CN201519955U - 基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置，包括在多自由度机械手的手爪上设置有一个COMS传感器，在各个关节上设置有机械手各关节电机，COMS传感器与上位机连接，上位机分别与各个关节的控制电路连接，各个关节的控制电路分别与机械手各关节电机连接；所述的CMOS传感器用于采集数字图像信号，并传输给上位机；所述的上位机用于数据计算，得出插补运动各关节旋转角度值，并将插补运动信号传输给控制电路；所述的控制电路用于发出脉冲信号控制机械手各关节电机的联动。本实用新型结构简单，使用可靠，整个闭环控制结构紧凑，基于视觉的方式，使得定位更加准确，从而实现机械手的全自动化。
Description
技术领域
本实用新型属于机械设备自动控制领域，涉及一种机械手的闭环控制，具体涉及一种基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置。
背景技术
姿态控制是机械手研究过程中一个必须解决好的重要问题。而机械手的精确定位是姿态控制的前提。如果定位系统的响应速度快而且精度高，就可以使机械手工作精度大大提高，使其能够完成更高难度的工作。传统的机械手定位一般采用超声波、激光等传感器。这类传感器价格昂贵，算法复杂，应用受到了限制。如何在低成本下实现机械手的快速高精度定位，一直以来都是研究热点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置，解决了现有机械手控制系统复杂，定位不准，成本高的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，一种基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置，包括在多自由度机械手的手爪上设置有一个COMS传感器，在各个关节上设置有机械手各关节电机，COMS传感器与上位机连接，上位机分别与各个关节的控制电路连接，各个关节的控制电路分别与机械手各关节电机连接；
所述的CMOS传感器用于采集数字图像信号，并传输给上位机；
所述的上位机用于数据计算，得出插补运动各关节旋转角度值，并将插补运动信号传输给控制电路；
所述的控制电路用于发出脉冲信号控制机械手各关节电机的联动。
本实用新型的有益效果是，结构简单，使用可靠，整个闭环控制结构紧凑，基于视觉的方式，使得定位更加准确。并且可根据不同的机械手调整控制电路结构，适用范围和前景相当广阔。
附图说明
图1是本实用新型所控制的多自由度机械手示意图；
图2是本实用新型视觉闭环定位控制结构原理图；
图3是本实用新型的机械人视觉定位效果示意图；
图4是本实用新型最小二乘法拟合中心位置的原理图。
图5是本实用新型插补运动各关节旋转角度的计算示意图。
图中，1.腰部，2.肩部，3.手肘，4.手腕，5.手爪，6.CMOS传感器，10.定位位置中心，11.机械手当前位置中心，12.灰度变换及边缘检测处理后的检测图像，13.最小二乘法拟合后的结果图像，14.上位机，15.控制电路，16.机械手各关节电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
见图1、图2，为本实用新型的多自由度机械手及其控制结构示意图，所述的多自由度机械手包括5个部位，即腰部1、肩部2、手肘3、手腕4和手爪5，每个部位均设置有一个精密变频电机用于控制转动角度，在手爪5上还设置有一个COMS传感器6，COMS传感器6与上位机14连接，上位机14与控制电路15连接，控制电路15与机械手各关节电机16连接。该COMS传感器6即可实现机械手的空间位置视觉识别，再通过各个关节的传动控制装置能够实现五自由度的空间运动。
控制电路15通过MAX232接收到上位机14发送的插补运动控制信号，再向肩部2、手肘3和手腕4三个关节的步进电机发送控制脉冲信号，实现机械手的定位。
见图2，为本实用新型视觉闭环定位控制装置的原理图，机械手爪5上的CMOS传感器6将采集的数字图像信号传给上位机14进行处理，上位机14经过计算得出各关节旋转角度值的插补运动控制信号，并将插补运动控制信号传输给各个关节的控制电路15，各个关节的控制电路15再各自发出步进电机联动控制脉冲信号控制机械手各关节的步进电机16联动，实现定位。
如图3，本实用新型闭环定位控制系统的工作过程是：机械手手爪5端的COMS传感器6采集数字图像信号，经USB接口传送给上位机14。上位机14将数字图像信号通过灰度变换及边缘检测后得到检测图像12，再通过最小二乘法，拟合出结果图像13，分别找到定位位置中心10和机械手当前位置中心11。
如图4，是本实用新型最小二乘法拟合中心位置的原理图。在实施例中，左侧的模糊图像是灰度变换后，边缘检测等处理后的检测图像12，右侧的实线圆图像是采用最小二乘法拟合后的结果图像13。本实用新型所控制机械手的功能是装卸纸筒，要分析机械手爪5是否到位，则是分析纸筒和轴的同轴度问题，因此首先要解决的问题是如何检测出纸筒和轴的圆心，在这里采用了基于最小二乘曲线拟合法。
由于机械手在装卸纸卷或空纸筒的过程中，手爪的运动方向要有一定的要求，也就是手爪在装卸时的位姿很重要。如何保证机械手在装卸料时的位姿，这就要求机械手各关节进行插补运动。在装卸料时，机械手的位姿主要是由腕关节、肘关节以及肩关节的运动确定。
