CN117444986B - 一种不规则物体自动抓取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不规则物体自动抓取系统，涉及机器手控制技术领域，包括：智能设备模块：包括机器抓手单元和驱动所述机器抓手单元进行移动的驱动单元；数据采集模块：用于对待抓取的不规则物体的数据进行采集，且所述数据采集模块还包括前后、左右以及上方的摄像单元和相对应的照射单元；物体分析模块：用于识别物体形状，规划所述机器抓手单元的运动轨迹；通过设置有物体分析模块，可以快速获取得到待抓取的不规则物体表面情况，确定便于受力的抓取点，并且根据夹持点的位置选择最合适的机器抓手来进行配合，在抓取的过程中，避免多个机器抓手产生移动路径的干涉，在抓取的过程中，判断机器抓手是否到达合适的抓取位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种不规则物体自动抓取系统，更具体地说，它涉及机械手控制技术领域。
背景技术
不规则物体指的是外形不规则的物体，在工业生产中，外形不规则的物体的夹持都是关键的难点，而物体的夹持都是靠机械手来进行；
为了适用物体的不规则表面，机械手的夹持端都为可变形的吸盘、仿生机械手等，这些抓手可以通过改变自身的形状或刚度来适应不规则物体的表面，从而实现稳定抓取；
在夹持的过程中采用包围式抓取策略：使用多个小型抓手或吸盘，从多个方向接近不规则物体，并将其包围起来，通过协调各个抓手的动作，可以实现对不规则物体的稳定抓取；
但是在现有的抓取过程汇总，由于不规则物的表面的凸起没有规律，在夹持时需要人工判断不规则物上的夹持点，不仅影响工作效率，而且在夹持时也容易脱离；
在抓取的过程中，由于工作物的表面不规则，多个吸盘协同工作时很难判断吸盘是否和工作物表面贴合成功，在夹取时可能会存在脱离的可能。
发明内容
针对现有技术存在由于不规则物的表面的凸起没有规律，在夹持时需要人工判断不规则物上的夹持点，不仅影响工作效率，而且在夹持时也容易脱离；在抓取的过程中，由于工作物的表面不规则，多个吸盘协同工作时很难判断吸盘是否和工作物表面贴合成功，在夹取时可能会存在脱离的可能的不足，本发明的目的在于提供一种不规则物体自动抓取系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种不规则物体自动抓取系统，其包括：智能设备模块、数据采集模块、物体分析模块和协调控制模块；
智能设备模块：包括机器抓手单元和驱动所述机器抓手单元进行移动的驱动单元；
数据采集模块：用于对待抓取的不规则物体的数据进行采集，且所述数据采集模块还包括前后、左右以及上方的摄像单元和相对应的照射单元；
物体分析模块：所述物体分析模块根据所述数据采集模块获取的信息来识别物体形状，并规划所述机器抓手单元的运动轨迹；
协调控制模块：所述协调控制模块用于确定最优的机器抓手单元，且所述协调控制模块还用于对多组所述目标机器抓手进行协同控制；
所述物体分析模块识别物体形状的方式如下，具体为：
构建待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系；
获取得到所述待抓取的不规则物体多个方向在所述照射单元光线照射后的图像信息；
将获取的图像信息和预设的标准图像信息进行对比识别，获取得到图像上光线汇聚或者发散的位置和数量，按照光线汇聚或者发散面积由大至小的顺序进行排列，选取最大的四个光线汇聚或者发散的位置，并按照三维坐标系获取对应位置的坐标，确认为抓取点。
进一步的，所述待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系的构建方式如下，具体为：
所述物体分析模块还包括控制器，以所述控制台为原点，以所述驱动单元驱动所述机器抓手单元横向移动的方向为x轴，以所述驱动单元驱动所述机器抓手单元纵向移动的方向为y轴，以所述机器抓手单元的垂直升降的方向为z轴，获取得到待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系。
