CN113635307B - 一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人技术领域，尤其是一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统，针对现有技术中的机器人抓取物体时无法有效将物体底部托住的问题，现提出如下方案，其包括以下步骤：S1、通过视觉定位装置对目标物体进行测量，以确定目标物体的位置；S2、确定目标物体位置后，通过上位机启动机械臂，实现对目标物体的抓取；S3、物体抓取后，将目标物体上抬，并同时将目标物体的底部托住。本发明结构合理，不仅可以准确方便的将目标物体抓取住，而且可以在将目标物体抓取之后利用托板将目标物体的底部托住，还可以在将目标物体放下之前将托板转移到偏离目标物体正下方的位置，从而可以顺利将目标物体放下，易于推广使用。

Description

一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统。

背景技术

目前，工业机器人的使用在现有生活中已经比较常见，常见的就是将机器人用于在工业生产上对产品进行抓取，通过将视觉系统运用在机器人方面，可以有效提高机器人在使用过程中的抓取精度，目前，常见的视觉测量技术为立体视觉方式有双目视觉和激光线扫描技术，这两种技术方案都可以有效对机器人进行定位，从而给保证抓取时的精准度。

但是，现有技术中的机器人在抓取物体的时候，常常利用夹具将物体抓取后没办法立即将物体底部托住，从而使得在转移的过程中，容易出现物体打滑掉落的情况，为此，本方案提出了一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统。

发明内容

本发明提出的一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统，解决了现有技术中的机器人抓取物体时无法有效将物体底部托住的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法，包括以下步骤：

S1、通过视觉定位装置对目标物体进行测量，以确定目标物体的位置；

S2、确定目标物体位置后，通过上位机启动机械臂，实现对目标物体的抓取；

S3、物体抓取后，将目标物体上抬，并同时将目标物体的底部托住；

S4、将目标物体转移到目标地点，然后将目标物体放下。

一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，包括底座、安装在底座顶部的上位机和机械臂以及安装在机械臂上的抓取机构，所述上位机输出端与机械臂的输入端和抓取机构的输入端电连，所述抓取机构包括安装在机械臂上的顶板、安装在顶板底面的视觉定位装置和固定板以及活动安装在固定板上的安装板，所述安装板远离机械臂的一侧安装有夹具，所述抓取机构还包括安装在顶板底面的升降板以及安装在升降板底面的转轴，所述转轴的底面安装有底板，所述升降板底面安装有伸缩机构、以用于驱动安装板升降，所述转轴与安装板之间安装有联动组件，其中，当安装板上升的时，联动组件工作，从而驱动转轴转动，以使底板转动到夹具的正下方，安装板下降时，则底板转动到偏离夹具正下方的位置。

优选的，所述顶板底面安装有第一电动伸缩杆、以用于驱动升降板升降，所述固定板上开设有安装槽，所述升降板的一端延伸至安装槽内，所述升降板的底面安装有第二电动伸缩杆、以驱动安装板升降，所述夹具包括安装在安装板远离机械臂一侧外壁上的两个第三电动伸缩杆和安装在两个第三电动伸缩杆伸长端的夹板，两个第三电动伸缩杆伸长端相对。

优选的，所述联动组件包括安装在升降板底面的连接板、转动连接在连接板上的主动齿轮、铰接在主动齿轮一侧偏离圆心处位置上的连杆和套接在转轴外部的从动齿轮，所述安装板远离夹具的一侧开设有多个与主动齿轮啮合的齿槽，所述联动组件还包括铰接在连杆另一端的齿条，齿条与从动齿轮啮合。

优选的，所述升降板的底面固定有竖板，所述竖板位于齿条远离从动齿轮的一侧，齿条靠近竖板的一侧开设有限位槽，限位槽内滑接有限位块，且限位块和限位槽均为T形机构，所述限位块的一端延伸至限位槽外、并与竖板的外壁固接。

优选的，所述底板的顶部固定有连接套，连接套底部固定有第一弹簧，所述转轴的底部延伸至连接套内、并与第一弹簧的另一端固接，所述连接套的相对的两侧内壁上均开设有滑槽，转轴的两侧底部均固定有滑块，两个滑块的一端分别贯穿两个滑槽、并延伸至连接套外。