如图5，为手爪伸到安装轴底部的位置示意图，已知底部到肩关节的距离L4为340mm，肩关节到肘关节的距离L3为240mm，肘关节到腕关节的距离L2为230mm，安装轴距底部距离L1为390mm，大臂与立柱之间夹角A为148.78。，小臂与大臂之间夹角B为132.44°，手爪与小臂之间夹角C为168.78°。整个手爪向外移动60mm才能卸出纸卷，该60mm的位移分为三个步长来进行插补计算各关节所应转动的角度。要顺利地取出纸卷，则需在运动时，手爪一直保持在其中心高度为390mm，另外手爪与安装轴保持平行。如图5所示画出了各步长时保证手爪正确位姿各部件的位置，并由此可测出相应的在手爪移出位置和相应夹角之间的关系(见表1)。
表1手爪移出时各夹角值
由表1给出的角度值可以计算出，手爪按照要求位姿移出20mm时，肩关节应顺时针转动154.75-148.78＝5.57°，肘关节逆时针所转的角度为5.57+132.44-123.48＝14.53°(5.57°为大臂转动对小臂的影响)，腕关节逆时针转动的角度为171.77-168.78+5.57-14.53＝-5.97°，也就是说腕关节顺时针旋转5.97°，通过这三个关节的联动，手爪在移出20mm时能够保证正确的位姿。
当从移出20mm处再继续移出到40mm处时，要保证手爪正确的位姿，肩关节应顺时针转动160.21-154.75＝5.46°，肘关节逆时针所转的角度为5.46+123.48-115.83＝13.11°，腕关节应顺时针转动的角度为171.77-173.97-5.46+13.11＝5.45°。
当从移出40mm处再继续移出到60mm处时，要保证手爪正确的位姿，肩关节应顺时针转动165.35-160.21＝5.14°，肘关节逆时针所转的角度为5.14+115.83-109.09＝11.88°，腕关节应顺时针转动的角度为173.97-175.56-5.14+11.88＝5.15°。
求出了各关节在向外移出时所应转动的角度，再相应地折合为步进电机的步距角。如果是安装空纸筒，则移动的方向刚好相反，旋转的角度也刚好相反。
本实用新型基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制系统，定位准确，结构简单易实现，适用范围和前景相当广阔。
Claims (2)
1.一种基于视觉的多自由度机械手闭环定位控制装置，其特征在于：包括在多自由度机械手的手爪(5)上设置有一个COMS传感器(6)，在各个关节上设置有机械手各关节电机(16)，COMS传感器(6)与上位机(14)连接，上位机(14)分别与各个关节的控制电路(15)连接，各个关节的控制电路(15)分别与机械手各关节电机(16)连接；
所述的CMOS传感器(6)用于采集数字图像信号，并传输给上位机(14)；
所述的上位机(14)用于数据计算，得出插补运动各关节旋转角度值，并将插补运动信号传输给控制电路(15)；
所述的控制电路(15)用于发出脉冲信号控制机械手各关节电机(16)的联动。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述的上位机(14)中设置有图像处理程序及相应的插补算法程序。
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| CN103009393A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 安徽蓝德三元智能系统集成有限公司 | 一种网络嵌入式机器人控制装置 |
| CN103083186A (zh) * | 2011-10-27 | 2013-05-08 | 深圳市卫邦科技有限公司 | 定量抽吸机器人及其控制系统 |
| CN103552072A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-02-05 | 深圳先进技术研究院 | 一种基于嵌入式控制器的机器人控制方法和装置 |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103083186A (zh) * | 2011-10-27 | 2013-05-08 | 深圳市卫邦科技有限公司 | 定量抽吸机器人及其控制系统 |
| CN103083186B (zh) * | 2011-10-27 | 2015-06-10 | 深圳市卫邦科技有限公司 | 定量抽吸机器人及其控制系统 |
| CN103009393A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 安徽蓝德三元智能系统集成有限公司 | 一种网络嵌入式机器人控制装置 |
| CN103552072A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-02-05 | 深圳先进技术研究院 | 一种基于嵌入式控制器的机器人控制方法和装置 |
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