进一步的，最优的所述机器抓手单元的获取方式如下，具体为：
获取得到四个抓取点的位置，以所述抓取点的位置为圆心，以预设半径画圆获得抓取范围，将抓取范围内的所述机器抓手单元标记为待调配机器抓手；
获取得到待调配机器抓手的位置，将所有目标机器抓手的位置和对应的所述抓取点的位置进行距离差计算，获取得到调配间距，并标记为W；
获取得到待调配机器抓手的工作值，并标记为R；
根据公式
计算获得所述待调配机器抓手的调配值T，其中a1和a2为预设的调配值系数；
将抓取范围内所述待调配机器抓手的调配值T按照由大至小的顺序进行排列，将调配值T最大的所述待调配机器抓手标记为最优的所述机器抓手单元。
进一步的，所述待调配机器抓手的工作值R的获取方式如下，具体为：
获取得到所述待调配机器抓手当前时间段前的工作总时间，并标记为Y；
获取得到所述待调配机器抓手的剩余电量，并标记为P；
获取得到所述待调配机器抓手当前时间段前的维修总次数，并标记为G；
将当前时间段前所述待调配机器抓手的维修日期先后进行排序，将相邻的两个维修日期进行差值计算获得维护间隔，将维护间隔进行求和处理并取均值，获取得到平均维护间隔，并标记为K；
根据公式
R＝P×b1-Y×b2-G×K×b3
计算获得所述待调配机器抓手的工作值R，其中b1、b2、和b3为预设的调配值系数。
进一步的，所述协调控制模块用于对多组所述目标机器抓手进行协同控制，具体为：
获取得到最优的所述机器抓手单元的位置坐标，获取得到相对应的抓取点坐标计算获得最优的所述机器抓手单元的移动路径坐标，对比移动路径坐标是否有重合坐标，如果有，则按照预定参数调节重合两组移动路径坐标对应的最优的所述机器抓手单元的移动参数，如果无，则说明移动路径无干涉不需要调整。
进一步的，所述机器抓手单元由柔性吸盘机构和感应反馈机构组成，所述柔性吸盘机构用于适应所述待抓取的不规则物体表面并与其贴合；
所述感应反馈机构均匀分布在所述柔性吸盘机构表面，且所述感应反馈机构用于获取所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积和压力。
进一步的，所述分析模块还用于判断所述机器抓手单元是否到达合适的抓取位置，具体为：
获取得到所述柔性吸盘机构的面积，并标记为Q；
获取得到所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积，并标记为S；
计算获得所述柔性吸盘机构的面积Q和所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积S的差值；
设定一个预先得到的阈值，将计算获得的差值和预先设定的阈值进行对比，如果差值大于或者等于阈值，则标记对应的所述机器抓手单元未达到抓取的合适位置，将信号传输给所述分析模块；
如果差值小于阈值，则标记对应的所述机器抓手单元已经到达合适的抓取位置。
进一步的，所述分析模块还用于对未达到合适抓取位置的所述机器抓手单元进行调整，具体为：
获取得到所述机器抓手单元的调整优先值，并标记为V；
将获取得到的调整优先值V按照从大到小进行排序，对所述机器抓手单元进行调整。
进一步的，所述机器抓手单元的调整优先值V的获取方式如下，具体为：
获取得到所述感应反馈机构记录下的压力，去除最大的一组和最小的一组，将剩余的压力数据进行求和处理，获取得到所述机器抓手单元的调整优先值V。
进一步的，所述驱动单元还包括角度调节机构和伸缩调节机构，所述角度调节机构用于对所述机器抓手单元的角度进行调整。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
通过设置有物体分析模块，可以快速获取得到待抓取的不规则物体表面情况，确定便于受力的抓取点，并且根据夹持点的位置选择最合适的机器抓手来进行配合，在抓取的过程中，避免多个机器抓手产生移动路径的干涉，在抓取的过程中，判断机器抓手是否到达合适的抓取位置。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
参照图1和图2
实施例1
