点抓取时，该测试装置能够获取对应不同抓取点的压力信息和滑移信息，特别是旋转滑移信息，然后，通过对上述信息的处理，可将其应用于机器人的抓取点选取策略；从而解决了没有针对人手在抓取物体时获取相关抓取点信息的测试装置的技术问题，实现了获取人手抓取信息的技术效果。

Description

用于抓取点选取的测试装置及测试平台

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于抓取点选取的测试装置及测试平台。

背景技术

目前，机器人的应用场景越来越多，例如在装配、搬运、焊接等场景中，机器人越来越多的被使用。在机器人的操作中，对物体的抓取是一种重要的功能，其能极大拓展机器人的应用场景，同时，在物体的抓取过程中，抓取点的选取对抓取结果影响较大，合适抓取点的选取是后续抓取操作的前提。

由于人手在抓取物体时，往往会根据一些信息选取最优的抓取点，因此，一种可能的预期是，参考人手的抓取控制策略并将其应用于机器人的抓取过程。

然而，现有技术中，还没有针对人手在抓取物体时获取相关抓取点信息的测试装置。

发明内容

本申请实施例提供了一种用于抓取点选取的测试装置及测试平台，该测试装置包括框架单元，在框架单元两侧平行设有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，并且，在框架单元与第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间均设有压力获取单元，在框架单元上装设有图像获取单元，然后，第一透明板和第二透明板对称的分别设于第一抓取侧壁和第二抓取侧壁；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁之间的压力信息，同时，该图像获取单元能够同时获取两个透明板的图像信息；也就是说，当手指在不同的抓取点抓取时，该测试装置能够获取对应不同抓取点的压力信息和滑移信息，特别是旋转滑移信息，然后，通过对上述信息的处理，可将其应用于机器人的抓取点选取策略；从而解决了没有针对人手在抓取物体时获取相关抓取点信息的测试装置的技术问题，实现了获取人手抓取信息的技术效果。

本申请实施例提供一种用于抓取点选取的测试装置，所述测试装置包括：

框架单元，在所述框架单元两侧平行设置有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，所述第一抓取侧壁包括第一透明板，所述第二抓取侧壁包括第二透明板；

图像获取单元，所述图像获取单元装设于所述框架单元，所述图像获取单元用于同时获取所述第一透明板和所述第二透明板的图像信息；

压力获取单元，所述压力获取单元装设于所述第一抓取侧壁和所述框架单元之间，以及所述压力获取单元装设于所述第二抓取侧壁和所述框架单元之间；

其中，所述第一透明板和所述第二透明板相对所述框架单元对称设置。

本公开实施例中，所述框架单元内部设有反射单元，所述反射单元在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间倾斜设置，所述反射单元具有第一反射镜面和第二反射镜面；

所述图像获取单元包括第一相机和第二相机，所述第一相机用于从所述第一反射镜面获取所述第一透明板的图像信息，所述第二相机用于从所述第二反射镜面获取所述第二透明板的图像信息。

本公开实施例中，所述反射单元在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间呈45度角倾斜设置。

本公开实施例中，所述第一相机和所述第二相机分别装设于所述框架单元的安装壁，所述安装壁同时与所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁垂直。

本公开实施例中，所述测试装置还包括空间定位单元，所述空间定位单元固接于所述框架单元。

本公开实施例中，所述测试装置还包括配重调节单元，所述配重调节单元装设于所述框架单元。

本公开实施例中，所述配重调节单元包括配重调节架和配重块，其中，在所述配重调节架两端设有连接座，所述连接座装设于所述框架单元；所述配重调节架上设有若干配重点，所述配重点用于装设所述配重块。

本公开实施例中，所述配重块通过磁铁装设于所述配重点。

本申请实施例还提供一种用于抓取点选取的测试平台，所述测试平台包括测试装置和信息采集计算装置，其中，所述测试装置为上述的测试装置，所述信息采集计算装置包括依次通信连接的电桥采集模块、A/D转换模块和中央处理器。

本公开实施例中，所述电桥采集模块与所述压力获取单元通信连接，所述A/D转换模块与所述空间定位单元通信连接，所述中央处理单元与所述图像获取单元通信连接。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中，该测试装置包括框架单元，在框架单元两侧平行设有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，并且，在框架单元与第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间均设有压力获取单元，在框架单元上装设有图像获取单元，然后，第一透明板和第二透明板对称的分别设于第一抓取侧壁和第二抓取侧壁；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁之间的压力信息，同时，该图像获取单元能够同时获取两个透明板的图像信息。

