CN203266656U

CN203266656U - 一体化危险环境作业机器人辅助操作装置

Info

Publication number: CN203266656U
Application number: CN 201320254003
Authority: CN
Inventors: 王田苗; 张韬懿; 梁建宏
Original assignee: 张韬懿
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，包括传感器组件，所述传感器组件包括基座和设置于所述基座上的视距模组，所述视距模组与所述基座铰接，所述视距模组具有可调节可固定的俯仰自由度，所述视距模组上设置有测距模块和摄像头模块。所述传感器组件还包括LED环灯，所述LED环灯环在所述摄像头模块中的摄像头的周围。通过本实用新型集成的激光测距仪精确的指向性测距性能与摄像头直观的图像信息以及集成的LED灯光提示功能，可以在兼容大部分现有危险环境作业机器人系统的基础上，为其增加辅助操作提示功能。提高了准确度，减少了误操作的可能性。

Description

一体化危险环境作业机器人辅助操作装置

技术领域

本实用新型涉及机器人控制及传感器技术领域，尤其涉及一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置。

背景技术

在现有危险环境作业机器人系统中，为解决末端执行器抓取或操作物体的问题，一般采用的是多摄像头信息结合与末端安装摄像头模块的方法，获取局部与整体的视频信息，操作者通过视频信息来判断实际物体与末端执行机构的位置关系。常见的技术方案有固定式单摄像头与双目视觉系统：

固定式摄像头方案：绝大多数危险环境作业机器人，如排爆机器人、核工业机器人、危险化学品处理机器人均采用此种方案。在接近末端执行机构的位置安装一个固定角度的摄像头模块，通过该摄像头可以获得整个末端执行机构的图像信息，从而帮助操作者判断如何进行预定操作。但通过单一摄像头拍摄时，只能反映出物体和末端执行机构的角度信息，无法反应真实的距离信息，容易进行误操作。如图1所示。

而双目视觉方案是采用末端执行机构安装并排且角度间距固定的一对摄像头，通过模拟人眼双眼视差立体成像的方式来判断物体的距离信息。可以给使用者提供比较准确的位置距离信息，但由于显示设备的局限，无法及时通过相应计算和图像合成，将两个摄像头拍摄的信息合成为立体图像。受限于显示设备，双目视觉的合成结果不易显示。更多是通过附带的距离信息加以提示，在实际进行操作时，操作者往往十分紧张，不直观的距离信息往往会带来更大的误操作可能。

双目视觉方案原理如图2所示。

双目视觉系统计算视差的参数依赖于摄像头的光学参数及安装位置的物理参数，需要进行严格的矫正，一旦安装位置发生改变，必须重新矫正，不具有高适应力。且双目视觉系统需要对采集的图像进行高速实时的图像处理，对机器人控制系统速度要求很高。而在如核环境等危险环境中，由于存在辐射等因素，机器人控制系统的复杂度往往不高，无法满足进行实时视频处理的要求，故无法普及。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，包括传感器组件，所述传感器组件包括基座和设置于所述基座上的视距模组，所述视距模组与所述基座铰接，所述视距模组具有可调节可固定的俯仰自由度，所述视距模组上设置有测距模块和摄像头模块。

优选的，所述传感器组件还包括LED环灯，所述LED环灯环在所述摄像头模块中的摄像头的周围。

优选的，所述LED环灯与所述测距模块电连接，所述LED环灯的开关由所述测距模块控制。

优选的，所述基座固定安装于机器人的机械臂末端靠近机械手一侧的位置。

优选的，所述测距模块为激光测距仪。

优选的，所述激光测距仪的测距激光束从机械手的机械手指中间穿过。

优选的，所述摄像头模块的摄像轴线与所述激光测距仪的测距激光束处于同一直线上。

优选的，所述激光测距仪上具备用于调整探测点的电位器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过集成的激光测距仪精确的指向性测距性能与摄像头直观的图像信息以及集成的LED灯光提示功能，可以在兼容大部分现有危险环境作业机器人系统的基础上，为其增加辅助操作提示功能。大大提高了人在视距外进行操作时的准确度，减少了误操作的可能性。

附图说明

图1是现有技术中的摄像头与机械臂的相对位置结构示意图；

图2是现有技术中双目视觉方案原理示意图；

图3是本实用新型的传感器组件结构示意图；

图4是应用本实用新型时的状态示意图；

图5是应用本实用新型时的状态俯视示意图；

其中：1---基座；2---摄像头；3---LED环灯；4---视距模组；5---激光测距仪；6---机械臂末端；7---测距激光束；8---机械手指；10---现有技术中的摄像头；11---现有技术中的机械手指。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-5所示，本实用新型公开了一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，包括传感器组件，所述传感器组件包括基座和设置于所述基座上的视距模组，所述视距模组与所述基座铰接，所述视距模组具有可调节可固定的俯仰自由度，所述视距模组上设置有测距模块和摄像头模块。所述传感器组件还包括LED环灯，所述LED环灯环在所述摄像头模块中的摄像头的周围。所述LED环灯与所述测距模块电连接，所述LED环灯的开关由所述测距模块控制。所述基座固定安装于机器人的机械臂末端靠近机械手一侧的位置。所述测距模块为激光测距仪。所述激光测距仪的测距激光束从机械手的机械手指中间穿过。所述摄像头模块的摄像轴线与所述激光测距仪的测距激光束处于同一直线上。