本发明提供了一种不规则物体自动抓取系统，包括：智能设备模块、数据采集模块、物体分析模块和协调控制模块；
智能设备模块：包括机器抓手单元和驱动机器抓手单元进行移动的驱动单元；
数据采集模块：用于对待抓取的不规则物体的数据进行采集，且数据采集模块还包括前后、左右以及上方的摄像单元和相对应的照射单元；
需要说明的是，机器抓手单元由柔性吸盘机构和感应反馈机构组成，柔性吸盘机构用于适应待抓取的不规则物体表面并与其贴合；
感应反馈机构均匀分布在柔性吸盘机构表面，且感应反馈机构用于获取柔性吸盘机构和待抓取的不规则物体的接触面积和压力；
协调控制模块：所述协调控制模块用于确定最优的机器抓手单元，且所述协调控制模块还用于对多组所述目标机器抓手进行协同控制；
物体分析模块：所述物体分析模块根据所述数据采集模块获取的信息来识别物体形状，并规划所述机器抓手单元的运动轨迹，具体为：
步骤一：构建待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系；
步骤二：获取得到待抓取的不规则物体多个方向在照射单元光线照射后的图像信息；
步骤三：将获取的图像信息和预设的标准图像信息进行对比识别，获取得到图像上光线汇聚或者发散的位置和数量，按照光线汇聚或者发散面积由大至小的顺序进行排列，选取最大的四个光线汇聚或者发散的位置，并按照三维坐标系获取对应位置的坐标，确认为抓取点，需要说明的是，当光线照射在物体表面时，会在物体表面的凸起和凹陷处产生汇聚和发散，通过识别光线汇聚或者发散最大的区域，可以获取物体表面凸起和凹陷最明显的区域，将这些区域作为抓取点可以有利于机器抓手单元的抓握受力。
待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系的构建方式如下，具体为：
物体分析模块还包括控制器，以控制台为原点，以驱动单元驱动机器抓手单元横向移动的方向为x轴，以驱动单元驱动机器抓手单元纵向移动的方向为y轴，以机器抓手单元的垂直升降的方向为z轴，获取得到待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系。
实施例2
在实施例1的基础上，还包括协调控制模块：协调控制模块用于确定最优的机器抓手单元，且协调控制模块还用于对多组目标机器抓手进行协同控制，具体为：
步骤一：获取得到四个抓取点的位置，以抓取点的位置为圆心，以预设半径画圆获得抓取范围，将抓取范围内的机器抓手单元标记为待调配机器抓手；
步骤二：获取得到待调配机器抓手的位置，将所有目标机器抓手的位置和对应的抓取点的位置进行距离差计算，获取得到调配间距，并标记为W；
步骤三：获取得到待调配机器抓手的工作值，并标记为R
步骤四：根据公式
计算获得待调配机器抓手的调配值T，其中a1和a2为预设的调配值系数，需要说明的是，a1为0.1827，a2为0.7654；
将抓取范围内待调配机器抓手的调配值T按照由大至小的顺序进行排列，将调配值T最大的待调配机器抓手标记为最优的机器抓手单元，需要说明的是，最优的机器抓手单元的判断标准综合了路径距离以及机器手的状态，选取最佳的机器抓手进行执行。
待调配机器抓手的工作值R的获取方式如下，具体为：
获取得到待调配机器抓手当前时间段前的工作总时间，并标记为Y；
获取得到待调配机器抓手的剩余电量，并标记为P；
获取得到待调配机器抓手当前时间段前的维修总次数，并标记为G；
将当前时间段前待调配机器抓手的维修日期先后进行排序，将相邻的两个维修日期进行差值计算获得维护间隔，将维护间隔进行求和处理并取均值，获取得到平均维护间隔，并标记为K；
根据公式
R＝P×b1-Y×b2-G×K×b3计算获得待调配机器抓手的工作值R，其中b1、b2、和b3为预设的调配值系数，需要说明的是，b1为0.128、b2为0.837、b3为0.374；
需要说明的是，根据工作经验克制，机器抓手的工作时间越长，需要维护的可能性越高，而长时间多次出现故障的机器抓手出现故障的可能性也越高，所以在抓取时都是选择电量充足，较少维护的机器抓手来进行。
协调控制模块用于对多组目标机器抓手进行协同控制，具体为：