也就是说，当操作者在透明板上不同位置抓取时，可以对应不同的抓取点，该测试装置能够获取对应不同抓取点的压力信息和旋转滑移信息，通过对上述信息的处理分析，可以得到该物体的最佳抓取点和最佳压力，这就给机器人抓取点的选取提供帮助，即，有利于机器人抓取策略的实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中所述测试装置的结构示意图。

图2为本申请实施例中所述测试装置的内部结构示意图。

图3为本申请实施例中所述测试装置的使用状态示意图。

图4为本申请实施例中所述配重调节单元的结构示意图。

图5为本申请实施例中所述配重调节单元装设于所述框架单元的结构示意图。

图6为本申请实施例中所述测试平台的结构示意图。

其中，附图标记：

10-框架单元

11-第一抓取侧壁

12-第一透明板

13-安装壁

20-图像获取单元

21-第一相机

22-第二相机

30-反射单元

40-压力获取单元

50-空间定位单元

51-OptiTrack图像采集系统

60-配重调节单元

61-配重调节架

62-连接座

64-配重块

65-磁铁

70-电桥采集模块

80-A/D转换模块

90-中央处理模块

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本申请的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例性实施例的限制。

概述

机器人从上世纪出现至今，已经被广泛应用于工业自动化领域。随着社会发展需求，机器人必将从工业场所逐步走向人们的日常生活中。其中抓取，作为日常生活中最为基本而又重要的操作任务，是机器人所必须实现的功能。人手在抓取过程中展现出的强大抓取可靠性与适应性，是当前机械手所无法媲美的。为使机械手接近直至达到人手的抓取性能，需要对人手的抓取过程进行系统性的研究。

人手抓取按照操控的不同特点可被分成识别被抓物体、确定抓取位置点、抓取力调控以及掌中灵巧操控这四个过程。这四个过程是人手抓取稳定性与可靠性的关键，而且前一过程对后一过程的影响较大，所以按照顺序研究是必然选择。其中物体抓取点选取作为识别被抓物体后的下一步和抓取力调控的前一步，起到了重要的承上启下功能，对抓取结果有着决定性的影响作用。

研究表明，旋转滑移在人手抓取点选取过程中发挥着重要的作用，人手往往会选取手指与被抓物体之间旋转滑移最小处作为最优抓取位置点。目前针对人手抓取过程中物体抓取点选取测试平台尚未提出，缺少研究手段支撑。为了能够构建更为智能的物体抓取点选取原则，以提升机械手的抓取自学习和自适应能力，本发明期望设计一种探索人手抓取点选取机理测试平台，能够对人手的抓取点选取过程信息进行记录，包括手指相对于物体抓取点位置、手指与物体接触处滑移状态、手指抓取力，同时可以通过改变物体质量分布，系统地测试并揭示人手抓取点选取机理。

本申请实施例提供一种用于抓取点选取的测试装置，结合图1、图2所示，该测试装置包括框架单元、图像获取单元和压力获取单元，其中，在框架单元两侧平行设置有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，该第一抓取侧壁包括第一透明板，该第二抓取侧壁包括第二透明板；该图像获取单元装设于框架单元，图像获取单元用于同时获取该第一透明板和第二透明板的图像信息；该压力获取单元装设于第一抓取侧壁和框架单元之间，以及该压力获取单元装设于第二抓取侧壁和框架单元之间；其中，该第一透明板和第二透明板相对框架单元对称设置。

具体的，结合图1、2，该框架单元例如可为长方体结构，框架单元的两个侧壁分别为第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，然后在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁上分别设置第一透明板和第二透明板，能够理解，该第一透明板和第二透明板为透光板，例如可为透明玻璃、透明塑料，或者其它透光材料制成的透光板；也就是说，当图像获取单元例如位于框架内时，其能够获取两个透明板上手指的图像；然后，分别在第一抓取侧壁和框架单元、第二抓取侧壁合和框架之间设置压力获取单元，该压力获取单元例如可为压力传感器，这样，如图3所示，两个手指挤压两个抓取侧壁时，该压力传感器能够获取两个手指所施加的压力。

能够理解，该第一透明板和第二透明板可根据实际情况改变大小。

能够理解，由于手指抓取时，通常为相对框架单元对称，因此，该第一透明板和第二透明板相对框架单元对称设置。

此外，能够理解，相对手指大小，该透明板较大，这样，手指可在透明板上不同区域抓取，即，在框架单元的不同抓取点进行抓取操作，此时，该图像获取单元能够获取在不同抓取点的手指相对透明板的滑移，特别是旋转滑移，然后，结合压力信息，本实施例的测试装置可将上述两种信息获取，以便于计算处理获取最佳抓取点的抓取策略。

