CN114310919B - 一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统及方法，本发明的系统包括安装于传送带上的Kinect摄像传感器单元采集到传送带上装有芯片的工装的图像信息，其将信息通过ZigBee无线模块传输给协作机器人抓取系统，协作机器人根据之前预设的规划路径，将装有芯片的工装抓取到三轴模组系统的平台上，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装运送置芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处，协作机器人再将工装抓取到下一流程的传送带上。本发明提供的协作机器人与模组的智能抓取控制系统，避免了由于位置的不精确性造成的检测误差，从而误导芯片的不良率增加。
Description
技术领域
本发明涉及机器人应用和运动控制技术领域，具体涉及一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统及方法。
背景技术
《中国制造2025》站在历史的新高度，从战略全局出发，明确提出了我国实施制造强国战略的第一个十年的行动计划，将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一，作为《中国制造2025》规划的一个重要组成部分，真正的实现祖国由制造大国向着制造强国的转变，机器人技术、智慧工厂为其提供了重要的依托和支撑。
在目前机器人抓取操作中，目标的精确定位是完成抓取的前提和保证。目前对目标定位、图像采集的视觉方案主要有单目视觉定位和双目视觉定位，但是两者都存在一定的缺陷：采用单目视觉进行定位，装有芯片的工装的图像深度信息容易丢失，定位精度会受到影响；而双目视觉定位的方案，对于有些缺乏纹理特征的待抓取物体，深度信息也难以准确获得，而且需要繁琐的计算过程。由于现在MEMS芯片越来越精密，尺寸越来越小，在测试环节对精度的要求尤其搞。机器人的手臂抓取装有芯片的工装到狭小的测试箱，由于空间、机器人精度和特有的奇异点的影响，放置的精度达不到要求，这对测试结果产生负面的影响，从而误导芯片的不良率会上升。
发明内容
针对现有实际应用中存在技术的缺陷，本发明提供一种抓取目标定位更准备的方法和足够确保放置精度足够高的系统。
为了实现上述的目的，本发明提供一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统及方法，包括安装于传送带上的Kinect摄像传感器单元、ZigBee无线模块单元、协作机器人抓取系统、三轴模组系统和光电传感器模块。
所述Kinect摄像传感器单元安装于车间传送带上，当传送带将需要检测的装有芯片的工装，传送到Kinect摄像传感器单元的工作范围，Kinect摄像传感器单元对场景进行信息采集，并通过Kinect摄像传感器单元内部芯片的双三次图像卷积算法的计算，获取装有芯片的工装的三轴坐标信息。
所述协作机器人抓取系统，是由六自由度的协作机器人和置于协作机器人末端-第六轴的电动夹爪通过ISO法兰相连接。协作机器人抓取系统根据ZigBee无线模块单元传输过来的三轴坐标信息，采用多坐标的插补和函数圆弧插补运动控制算法，将装有芯片的工装抓取到三轴模组系统的平台上。
所述的三轴模组系统，是由X轴的直线电机系统、Y轴的直线电机系统、Z轴的C5级精度滚珠丝杠系统、模组的工控系统组成。
所述的三轴模组系统安装于芯片检测仪器箱内，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装运送至芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处。所述的光电传感器模块安装在芯片检测仪器箱的出口处，协作机器人根据光电传感器模块传输过的信号，将装有芯片的工装抓取到下一流程的传送带上。
本发明所提供的一种抓取方法，采用上述的系统，包括以下步骤：
Kinect摄像传感器单元依靠自身的红外发射器和红外接收器，采集周围场景的深度信息，当传送带将需要检测的装有芯片的工装传送至Kinect摄像的工作范围，Kinect摄像机首先对采集的场景信息进行图像处理，然后通过Kinect摄像传感器单元内部芯片的计算，获取物体中心点空间坐标，也就是需要抓取装有芯片的工装的三轴坐标信息。
通过ZigBee无线模块单元，将Kinect摄像传感器单元获取的三轴坐标信息无线传输给协作机器人抓取系统。
协作机器人抓取系统根据ZigBee无线模块单元传输过来的装有芯片的工装的三轴坐标信息，还有传送带的传送速度，再根据之前预设的规划路径，将装有芯片的工装抓取到三轴模组系统的平台上同时协作机器人系统发一个开关量给三轴模组系统，表示装有芯片的工装已经放置在平台上。
三轴模组系统接收到协作机器人发过来的开关量信号，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装运送至芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，芯片检测仪器箱会发一个开关量信号给三轴模组系统，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处。
