CN114589720B - 一种自动识别和定位档案的智能手爪、方法及机器人 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种自动识别和定位档案的智能手爪、方法及机器人，根据采集的档案背脊的图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案，提取档案盒边沿，计算移动夹爪相对于档案盒的偏移方向；获取各距离检测传感器的检测数值，控制所述机械臂与所述移动夹爪运动，调整所述移动夹爪的位置和姿态。本公开采用相机和多个距离传感器检测手爪与档案的横向位置和角度偏差，并通过手爪的移动进行调整，确保手爪始终正对所要抓取的档案。

Description

一种自动识别和定位档案的智能手爪、方法及机器人

技术领域

本公开属于自动化及制造领域，具体涉及一种自动识别和定位档案的智能手爪、方法及机器人。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

档案是人们在各项社会活动中直接形成的各种形式的具有保存价值的原始记录。随着社会的发展，信息量以指数级增长，档案数量也与日俱增，档案归档、存取、查阅的工作量日益加大。然而目前以上工作仍然主要通过人工进行，工作枯燥、工作量大、效率低且容易出错。

近年来，随着机器人技术的高速发展，一些轮式机器人逐渐应用到档案调取工作中，这类机器人一般通过机械臂和机械手对档案进行抓取，能够减轻档案管理员的劳动强度，提高工作效率，提升档案馆的智能化水平，具有较强的推广应用价值。

然而据发明人了解，由于机器人一般采用地面标识或激光等技术进行定位，在实际应用过程中，机器人自身定位存在一定位置和姿态的误差，使得机械手无法对准档案，导致抓取失败甚至会损坏档案，严重影响了档案抓取机器人的实用性，急需进行解决。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种自动识别和定位档案的智能手爪、方法及机器人，本公开采用相机和多个距离传感器检测手爪与档案的横向位置和角度偏差，并通过手爪的移动进行调整，确保手爪始终正对所要抓取的档案。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种自动识别和定位档案的智能手爪，包括移动夹爪、机械臂、图像采集模块、控制器以及至少两个距离检测传感器，其中：

所述机械臂与所述移动夹爪可转动连接，且所述移动夹爪可进行三维移动；

所述移动夹爪包含两个侧面爪片和一个底部爪片，两个侧面爪片能够相对运动，底部爪片位于所述侧面爪片下端，能够上下移动；

所述图像采集模块设置于所述移动夹爪上，采集图片；

所述距离检测传感器水平设置于所述移动夹爪上；

所述控制器，被配置为根据采集的档案背脊的图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案，提取档案盒边沿，计算移动夹爪相对于档案盒的偏移方向；获取各距离检测传感器的检测数值，控制所述机械臂与所述移动夹爪运动，调整所述移动夹爪的位置和姿态。

作为可选择的实施方式，所述侧面爪片设置有压力传感器。能够对夹持档案的力度进行检测，防止压坏档案。

作为可选择的实施方式，所述机械臂包括水平旋转机构、横向平移机构和纵向伸缩机构，其中，所述移动夹爪通过水平旋转机构设置于横向平移机构上，所述横向平移机构与纵向伸缩机构连接。

作为可选择的实施方式，所述水平旋转机构通过第一驱动件驱动移动夹爪整体水平旋转，从而对机器人本身定位的姿态误差进行补偿，使得移动夹爪严格正对档案。

作为可选择的实施方式，所述横向平移机构，通过第二驱动件带动移动夹爪整体平行于档案背脊横向平移，从而对机器人本身定位的位置误差进行补偿，使得移动夹爪与档案边沿严格对齐。

作为可选择的实施方式，所述纵向伸缩机构通过第三驱动件带动移动夹爪整体垂直于档案背脊纵向伸缩，从而使得移动夹爪能够接近档案。

所述横向平移机构、纵向伸缩机构为同步带或者丝杠结构、移动导轨等。

作为可选择的实施方式，所述图像采集模块设置于所述移动夹爪的中心线位置上。放置于该位置，能够更好的通过检测档案盒边沿计算档案和中心与图像中心的偏移距离，从而判断手爪相对于档案盒的位置偏移方向。

作为可选择的实施方式，所述距离检测传感器为两个，且两个距离检测传感器之间的距离与档案盒的宽度之间的差值，小于设定值。

作为可选择的实施方式，所述距离检测传感器为三个，且三个距离检测传感器之间等距离安装，相邻两个距离检测传感器之间的距离小于档案盒标准宽度的一半。

作为可选择的实施方式，所述距离检测传感器为五个，第一、第二传感器和第四、第五传感器沿第三传感器对称安装，第一传感器和第三传感器之间的间距大于两个档案盒标准间距的一半；传感器和第三传感器之间的间距小于两个档案盒标准间距的一半。

一种机器人，包括上述智能手爪。

上述手爪的作业方法，控制移动夹爪到达档案柜处，根据采集的档案背脊的图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案盒，如果是，则提取档案盒边沿，计算移动夹爪相对于所述档案盒的偏移方向，根据各距离检测传感器的检测数值，判断移动夹爪相对于档案盒背脊表面的姿态偏角，控制所述机械臂与所述移动夹爪运动，调整所述移动夹爪的位置和姿态，使其正对所述档案盒，进行抓取动作。