获取得到最优的机器抓手单元的位置坐标，获取得到相对应的抓取点坐标计算获得最优的机器抓手单元的移动路径坐标，对比移动路径坐标是否有重合坐标，如果有，则按照预定参数调节重合两组移动路径坐标对应的最优的机器抓手单元的移动参数，如果无，则说明移动路径无干涉不需要调整。
实施例3
在实施例2的基础上，分析模块还用于判断机器抓手单元是否到达合适的抓取位置，具体为：
获取得到柔性吸盘机构的面积，并标记为Q；
获取得到柔性吸盘机构和待抓取的不规则物体的接触面积，并标记为S；
计算获得柔性吸盘机构的面积Q和柔性吸盘机构和待抓取的不规则物体的接触面积S的差值；
设定一个预先得到的阈值，将计算获得的差值和预先设定的阈值进行对比，如果差值大于或者等于阈值，则标记对应的机器抓手单元未达到抓取的合适位置，将信号传输给分析模块；
如果差值小于阈值，则标记对应的机器抓手单元已经到达合适的抓取位置；
需要说明的是，根据实验可知，机器抓手和物体的接触面积只有到达阈值时，才能提供足够的摩擦力抓取物体，当接触面积过小时，则可能产生脱落的现象。
分析模块还用于对未达到合适抓取位置的机器抓手单元进行调整，具体为：
获取得到机器抓手单元的调整优先值，并标记为V；
将获取得到的调整优先值V按照从大到小进行排序，对机器抓手单元进行调整。
机器抓手单元的调整优先值V的获取方式如下，具体为：
获取得到感应反馈机构记录下的压力，去除最大的一组和最小的一组，将剩余的压力数据进行求和处理，获取得到机器抓手单元的调整优先值V；
需要说明的是，根据经验可知，由于物体的表面不规则，抓取点又是凹陷或者凸起的位置，所以只有柔性吸盘机构和物体表面的接触面积足够多时才能保证抓取的稳定性，但是对于柔性的吸盘，很多面积可能只是贴合并没有对物体受力，在调节时需要优先对这类的机器抓手调整参数，使得其向着物体移动一定位置，使得其贴合受力，通过获取得到感应反馈机构记录下的压力，可知吸盘和物体的受力面积。
驱动单元还包括角度调节机构和伸缩调节机构，角度调节机构用于对机器抓手单元的角度进行调整。
工作原理：通过设置有物体分析模块，可以快速获取得到待抓取的不规则物体表面情况，确定便于受力的抓取点，并且根据夹持点的位置选择最合适的机器抓手来进行配合，在抓取的过程中，避免多个机器抓手产生移动路径的干涉，在抓取的过程中，判断机器抓手是否到达合适的抓取位置。
通过设置有物体分析模块，可以根据不规则物体的表面情况获得对不规则物体的夹持点，并且根据夹持点的位置选择最合适的机器抓手，继而制定机器抓手的移动路径；还可以判断机器抓手是否完成预设的抓取状态。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本模板的保护范围。
Claims (6)
1.一种不规则物体自动抓取系统，其特征在于，包括：智能设备模块、数据采集模块、物体分析模块和协调控制模块；
智能设备模块：包括机器抓手单元和驱动所述机器抓手单元进行移动的驱动单元；
数据采集模块：用于对待抓取的不规则物体的数据进行采集，且所述数据采集模块还包括前后、左右以及上方的摄像单元和相对应的照射单元；
物体分析模块：所述物体分析模块根据所述数据采集模块获取的信息来识别物体形状，并规划所述机器抓手单元的运动轨迹；
协调控制模块：所述协调控制模块用于确定最优的机器抓手单元，且所述协调控制模块还用于对多组目标机器抓手进行协同控制；
所述物体分析模块识别物体形状的方式如下，具体为：
构建待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系；
获取得到所述待抓取的不规则物体多个方向在所述照射单元光线照射后的图像信息；
将获取的图像信息和预设的标准图像信息进行对比识别，获取得到图像上光线汇聚或者发散的位置和数量，按照光线汇聚或者发散面积由大至小的顺序进行排列，选取最大的四个光线汇聚或者发散的位置，并按照三维坐标系获取对应位置的坐标，确认为抓取点；
所述机器抓手单元由柔性吸盘机构和感应反馈机构组成，所述柔性吸盘机构用于适应所述待抓取的不规则物体表面并与其贴合；
所述感应反馈机构均匀分布在所述柔性吸盘机构表面，且所述感应反馈机构用于获取所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积和压力；