优选的，所述底板的顶部安装有托举组件，所述托举组件包括开设在底板顶部的收纳槽和设置在底板顶面的托板，所述收纳槽内滑接有移动块，所述托板的底面铰接有第一折叠杆和第二折叠杆，第一折叠杆的底部与移动块的顶部铰接，第二折叠杆的底部与收纳槽的底部铰接，所述底板上还安装有顶升组件，顶升组件与固定板相配合、以用于将托板向上顶升。

优选的，所述底板顶面开设有收纳孔，所述顶升组件包括活动设置在收纳孔内的伸缩柱、固定在固定板底面的压板和固定在移动块一侧的连接杆，所述压板的底面设有两个对称的斜面，且压板与伸缩柱相配合，所述伸缩柱的两侧外壁上均固定有缓冲柱，两个缓冲柱的底部均固定有第二弹簧，且两个第二弹簧的底部均与底板的顶面固接，伸缩柱的底部为直角三角形结构，伸缩柱的顶部为半球形结构，所述连接杆的一端延伸至收纳孔内、并固定有联动块，联动块的顶面为与伸缩柱底部相配合的斜面，所述连接杆的外部套设有第三弹簧，第三弹簧的一端与移动块的外壁固接，第三弹簧的另一端与收纳槽的内壁固接，其中，当伸缩柱下降联动块顶面抵接、以驱动联动块向靠近收纳槽一侧移动。

优选的，所述托板的底面固定有限位柱，所述底板的顶面开设有与限位柱吻合的限位孔，限位柱的底部插合在限位孔内。

本发明的有益效果：

1、通过视觉定位装置、机械臂和抓取机构之间的配合，可以准确的将目标物体抓取到。

2、通过抓取机构、联动组件和底板之间的配合，可以方便的在将目标物体抓取后，将底板转动到目标物体下方，从而将目标物体托住，避免了目标物体在转移过程中掉落。

3、通过顶升组件与联动组件之间的配合，可以方便在将底板转动到目标物体正下方的时候将托板向上抬起，从而使得托板可以与目标物体底部抵接，进而达到托住目标物体的目的。

本发明结构合理，不仅可以准确方便的将目标物体抓取住，而且可以在将目标物体抓取之后利用托板将目标物体的底部托住，还可以在将目标物体放下之前将托板转移到偏离目标物体正下方的位置，从而可以顺利将目标物体放下，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2为本发明的抓取机构抓取物体后的结构示意图。

图3为图2中A处的放大图。

图4为图2中B处的放大图。

图5为图1中夹板的右视图。

图6图1中齿轮和齿条的左视图。

图7为2中压块和伸缩柱的左视剖视图。

图中标号：1、底座；2、机械臂；3、顶板；4、固定板；5、视觉定位装置；6、第一电动伸缩杆；7、升降板；8、连接板；9、夹板；10、安装板；11、转轴；12、从动齿轮；13、主动齿轮；14、连接套；15、托板；16、底板；17、安装槽；18、第二电动伸缩杆；19、竖板；20、齿条；21、连杆；22、移动块；23、第一折叠杆；24、收纳槽；25、第二折叠杆；26、连接杆；27、限位柱；28、滑块；29、滑槽；30、收纳孔；31、压板；32、伸缩柱；33、联动块；34、第三电动伸缩杆；35、限位块；36、缓冲柱。

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。

参照图1-7，一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，包括底座1、安装在底座1顶部的上位机和机械臂2以及安装在机械臂2上的抓取机构，上位机输出端与机械臂2的输入端和抓取机构的输入端电连；

抓取机构包括安装在机械臂2上的顶板3、安装在顶板3底面的视觉定位装置5和固定板4以及活动安装在固定板4上的安装板10，定位装置5采用激光线扫描装置，安装板10远离机械臂2的一侧安装有夹具，夹具包括安装在安装板10远离机械臂2一侧外壁上的两个第三电动伸缩杆34和安装在两个第三电动伸缩杆34伸长端的夹板9，两个第三电动伸缩杆34伸长端相对，通过定位装置5获取到目标物体的位置信息后，启动机械臂和抓取机构，从而利用夹具将目标物体夹住；