本申请实施例中，该测试装置包括框架单元，在框架单元两侧平行设有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，并且，在框架单元与第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间均设有压力获取单元，在框架单元上装设有图像获取单元，然后，第一透明板和第二透明板对称的分别设于第一抓取侧壁和第二抓取侧壁；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁之间的压力信息，同时，该图像获取单元能够同时获取两个透明板的图像信息。

也就是说，当操作者在透明板上不同位置抓取时，可以对应不同的抓取点，该测试装置能够获取对应不同抓取点的压力信息和旋转滑移信息，通过对上述信息的处理分析，可以得到该物体的最佳抓取点和最佳压力，这就给机器人抓取点的选取提供帮助，即，有利于机器人抓取策略的实现。

本实施例中，能够理解，该图像获取单元为图像记录装置、或视频记录装置，例如可为照相机、摄像机、摄像头等等；通过图像获取单元获取手指在抓取过程中的图像信息，然后通过分析不同帧图像中手指的位置差异，从而得到手指相对透明板或框架单元的滑移，其中，该滑移可为多种形式，例如为线性滑移、旋转滑移等。

本实施例中，能够理解，该压力获取单元为压力传感器，例如可为片式压力传感器、薄膜压力传感器等等。

一种可能实施方式中，该框架单元内部设有反射单元，该反射单元在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间倾斜设置，该反射单元具有第一反射镜面和第二反射镜面；该图像获取单元包括第一相机和第二相机，该第一相机用于从第一反射镜面获取第一透明板的图像信息，该第二相机用于从第二反射镜面获取第二透明板的图像信息。

具体的，结合图2所示，图2示出了该测试装置的内部结构，在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间倾斜设置反射单元，该反射单元例如可为双面反射镜，即具有第一反射镜面和第二反射镜面，然后，分别在框架单元的上端和下端设置第一相机和第二相机，利用反射原理，第一相机能够从第一反射镜面得到第一透明板的图像信息，第二相机能够从第二反射镜面得到第二透明板的图像信息。

本实施例中，通过利用简单的反射作用，两个相机能够同时得到第一抓取侧壁和第二抓取侧壁的图像信息，结构简单，易于实现。

一种可能实施方式中，该反射单元在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间呈45度角倾斜设置；然后，该第一相机和第二相机分别装设于框架单元的安装壁，该安装壁同时与第一抓取侧壁和第二抓取侧壁垂直。

具体的，结合图2所示，该安装壁可为框架单元的上壁或下壁，或者，该安装壁可位于框架单元内部，并且垂直于两个抓取侧壁。

一种可能实施方式中，测试装置还包括空间定位单元50，该空间定位单元50固接于框架单元10。

结合图1所示，在框架单元10两个侧端部设置空间定位单元50，其中，该空间定位单元能够对该框架单元的位置进行测定，这样，当操作者抓取框架单元移动时，可以定量测定框架单元的移动轨迹；能够理解，该移动轨迹可与上述的压力信息和滑移信息结合，然后通过对上述信息的处理分析，可以得到该物体的最佳抓取点和最佳压力，这就给机器人抓取点的选取提供帮助。

能够理解，该空间定位单元可为多种形式，例如，可为一种靶球，然后该靶球与外部的OptiTrack图像采集系统通信连接，该OptiTrack图像采集系统通过识别靶球上的特定标记信息确定靶球的位置信息。

一种可能实施方式中，该测试装置还包括配重调节单元，该配重调节单元装设于框架单元。

具体的，该配重调节单元包括配重调节架和配重块，其中，在配重调节架两端设有连接座，该连接座装设于框架单元；该配重调节架上设有若干配重点，该配重点用于装设配重块；其中，配重块通过磁铁装设于该配重点。

例如结合图4，在配重调节架两端设置连接座，该连接座用于装设在框架单元，如图5所示；然后，返回图4，该配重调节架上设有若干配重点，配重点的数量和间距根据实际情况确定，然后通过将配重块固定在不同的配重点，或者，在同一配重点设置不同数量的配重块，可调整框架单元的中心位置，从而能够使该测试装置测试不同重心物体的抓取点信息。