所述分析模块还用于判断所述机器抓手单元是否到达合适的抓取位置，具体为：
获取得到所述柔性吸盘机构的面积，并标记为Q；
获取得到所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积，并标记为S；
计算获得所述柔性吸盘机构的面积Q和所述柔性吸盘机构和所述待抓取的不规则物体的接触面积S的差值；
设定一个预先得到的阈值，将计算获得的差值和预先设定的阈值进行对比，如果差值大于或者等于阈值，则标记对应的所述机器抓手单元未达到抓取的合适位置，将信号传输给所述分析模块；
如果差值小于阈值，则标记对应的所述机器抓手单元已经到达合适的抓取位置；
所述分析模块还用于对未达到合适抓取位置的所述机器抓手单元进行调整，具体为：
获取得到所述机器抓手单元的调整优先值，并标记为V；
将获取得到的调整优先值V按照从大到小进行排序，对所述机器抓手单元进行调整；
所述机器抓手单元的调整优先值V的获取方式如下，具体为：
获取得到所述感应反馈机构记录下的压力，去除最大的一组和最小的一组，将剩余的压力数据进行求和处理，获取得到所述机器抓手单元的调整优先值V。
2.根据权利要求1所述的一种不规则物体自动抓取系统，其特征在于，所述待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系的构建方式如下，具体为：
所述物体分析模块还包括控制器，以控制台为原点，以所述驱动单元驱动所述机器抓手单元横向移动的方向为x轴，以所述驱动单元驱动所述机器抓手单元纵向移动的方向为y轴，以所述机器抓手单元的垂直升降的方向为z轴，获取得到待抓取的不规则物体周围空间的三维坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种不规则物体自动抓取系统，其特征在于，最优的所述机器抓手单元的获取方式如下，具体为：
获取得到四个抓取点的位置，以所述抓取点的位置为圆心，以预设半径画圆获得抓取范围，将抓取范围内的所述机器抓手单元标记为待调配机器抓手；
获取得到待调配机器抓手的位置，将所有目标机器抓手的位置和对应的所述抓取点的位置进行距离差计算，获取得到调配间距，并标记为W；
获取得到待调配机器抓手的工作值，并标记为R；
根据公式
计算获得所述待调配机器抓手的调配值T，其中a1和a2为预设的调配值系数；
将抓取范围内所述待调配机器抓手的调配值T按照由大至小的顺序进行排列，将调配值T最大的所述待调配机器抓手标记为最优的所述机器抓手单元。
4.根据权利要求3所述的一种不规则物体自动抓取系统，其特征在于，所述待调配机器抓手的工作值R的获取方式如下，具体为：
获取得到所述待调配机器抓手当前时间段前的工作总时间，并标记为Y；
获取得到所述待调配机器抓手的剩余电量，并标记为P；
获取得到所述待调配机器抓手当前时间段前的维修总次数，并标记为G；
将当前时间段前所述待调配机器抓手的维修日期先后进行排序，将相邻的两个维修日期进行差值计算获得维护间隔，将维护间隔进行求和处理并取均值，获取得到平均维护间隔，并标记为K；
根据公式
R＝P×b1-Y×b2-G×K×b3
计算获得所述待调配机器抓手的工作值R，其中b1、b2、和b3为预设的调配值系数。
5.根据权利要求4所述的一种不规则物体自动抓取系统，其特征在于，所述协调控制模块用于对多组所述目标机器抓手进行协同控制，具体为：
获取得到最优的所述机器抓手单元的位置坐标，获取得到相对应的抓取点坐标计算获得最优的所述机器抓手单元的移动路径坐标，对比移动路径坐标是否有重合坐标，如果有，则按照预定参数调节重合两组移动路径坐标对应的最优的所述机器抓手单元的移动参数，如果无，则说明移动路径无干涉不需要调整。
6.根据权利要求1所述的一种不规则物体自动抓取系统，所述驱动单元还包括角度调节机构和伸缩调节机构，所述角度调节机构用于对所述机器抓手单元的角度进行调整。
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