顶板3底面安装有第一电动伸缩杆6、以用于驱动升降板7升降，固定板4上开设有安装槽17，第一电动伸缩杆6的伸长端与升降板7的顶面固接，升降板7的一端延伸至安装槽17内，升降板7的底面安装有第二电动伸缩杆18、以驱动安装板10升降，第二电动伸缩杆18的伸长端与安装板10的顶面固接，通过第一电动伸缩杆6的伸缩来带动整个抓取机构的升降，从而调节抓取机构的高度，而第二电动伸缩杆18则是可以用于调节夹具的高度，可以在将目标物体夹住后，将目标物体上移一定距离，从而配合联动组件工作；

抓取机构还包括安装在顶板3底面的升降板7以及安装在升降板7底面的转轴11，转轴11的底面安装有底板16，升降板7底面安装有伸缩机构、以用于驱动安装板10升降，转轴11与安装板10之间安装有联动组件，联动组件包括安装在升降板7底面的连接板8、转动连接在连接板8上的主动齿轮13、铰接在主动齿轮13一侧偏离圆心处位置上的连杆21和套接在转轴11外部的从动齿轮12，安装板10远离夹具的一侧开设有多个与主动齿轮13啮合的齿槽，联动组件还包括铰接在连杆21另一端的齿条20，齿条20与从动齿轮12啮合，其中，当安装板10上升的时，联动组件工作，装板10上升带动齿轮13转动，齿轮13转动进而通过连杆带动齿条20移动，进而可以驱动转轴11转动，转轴11转动从而使得底板16转动，当安装板10上移到设定位置时，底板16正好转动到目标物体的正下方，安装板10下降时，则底板16转动到偏离夹具正下方的位置，从而避免底板挡住夹具上目标物体的放下；

底板16的顶部安装有托举组件，托举组件包括开设在底板16顶部的收纳槽24和设置在底板16顶面的托板15，收纳槽24内滑接有移动块22，托板15的底面铰接有第一折叠杆23和第二折叠杆25，第一折叠杆23的底部与移动块22的顶部铰接，第二折叠杆25的底部与收纳槽24的底部铰接，底板16上还安装有顶升组件，顶升组件与固定板4相配合、以用于将托板15向上顶升，底板16顶面开设有收纳孔30，顶升组件包括活动设置在收纳孔30内的伸缩柱32、固定在固定板4底面的压板31和固定在移动块22一侧的连接杆26，压板31的底面设有两个对称的斜面，且压板31与伸缩柱32相配合，伸缩柱32的两侧外壁上均固定有缓冲柱36，两个缓冲柱36的底部均固定有第二弹簧，且两个第二弹簧的底部均与底板16的顶面固接，伸缩柱32的底部为直角三角形结构，伸缩柱32的顶部为半球形结构，连接杆26的一端延伸至收纳孔30内、并固定有联动块33，联动块33的顶面为与伸缩柱32底部相配合的斜面，连接杆26的外部套设有第三弹簧，第三弹簧的一端与移动块22的外壁固接，第三弹簧的另一端与收纳槽24的内壁固接，其中，当伸缩柱32下降联动块33顶面抵接、以驱动联动块33向靠近收纳槽24一侧移动，在底板16转动的同时顶升组件工作，伸缩柱32的顶部随着底板16的转动而转动，当伸缩柱32的顶部与压板31底面抵接时，会逐渐顺着压板31的底面滑动，从而使得伸缩柱32逐渐被下压，而在伸缩柱32下压的过程中会驱动联动块33向靠近收纳槽24的一侧移动，进而可以驱动移动块22向远离收纳孔30的方向移动，最终将托板15向上抬起，当底板16转动到目标物体正下方后，伸缩柱32下降到最低，托板15上升到设定高度，从而将目标物体底部托住，将伸缩柱32的顶部设置成半球形结构便于伸缩柱32顺着压板31底面滑动；

托板15的底面固定有限位柱27，底板16的顶面开设有与限位柱27吻合的限位孔，限位柱27的底部插合在限位孔内，限位柱27插合在限位孔内，可以保证托板15在升降的过程中不会发生歪斜；

升降板7的底面固定有竖板19，竖板19位于齿条20远离从动齿轮12的一侧，齿条20靠近竖板19的一侧开设有限位槽，限位槽内滑接有限位块35，且限位块35和限位槽均为T形机构，限位块35的一端延伸至限位槽外、并与竖板19的外壁固接，通过竖板、限位槽和限位块35的设置，使得齿条20可以在水平方向上往复移动；