在三轴模组系统平台下方装有金属挡板，光电传感器模块安装在芯片检测仪器箱的出口处，当三轴模组系统平台的挡板遮住光电传感器模块的光信号，光电传感器模块会发一个开关量信号给协作机器人抓取系统，协作机器人再将工装抓取到下一流程的传送带上。
本发明的协作机器人与模组的智能抓取控制系统，通过采用Kinect摄像传感器单元进行图像深度采集，并经过内部芯片计算三轴坐标，这样可以精确定位工件的位置，这种方法能够可靠、实时和精确的定位工件，使得协作机器人抓取工件时，更加精确，且实时性更高。同时使用三轴模组系统在芯片检测仪器箱内将装有芯片的工件运送至芯片检测仪器箱，三轴模组系统的精度为um级的，这样提高了芯片检测仪器的检测精确性，降低了由于位置不精确而导致芯片的不良率。
附图说明
本说明书包括以下各项附图，具体如下：
图1是本发明系统的示意图；
图2是本发明中装有芯片的工装的结构示意图；
图3是本发明中Kinect摄像传感器单元结构示意图；
图4是本发明中协作机器人工作的程序流程图；
图5是本发明中三轴模组系统的结构示意图；
图6是本发明中ZigBee无线模块单元的软件设计框图；
图7是本发明中系统整体流程图；
图中各标记说明：1、传送带A；2、Kinect摄像传感器单元；3、装有芯片的工装；4、ZigBee无线模块单元；5、协作机器人；6、电动夹爪；7、芯片检测仪器箱；8、三轴模组系统；9、光电传感器模块；10、传送带B。
具体实施方式
为了让从事相关技术的工程师能够对本发明的方案、有点能够更透彻的理解，下面根据本发明的附图，详细阐述本发明的实施例子，进而对本发明的保护范围做进一步的明确。
从图1的示意图可以看出，本发明提供一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统，包括安装于传送带A1上的Kinect摄像传感器单元2、ZigBee无线模块单元4、协作机器人5、电动夹爪6、三轴模组系统8和光电传感器模块9。
所述Kinect摄像传感器单元2安装于车间传送带A1上，其示意图为图3，Kinect摄像传感器单元2的的结构为：中间是一个RGB摄像头，能够实时的传送彩色图像；左边为一个红外发射器，可以向周围发射红外激光；右边则为一个红外接收器，用以接收环境中的红外激光散斑，采集周围场景深度信息。
Kinect摄像传感器单元2的主要是采用了光编码技术，其原理大致为：根据环境中不同物体所呈现的散斑图案各不相同，利用随机衍射的激光散斑连续照射物体，采用红外接收器捕获到该散斑图案并对其进行处理，便可得到空间中该物体的具体深度值，通过内部芯片的差值计算可以得到精确的三维坐标。
ZigBee无线模块单元4的无线通讯模式具有极低功耗、高可靠性、低延时和网络容量大的特点，核心芯片采用的是CC2530。在ZigBee无线模块单元4中，各功能节点在完成Kinect摄像传感器单元2参数数据采集、执行控制、网络内部信息转发等一系列任务之后，整个ZigBee无线模块单元4的所有数据将转发至网关，通过对数据处理后，网关要将相关的数据信息发给协作机器人5的控制单元。
所述协作机器人5抓取系统，是由六自由度的协作机器人5和置于协作机器人5末端-第六轴的电动夹爪6通过ISO法兰相连接。
协作机器人5抓取系统根据ZigBee无线模块单元4传输过来的三轴坐标信息，采用多坐标的插补和函数圆弧插补运动控制算法，将装有芯片的工装3抓取到三轴模组系统的平台上。
所述的三轴模组系统8，是由X轴的直线电机系统、Y轴的直线电机系统、Z轴的C5级精度滚珠丝杠系统、模组的工控系统组成。所述的三轴模组系统安装于芯片检测仪器箱7内，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装3运送至芯片检测仪器箱7内的指定位置，检测完成后，三轴模组系统会将装有芯片的工装3送至芯片检测仪器箱7的出口处。所述的光电传感器模块9安装在芯片检测仪器箱7的出口处，协作机器人5根据光电传感器模块9传输过的信号，将装有芯片的工装3抓取到下一流程的传送带B10上。
本发明所提供的一种智能抓取方法，采用上述的系统，具体实施如下：
Kinect摄像传感器单元2依靠自身的红外发射器和红外接收器，采集周围场景的深度信息，当传送带A1将需要检测的装有芯片的工装3传送至Kinect摄像传感器单元2的工作范围，Kinect摄像传感器单元2首先对采集的场景信息进行图像处理，然后通过Kinect摄像传感器单元2内部芯片的计算，获取物体中心点空间坐标，也就是需要抓取装有芯片的工装3的三轴坐标信息。
在ZigBee无线模块单元4中，各功能节点在完成Kinect摄像传感器单元2参数数据采集、执行控制、网络内部信息转发等一系列任务之后，整个ZigBee无线模块单元4的所有数据将转发至网关，通过对数据处理后，网关要将相关的数据信息发给协作机器人5的控制单元。
协作机器人5抓取系统根据ZigBee无线模块单元4传输过来的装有芯片的工装3的三轴坐标信息，还有传送带A1的传送速度，再根据之前预设的规划路径，将装有芯片的工装3抓取到三轴模组系统8的平台上同时协作机器人5发一个开关量给三轴模组系统8，表示装有芯片的工装3已经放置在平台上。