作为可选择的实施方式，当所述距离检测传感器采集的与所述档案盒的距离值的差值小于设置阈值时，则认为所述移动夹爪的姿态不用调整。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开创新的提出一种档案机器人自动识别和定位技术，研制了档案机器人智能手爪，手抓包含三个方向的爪片，可以实现档案盒的完整抓取。两个侧面爪片设置有压力传感器，能够对夹持档案的力度进行检测，防止压坏档案，底部爪片托起档案，保证抓取和搬运过程中档案盒的稳定。

本公开采用图像采集模块和多个距离传感器检测手爪与档案的横向位置和角度偏差，并通过手爪的移动进行调整，确保手爪始终正对所要抓取的档案；根据采集的档案背脊图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案盒，根据多个距离传感器检测手爪与档案的横向位置和角度偏差，进行手抓相对位置调整，确保手爪始终正对所要抓取的档案。

本公开提出的档案机器人的两个侧面爪片设置有压力传感器，能够对夹持档案的力度进行检测，防止压坏档案，底部爪片能够上下移动，从而可以托起档案，使档案底面离开档案仓，保证抓取和搬运过程中档案盒的稳定。

本公开提出的档案机器人通过水平旋转机构、横向平移机构和纵向伸缩机构的配合，实现抓取手爪三维可运动，且具有转动自由度，能够灵活调整移动夹爪的位置和姿态。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的移动夹爪的俯视图；

图2是本公开的移动夹爪的侧视图；

图3是本公开的移动夹爪与档案盒平行的位置示意图；

图4是本公开的移动夹爪姿态调整示意图。

其中，1、底部爪片，2、侧面爪片，3、移动夹爪，4、水平旋转机构，5、横向平移机构，6、纵向伸缩机构，7、微型相机，8、压力传感器，9、距离传感器，10、档案盒，11、隔断。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

实施例一

如图1所示，一种档案智能定位抓取手爪，包括移动夹爪3、水平旋转机构4、横向平移机构5、纵向伸缩机构6、微型相机7以及多个距离检测传感器。

其中，移动夹爪3包含两个侧面爪片2和一个底部爪片1。两个侧面爪片2通过电机控制相对运动，使手爪能够抓紧档案。两个侧面爪片2设置有压力传感器8，能够对夹持档案的力度进行检测，防止压坏档案。

底部爪片1能够上下移动，从而可以托起档案，使档案底面离开档案仓。

水平旋转机构4通过电机驱动移动夹爪3整体水平旋转，从而对机器人本身定位的姿态误差进行补偿，使得移动夹爪3严格正对档案。

横向平移机构5采用同步带或者丝杠结构，能够带动移动夹爪3整体平行于档案背脊横向平移，从而对机器人本身定位的位置误差进行补偿，使得移动夹爪3与档案边沿严格对齐。

纵向伸缩机构6采用同步带或丝杠结构，能够带动移动夹爪3整体垂直于档案背脊纵向伸缩，从而使得移动夹爪3能够接近档案。

当然，在其他实施例中，水平旋转机构4、横向平移机构5或纵向伸缩机构6可以替换为现有旋转或移动机构。只要能够是手爪三维位置可调，且具有一定的转动自由度即可。

如图2所示，移动夹爪3具有一基座，侧面爪片2和底部爪片1均设置于所述基座上，且能够沿基座可移动。

在部分实施例中，基座上设置有导轨，导轨内设置可移动挡块，所述挡块上固定侧面爪片2或底部爪片1。

当然，在其他实施例中，侧面爪片2和底部爪片1可以采用其他机构设置在基座上，并沿基座可移动。

微型相机7安装在移动夹爪3上，在进行档案抓取之前首先拍摄档案背脊的图片，对档案背脊上的档案编号进行识别，以判断当前档案是否为要抓取的档案；通过检测档案盒10边沿计算档案和中心与图像中心的偏移距离，从而判断手爪相对于档案盒10的偏移方向。

微型相机7可以设置在移动夹爪3的中心位置，或者两个侧面爪片2的中间。

在本实施例中，如图3所示，距离传感器9为五个，均安装在移动夹爪3上，依次水平布设。

在部分实施例中，距离传感器9也设置在移动夹爪3的中心位置。保证测量的准确性。

微型相机7和距离传感器9不再侧面爪片2和底部爪片1的移动路径上各，或其设置位置不干扰侧面爪片2和底部爪片1的移动。

本实施例中，距离传感器9有五个，如图3所示，第一、第二传感器和第四、第五传感器等距安装，间距略大于两个档案盒10间距的一半；第二、第三传感器和第三、第四传感器之间等距安装，间距D略小于档案盒10宽度的一半。

