CN114229451A - 一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法 - Google Patents

一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法，包括：多自由度机械臂抓取目标物并缓慢抬起，直至夹持装置上的力和力矩传感器测得的垂直方向的力不变为止，判断测得的垂直方向的力是否小于设定的阈值，若小于设定的阈值，则此时抓取预判成功，否则通过调整多自由度机械臂的抓取位姿，直至垂直方向的力小于设定的阈值；采用DTW算法通过不断调整多自由度机械臂抓取货物的位姿直至将目标物放入指定的托盘中，记录抓取过程的多轴力和力矩曲线。本发明能够显著提高物流自动化领域机器人抓取智能调控效率，且提高抓取成功率。

Description

一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法
技术领域
本发明涉及物流自动化技术领域，具体来说，涉及一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法。
背景技术
当今世界，随着机器人技术的高速发展，机器人技术的最新成果正在大规模的应用于物流领域，以自动导引车（AGV）和多自由度机器人为代表的机器人技术应用于物流领域货物的运输、搬运等过程，机器人在物流领域的占有率越来越成为物流自动化、智能化水平的标志。从企业层面来说，机器人公司正在致力于实现更好的效率和低成本，同时物流公司正在享受更好的体验与舒适性。但是机器人在物流自动化领域中也遇到不少问题，如何提高机器人抓取的成功率，以防止可能造成整个抓取系统的不稳定问题；如何识别抓取过程中的掉落动作并采取防掉落措施，避免因掉落碰撞带来的经济损失，这些是机器人在物流领域急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法，以克服现有技术中存在的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法，所述方法包括以下步骤：
多自由度机械臂抓取目标物并缓慢抬起，直至夹持装置上的力和力矩传感器测得的垂直方向的力不变为止，判断测得的垂直方向的力是否小于设定的阈值，若小于设定的阈值，则此时抓取预判成功，否则通过调整多自由度机械臂的抓取位姿，直至垂直方向的力小于设定的阈值；
采用DTW算法通过不断调整多自由度机械臂抓取货物的位姿直至将目标物放入指定的托盘中，记录抓取过程的多轴力和力矩曲线。
本发明的有益效果：本发明能够显著提高物流自动化领域机器人抓取智能调控效率，且提高抓取成功率。
附图说明
图1是本发明实施例所述多自由度机械臂结构示意图；
图2是本发明实施例所述方法的应用示意图；
图3是本发明实施例所述方法的流程图。
具体实施方式
下面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。
如图1所示，基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测装置主要由多自由度机械臂3、力和力矩传感器1和夹持装置2组成。力和力矩传感器1固定在多自由度机械臂末端，并且可以随着机械臂末端位姿的变化而变化，和力矩传感器和夹持装置固定连接。在多自由度机械臂处于某一状态时，位于其末端的力和力矩传感器可以检测夹持装置引起的多轴力和力矩，并且可以持续检测多轴力和力矩曲线。
如图2所示，基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控系统主要由基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法和相应的硬件组成，并在此描述了它们的空间布局关系。其中硬件主要包括多自由度机械臂、货物托盘和传送带，多自由度机械臂具有一定的可达范围，在此可达范围内机械臂可以以某种姿态到达该区域内的任一点，可达范围将覆盖货物托盘和传送带的机械臂抓取区域。同时多自由度机械臂分别与货物托盘和传送带在空间上相邻。
如图3所示为基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法的总体流程图。基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法主要作用是将根据抓取成功概率来智能的采取防止货物掉落的措施，确保多自由度机械臂可以成功将货物从传动带搬运到货物托盘上。基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法的总体流程图主要包括以下步骤：
（1）多设备初始化并待机。包括传送带和多自由度机械臂的运动学、力和力矩传感器、标准抓取过程的多轴力和力矩曲线和预判的抓取成功率的初始化设置以及包括网络状况、各设备自身状态的检查，设备初始化后处于待机状态。
（2）传送带开始运输货物。
（3）货物到达机械臂可抓取的区域。
（4）预判此次抓取能否成功并适时采取改变抓取位姿的调整措施。假定需要抓取的物体重力为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，抓取装置的重力为
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。多自由度机械臂对物体进行试抓取，多自由度机械臂抓取物体后逐渐上升一小段距离，直到力和力矩传感器测量的垂直方向力F不变，如果F满足此条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，则此次抓取预判成功，否则通过调整多自由度机械臂的抓取位姿，直到满足此条件：
Figure 141354DEST_PATH_IMAGE006
。
（5）多轴机械臂通过不断调整抓取货物的位姿直到将其放入指定的托盘中。DTW是一种时间序列相似度计算方法，相比于计算两段时间序列的欧氏距离，DTW更加精确而且不受时间序列长度的限制，即可以准确识别出一段时间序列的一部分和本身时间序列的相似度。多轴机械臂抓取货物至指定托盘过程中，通过计算抓取货物掉落的可能性P:
P = DTW（标准抓取过程的多轴力和力矩曲线，开始抓取到检测时的多轴力和力矩曲线）
如果货物掉落的可能性大于指定的阈值，则通过多自由度机械臂调整抓取位姿，直到货物被抓取到指定托盘中。否则货物将被成功抓取到指定托盘中。
（6）循环执行步骤（2~5），直至所有传送带上均无待运输的货物，结束此循环。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于多轴力和力矩的智能抓取防掉落检测调控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
多自由度机械臂抓取目标物并缓慢抬起，直至夹持装置上的力和力矩传感器测得的垂直方向的力不变为止，判断测得的垂直方向的力是否小于设定的阈值，若小于设定的阈值，则此时抓取预判成功，否则通过调整多自由度机械臂的抓取位姿，直至垂直方向的力小于设定的阈值；
采用DTW算法通过不断调整多自由度机械臂抓取货物的位姿直至将目标物放入指定的托盘中，记录抓取过程的多轴力和力矩曲线。
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