一种便于实施方式为，在配重点装设磁铁，然后配重块吸附在磁铁上，并且，不同配重块之间同样通过磁铁吸附。

本申请实施例还提供一种用于抓取点选取的测试平台，该测试平台包括测试装置和信息采集计算装置，其中，该测试装置为上述的测试装置，该信息采集计算装置包括依次通信连接的电桥采集模块、A/D转换模块和中央处理器；其中，该电桥采集模块与压力获取单元通信连接，该A/D转换模块与空间定位单元通信连接，该中央处理单元与图像获取单元通信连接。

具体的，结合图6，手指对测试装置施加的正压力作用在两个透明板上，经两个抓取侧壁传递后作用在位于抓取侧壁和框架单元之间的压力传感器上，由其转化为模拟电信号，并通过电桥采集模块放大，而后被A/D采集模块转化为数字电信号，被中央处理器采集；拇指和食指与两个透明板之间的接触区域通过斜45°放置的反射单元反射，被内置于框架单元中的相机拍摄到，并将图片实时传送至中央处理器中，通过分析不同帧图片中手指中的位置差异，从而得到手指与测量块之间的相对滑移；在空间中布置的OptiTrack图像采集系统可在测试人员操作的过程中对分布在框架单元上的靶球进行位置识别，通过对靶球的位置进行分析计算，即可得到框架单元在空间中的位置分布，此信息也会传递至中央处理器中。

能够理解，上述实施例中，该第一透明板可通过胶结法固定于镂空的第一抓取侧壁，该第二透明板可通过胶结法固定于镂空的第二抓取侧壁；第一抓取侧壁和第二抓取侧壁可通过安装孔与框架单元固定连接；

能够理解，上述实施例中，该测试装置结构形式紧凑，整体体积小，重量轻，可满足人手抓取能力；该测试装置可以精确测量人手两指抓取过程中对框架单元施加的正压力，同时能够定量测量抓取点与框架单元之间的相对位置，以及手指相对于框架单元的旋转滑移，可用于定量分析人手的物体抓取点选取控制策略；该测试装置还具有加载模块，可通过在不同位置放置配重块的方式来改变被抓物体重心，进一步探究人手在面对不同情况下的抓取策略，且采用磁铁吸附的方式，拆装快速方便。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于抓取点选取的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：

框架单元，在所述框架单元两侧平行设置有第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，所述第一抓取侧壁包括第一透明板，所述第二抓取侧壁包括第二透明板；

图像获取单元，所述图像获取单元装设于所述框架单元，所述图像获取单元用于同时获取所述第一透明板和所述第二透明板的图像信息；

压力获取单元，所述压力获取单元装设于所述第一抓取侧壁和所述框架单元之间，以及所述压力获取单元装设于所述第二抓取侧壁和所述框架单元之间；

其中，所述第一透明板和所述第二透明板相对所述框架单元对称设置。

2.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述框架单元内部设有反射单元，所述反射单元在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间倾斜设置，所述反射单元具有第一反射镜面和第二反射镜面；

所述图像获取单元包括第一相机和第二相机，所述第一相机用于从所述第一反射镜面获取所述第一透明板的图像信息，所述第二相机用于从所述第二反射镜面获取所述第二透明板的图像信息。

3.根据权利要求2所述的测试装置，其特征在于，所述反射单元在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间呈45度角倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的测试装置，其特征在于，所述第一相机和所述第二相机分别装设于所述框架单元的安装壁，所述安装壁同时与所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁垂直。

5.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括空间定位单元，所述空间定位单元固接于所述框架单元。

6.根据权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试装置还包括配重调节单元，所述配重调节单元装设于所述框架单元。

7.根据权利要求6所述的测试装置，其特征在于，所述配重调节单元包括配重调节架和配重块，其中，在所述配重调节架两端设有连接座，所述连接座装设于所述框架单元；所述配重调节架上设有若干配重点，所述配重点用于装设所述配重块。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述配重块通过磁铁装设于所述配重点。

9.一种用于抓取点选取的测试平台，其特征在于，所述测试平台包括测试装置和信息采集计算装置，其中，所述测试装置为权利要求1～8中任一项所述的测试装置，所述信息采集计算装置包括依次通信连接的电桥采集模块、A/D转换模块和中央处理器。

10.根据权利要求9所述测试平台，其特征在于，所述测试装置还包括空间定位单元，所述空间定位单元固接于所述框架单元；所述电桥采集模块与所述压力获取单元通信连接，所述A/D转换模块与所述空间定位单元通信连接，所述中央处理器与所述图像获取单元通信连接。

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