底板16的顶部固定有连接套14，连接套14底部固定有第一弹簧，转轴11的底部延伸至连接套14内、并与第一弹簧的另一端固接，连接套14的相对的两侧内壁上均开设有滑槽29，转轴11的两侧底部均固定有滑块28，两个滑块28的一端分别贯穿两个滑槽29、并延伸至连接套14外，连接套14和第一弹簧的设置，使得底板16有一个缓冲的距离，当底板16触碰到物体的时候，可以向上收缩一定的距离，以保证夹具可以顺利将目标物体夹住，而滑块28和滑槽29的设置，使得滑块28抵接在滑槽29顶部的时候，底板16不会发生下移，从而保证托板15可以将目标物体托住。

一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法：包括以下步骤：

S1、通过视觉定位装置5对目标物体进行测量，以确定目标物体的位置；

S2、确定目标物体位置后，通过上位机启动机械臂2，实现对目标物体的抓取；

S3、物体抓取后，将目标物体上抬，并同时将底板16转动到目标物体的正下方，然后托板15再上升将目标物体的底部托住；

S4、将目标物体转移到目标地点，然后安装板10下移，底板16转动的过程中压板15逐渐下落，最终将底板16转动回初始位置，而托板15也重新回到初始高度，之后就可以将夹具松开，然后将目标物体放下。

工作原理：工作时，先启动视觉定位装置5，对目标物体的位置进行扫描定位，确定目标物体的位置之后，再通过上位机37启动机械臂2，机械臂2将夹具移动到目标物体附件，然后两个第三电动伸缩杆34收缩，使得两个夹板9将目标物体夹住，之后，第二电动伸缩杆18收缩，带动安装板10上升一定高度，从而使得联动组件开始工作，安装板10上升带动齿轮13转动，齿轮13转动进而通过连杆带动齿条20移动，进而可以驱动转轴11转动，转轴11转动从而使得底板16转动，当安装板10上移到设定位置时，底板16正好转动到目标物体的正下方，在底板16转动到目标物体正下方的时候，顶升组件工作，伸缩柱32的顶部随着底板16的转动，逐渐顺着压板31的底面滑动，从而使得伸缩柱32逐渐被下压，而在伸缩柱32下压的过程中会驱动联动块33向靠近收纳槽24的一侧移动，进而可以驱动移动块22向远离收纳孔30的方向移动，最终将托板15向上抬起，当底板16转动到目标物体正下方后，伸缩柱32下降到最低，托板15上升到设定高度，从而将目标物体底部托住；

在将目标物体放下后时，启动第二电动伸缩杆18先将安装板10下降到初始位置，安装板10下降的过程中，联动组件和顶升组件同时工作，从而使得在底板16转动的过程中压板15逐渐下落，最终将底板16转动回初始位置，而托板15也重新回到初始高度，之后就可以将夹具松开，然后将目标物体放下。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于激光视觉引导的机器人定位系统：其特征在于，包括底座(1)、安装在底座(1)顶部的上位机和机械臂(2)以及安装在机械臂(2)上的抓取机构，所述上位机(37)输出端与机械臂(2)的输入端和抓取机构的输入端电连，所述抓取机构包括安装在机械臂(2)上的顶板(3)、安装在顶板(3)底面的视觉定位装置(5)和固定板(4)以及活动安装在固定板(4)上的安装板(10)，所述安装板(10)远离机械臂(2)的一侧安装有夹具，所述抓取机构还包括安装在顶板(3)底面的升降板(7)以及安装在升降板(7)底面的转轴(11)，所述转轴(11)的底面安装有底板(16)，所述升降板(7)底面安装有伸缩机构、以用于驱动安装板(10)升降，所述转轴(11)与安装板(10)之间安装有联动组件，其中，当安装板(10)上升的时，联动组件工作，从而驱动转轴(11)转动，以使底板(16)转动到夹具的正下方，安装板(10)下降时，则底板(16)转动到偏离夹具正下方的位置；