其中第一、第五传感器用于检测两个档案盒10的间隔，第二、第四传感器用于检测档案盒10背脊边沿，第三传感器用于检测档案盒10背脊。

上述手爪的档案智能定位和抓取方法，包括手爪相对于档案盒10位置的校正和手爪相对于档案盒10姿态的校正，以及抓取。

手爪相对于档案盒10位置的校正方法如下：

以第三距离传感器9检测到的距离d3为基准，将其他传感器检测距离与d3距离相差1cm以内的标记为1，与d3距离相差大于1cm的标记为0。按照相机检测的手爪偏移方向通过横向平移机构5反向移动夹爪3，直到5个距离传感器9检测的状态依次为01110为止。

当然，在部分实施例中，1cm可以根据情况设置为其他阈值。

如图4所示，手爪相对于档案盒10姿态的校正方法如下：

首先通过第二、第三、第四距离传感器9检测到的距离，计算手爪相对于档案盒10背脊表面的姿态偏角：

然后控制手爪的水平旋转机构4反向转动θ角度，直到第二第三第四传感器检测到的距离相等为止。

上述校正过程可以由控制器执行。

实施例二：

与上述实施例不同之处在于，本实施例的距离传感器9只包括图3所示中的P2、P4两个距离传感器9，在姿态校正方法中，只要两个距离传感器9的检测值一致或基本一致即可。

实施例三：

与上述实施例不同之处在于，本实施例的距离传感器9只包括图3所示中的P2、P3、P4三个距离传感器9，在姿态校正方法中，三个距离传感器9的检测值一致或基本一致即可。

实施例四

一种机器人，包括上述实施例的手爪。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种自动识别和定位档案的智能手爪，其特征是：包括移动夹爪、机械臂、图像采集模块、控制器以及至少两个距离检测传感器，其中：

所述机械臂与所述移动夹爪可转动连接，且所述移动夹爪可进行三维移动；

所述移动夹爪包含两个侧面爪片和一个底部爪片，两个侧面爪片能够相对运动，底部爪片位于所述侧面爪片下端，能够上下移动；

所述图像采集模块设置于所述移动夹爪上，采集图片；

所述距离检测传感器水平设置于所述移动夹爪上；

所述控制器，被配置为根据采集的档案背脊的图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案，提取档案盒边沿，计算移动夹爪相对于档案盒的偏移方向；获取各距离检测传感器的检测数值，控制所述机械臂与所述移动夹爪运动，调整所述移动夹爪的位置和姿态；

所述侧面爪片设置有压力传感器；

所述移动夹爪的姿态调整的角度为：

其中，d₂为第二距离传感器检测到的距离，d₃为第三距离传感器检测到的距离，d₄为第四距离传感器检测到的距离，D为第二、第三传感器和第三、第四传感器之间安装间距；

所述距离检测传感器为五个，第一、第二传感器和第四、第五传感器沿第三传感器对称安装，第一传感器和第三传感器之间的间距大于两个档案盒标准间距的一半；第二传感器和第三传感器之间的间距小于两个档案盒标准间距的一半；

第一、第五传感器用于检测两个档案盒的间隔，第二、第四传感器用于检测档案盒背脊边沿，第三传感器用于检测档案盒背脊；

对手爪相对于档案盒的位置进行校正时，以第三距离传感器检测到的距离d3为基准，将其他传感器检测距离与d3距离相差1cm以内的标记为1，与d3距离相差大于1cm的标记为0，按照相机检测的手爪偏移方向通过横向平移机构反向移动夹爪，直到5个距离传感器检测的状态依次为01110为止。

2.如权利要求1所述的一种自动识别和定位档案的智能手爪，其特征是：所述机械臂包括水平旋转机构、横向平移机构和纵向伸缩机构，其中，所述移动夹爪通过水平旋转机构设置于横向平移机构上，所述横向平移机构与纵向伸缩机构连接。

3.如权利要求2所述的一种自动识别和定位档案的智能手爪，其特征是：所述水平旋转机构通过第一驱动件驱动移动夹爪整体水平旋转；

或，所述横向平移机构，通过第二驱动件带动移动夹爪整体平行于档案背脊横向平移。

4.如权利要求2所述的一种自动识别和定位档案的智能手爪，其特征是：所述纵向伸缩机构通过第三驱动件带动移动夹爪整体垂直于档案背脊纵向伸缩，从而使得移动夹爪能够接近档案。

5.如权利要求1所述的一种自动识别和定位档案的智能手爪，其特征是：所述图像采集模块设置于所述移动夹爪的中心线位置上。

6.一种机器人，其特征是：包括如权利要求1-5中任一项所述的智能手爪。

7.权利要求1-5中任一项所述的智能手爪的作业方法，其特征是：控制移动夹爪到达档案柜处，根据采集的档案背脊的图片，对档案编号进行识别，判断是否为需要抓取的档案盒，如果是，则提取档案盒边沿，计算移动夹爪相对于所述档案盒的偏移方向，根据各距离检测传感器的检测数值，判断移动夹爪相对于档案盒背脊表面的姿态偏角，控制所述机械臂与所述移动夹爪运动，调整所述移动夹爪的位置和姿态，使其正对所述档案盒，进行抓取动作。

8.如权利要求7所述的作业方法，其特征是：当所述距离检测传感器采集的与所述档案盒的距离值的差值小于设置阈值时，则认为所述移动夹爪的姿态不用调整。