三轴模组系统8接收到协作机器人5发过来的开关量信号，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装3运送至芯片检测仪器箱7内的指定位置，检测完成后，芯片检测仪器箱7会发一个开关量信号给三轴模组系统8，三轴模组系统会将装有芯片的工装3送至芯片检测仪器箱7的出口处。
在三轴模组系统8平台下方装有金属挡板，光电传感器模块9安装在芯片检测仪器箱7的出口处，当三轴模组系统8平台的挡板遮住光电传感器模块9的光信号，光电传感器模块9会发一个开关量信号给协作机器人5抓取系统，协作机器人5再将工装抓取到下一流程的传送带B10上。
本发明一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统及方法，能够明显提高了工件的定位精度，实时性更高，降低了由于位置不精确而导致芯片的不良率。
以上所述仅为本发明的一种实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术工程来说，可以根据说明有相关的改进。但相关的改进均在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于协作机器人与模组的智能抓取控制系统，其特征在于，包括Kinect摄像传感器单元、ZigBee无线模块单元、协作机器人抓取系统、三轴模组系统、光电传感器模块；
所述的Kinect摄像传感器单元安装于传送带上，当传送带将需要检测的装有芯片的工装，传送到Kinect摄像传感器单元的工作范围，Kinect摄像传感器单元对场景进行信息采集，并通过Kinect摄像传感器单元内部芯片的双三次图像卷积算法的计算，获取装有芯片的工装的三轴坐标信息，通过所述的ZigBee无线模块单元传输给所述的协作机器人抓取系统，所述的协作机器人根据之前预设的规划路径，将装有芯片的工装抓取到所述的三轴模组系统的平台上，所述的三轴模组系统安装于芯片检测仪器箱内，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装运送至芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处，光电传感器模块安装于芯片检测仪器箱的出口处，根据所述的光电传感器模块的输出信号，协作机器人再将工装抓取到下一流程的传送带上。
2.根据权利要求1所述的协作机器人与模组的智能抓取控制系统，其特征在于，所述协作机器人抓取系统，是由六自由度的协作机器人和置于协作机器人末端-第六轴的电动夹爪通过ISO法兰相连接；所述ZigBee无线模块单元，在Kinect摄像传感器单元和协作机器人抓取系统中各有一个；协作机器人抓取系统根据ZigBee无线模块单元传输过来的三轴坐标信息，采用多坐标的插补和函数圆弧插补运动控制算法，将装有芯片的工装抓取到三轴模组系统的平台上。
3.根据权利要求1所述的协作机器人与模组的智能抓取控制系统，其特征在于，所述的三轴模组系统，是由X轴的直线电机系统、Y轴的直线电机系统、Z轴的C5级精度滚珠丝杠系统、模组的工控系统组成；所述的三轴模组系统安装于芯片检测仪器箱内，三轴模组系统根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装运送至芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处；所述的光电传感器模块安装在芯片检测仪器箱的出口处，协作机器人根据光电传感器模块传输过的信号，将装有芯片的工装抓取到下一流程的传送带上。
4.一种基于协作机器人与模组的智能抓取方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一所述的抓取系统，包括以下步骤：
(1)Kinect摄像传感器单元依靠自身的红外发射器和红外接收器，采集周围场景的深度信息，当传送带将需要检测的装有芯片的工装，传送到Kinect摄像传感器单元的工作范围，Kinect摄像机首先对采集的场景信息进行图像处理，然后通过Kinect摄像传感器单元内部芯片的计算，获取物体中心点空间坐标，也就是需要抓取装有芯片的工装的三轴坐标信息；
(2)通过ZigBee无线模块单元，将Kinect摄像传感器单元获取的三轴坐标信息无线传输给协作机器人抓取系统；
(3)协作机器人抓取系统根据ZigBee无线模块单元传输过来的装有芯片的工装的三轴坐标信息，还有传送带的传送速度，再根据之前预设的规划路径，将装有芯片的工装抓取到三轴模组系统的平台上，同时协作机器人系统发一个开关量给三轴模组系统，表示装有芯片的工装已经放置在平台上；
(4)三轴模组系统接收到协作机器人发过来的开关量信号，三轴模组系统再根据预定的空间轨迹，将装有芯片的工装，运送到芯片检测仪器箱内的指定位置，检测完成后，芯片检测仪器箱会发一个开关量信号给三轴模组系统，三轴模组系统会将装有芯片的工装送至芯片检测仪器箱的出口处；
(5)在三轴模组系统平台下方装有金属挡板，光电传感器模块安装在芯片检测仪器箱的出口处，当三轴模组系统平台的挡板遮住光电传感器模块的光信号，光电传感器模块会发一个开关量信号给协作机器人抓取系统，协作机器人再将工装抓取到下一流程的传送带上。
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