采用如下方法：

S1、通过视觉定位装置(5)对目标物体进行测量，以确定目标物体的位置；

S2、确定目标物体位置后，通过上位机启动机械臂(2)，实现对目标物体的抓取；

S3、物体抓取后，将目标物体上抬，并同时将目标物体的底部托住；

S4、将目标物体转移到目标地点，然后将目标物体放下。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，其特征在于，所述顶板(3)底面安装有第一电动伸缩杆(6)、以用于驱动升降板(7)升降，所述固定板(4)上开设有安装槽(17)，所述升降板(7)的一端延伸至安装槽(17)内，所述升降板(7)的底面安装有第二电动伸缩杆(18)、以驱动安装板(10)升降，所述夹具包括安装在安装板(10)远离机械臂(2)一侧外壁上的两个第三电动伸缩杆(34)和安装在两个第三电动伸缩杆(34)伸长端的夹板(9)，两个第三电动伸缩杆(34)伸长端相对。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，其特征在于，所述联动组件包括安装在升降板(7)底面的连接板(8)、转动连接在连接板(8)上的主动齿轮(13)、铰接在主动齿轮(13)一侧偏离圆心处位置上的连杆(21)和套接在转轴(11)外部的从动齿轮(12)，所述安装板(10)远离夹具的一侧开设有多个与主动齿轮(13)啮合的齿槽，所述联动组件还包括铰接在连杆(21)另一端的齿条(20)，齿条(20)与从动齿轮(12)啮合。

4.根据权利要求3所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，其特征在于，所述升降板(7)的底面固定有竖板(19)，所述竖板(19)位于齿条(20)远离从动齿轮(12)的一侧，齿条(20)靠近竖板(19)的一侧开设有限位槽，限位槽内滑接有限位块(35)，且限位块(35)和限位槽均为T形机构，所述限位块(35)的一端延伸至限位槽外、并与竖板(19)的外壁固接。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，其特征在于，所述底板(16)的顶部固定有连接套(14)，连接套(14)底部固定有第一弹簧，所述转轴(11)的底部延伸至连接套(14)内、并与第一弹簧的另一端固接，所述连接套(14)的相对的两侧内壁上均开设有滑槽(29)，转轴(11)的两侧底部均固定有滑块(28)，两个滑块(28)的一端分别贯穿两个滑槽(29)、并延伸至连接套(14)外。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，其特征在于，所述底板(16)的顶部安装有托举组件，所述托举组件包括开设在底板(16)顶部的收纳槽(24)和设置在底板(16)顶面的托板(15)，所述收纳槽(24)内滑接有移动块(22)，所述托板(15)的底面铰接有第一折叠杆(23)和第二折叠杆(25)，第一折叠杆(23)的底部与移动块(22)的顶部铰接，第二折叠杆(25)的底部与收纳槽(24)的底部铰接，所述底板(16)上还安装有顶升组件，顶升组件与固定板(4)相配合、以用于将托板(15)向上顶升。

7.根据权利要求6所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，所述底板(16)顶面开设有收纳孔(30)，所述顶升组件包括活动设置在收纳孔(30)内的伸缩柱(32)、固定在固定板(4)底面的压板(31)和固定在移动块(22)一侧的连接杆(26)，所述压板(31)的底面设有两个对称的斜面，且压板(31)与伸缩柱(32)相配合，所述伸缩柱(32)的两侧外壁上均固定有缓冲柱(36)，两个缓冲柱(36)的底部均固定有第二弹簧，且两个第二弹簧的底部均与底板(16)的顶面固接，伸缩柱(32)的底部为直角三角形结构，伸缩柱(32)的顶部为半球形结构，所述连接杆(26)的一端延伸至收纳孔(30)内、并固定有联动块(33)，联动块(33)的顶面为与伸缩柱(32)底部相配合的斜面，所述连接杆(26)的外部套设有第三弹簧，第三弹簧的一端与移动块(22)的外壁固接，第三弹簧的另一端与收纳槽(24)的内壁固接，其中，当伸缩柱(32)下降联动块(33)顶面抵接、以驱动联动块(33)向靠近收纳槽(24)一侧移动。

8.根据权利要求7所述的一种基于激光视觉引导的机器人定位系统，所述托板(15)的底面固定有限位柱(27)，所述底板(16)的顶面开设有与限位柱(27)吻合的限位孔，限位柱(27)的底部插合在限位孔内。

Images