概括的讲本实用新型目的是提供一种基于激光测距仪的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置。以解决传统机器人机械手末端采用单一固定式摄像头所带来的立体感缺失、相对距离关系无法判断从而容易进行误操作的问题。通过传感器组件集成的测距及提示功能，在不与机器人控制系统通讯的情况下，自动提示操作者何时可以抓取物体。本实用新型可以独立于现有机器人的控制系统而独立工作，故可兼容大多数机器人系统。本实用新型的传感器组件的结构如图3所示。

常见的危险环境作业机器人的结构均是由移动式底盘和负载执行机构组成，移动式底盘常见为轮式和履带式结构；执行机构为多自由度机械臂和末端机械手。整个机械臂具有多个俯仰和旋转的自由度，可以在一定的工作空间内对目标物体进行扭转、搬运、掩盖等操作，机械臂末端通常安装有摄像头，用于近距离观察所操作的物体。但在大多数情况下，通过平面图像难以判断物体和机械手手指的位置关系。

为了解决此问题，本实用新型将现有摄像头更换为本实用新型的集成激光测距仪和摄像头的传感器组件。本实用新型的具体实现原理如下：

激光测距仪与摄像头安装在一条轴线上，相对转角可以调节，以适应不同的机器人系统。安装位置固定后，调节转角，使激光测距仪的激光束穿过机械手手指抓取物体的位置，如图4所示；

激光测距仪可以输出所探测的物体到激光测距仪本体的精确距离，该距离可以通过激光测距仪自带的电位器进行调节，对于不同的机器人系统，只要将探测点调整到激光光束和机械手指交叉的位置即可。当激光测距仪正好探测到该距离上有物体时，代表该物体正好位于手指之间的位置，再通过摄像头采集到的视频图像信息，就可以快速，准确的判断出物体的真实位置。为操作者提供参考依据。

整套系统中，激光测距仪独立于摄像头工作，当激光测距仪探测到物体进入指定的距离时，可以通过集成在传感器组件上的环形LED灯(LED环灯)给操作者提示。具体方法如是，摄像头镜头外装有LED环灯，激光测距仪检测到物体进入设定距离后，则控制LED环灯亮起，此时通过摄像头观察到的图像外围会出现绿色(此颜色随LED环灯的颜色不同而不同)，提示操作者物体已经进入可操作的位置。LED环灯的开关受激光测距仪信号控制，而无需将信号传递给机器人的控制系统，可以独立工作，使整套传感器组件可以独立于绝大多数机器人系统，只需要将原有系统中摄像头的供电和视频接入即可快速工作，具有很好的适应性。

当操作者在无法直接观察机器人状态时，即视距外进行操作时，往往只能通过机器人系统携带的多个摄像头进行观察。而在机器人末端的机械手接近物体时，由于机械手本身会遮挡大部分摄像头的视线，操作者往往只能依靠安装于机械手部的摄像头进行观察。传统的固定式摄像头只能给操作者一个相对角度的信息，对物体和机械手臂的纵深距离信息无法反应，容易出现从摄像头角度观察物体在可抓取范围内，实际物体距离机械手指尚有一定距离的情况。这种视差容易造成误操作。在进行危险品处理时，误操作往往会带来很严重的后果，并且大大降低了效率。

而本实用新型解决的问题就是无法判断实际物体与机械手距离的问题，通过激光测距仪可以判断待抓取物体到传感器的准确距离，通过设定可抓取距离区间的方式，当待抓取物体进入该区间时，本实用新型会通过灯光的方式给操作者提示；同时操作者通过同轴摄像头来判断物体和机械手指的角度关系，当可以确认三者共线和距离合适时，物体必然处于可以操作的位置，操作者就可以进行抓取等具体操作。由于本实用新型通过自带的电路进行距离信息解算和灯光提示，无需和机器人控制系统进行通讯，只需从机器人系统接入电源同时将视频传给机器人系统，故可以兼容绝大多数现有机器人系统。推广成本较低，可以作为一个通用的机器人升级组件，通过辅助导航的方式大大提高危险作业机器人系统的作业能力。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，包括传感器组件，所述传感器组件包括基座和设置于所述基座上的视距模组，所述视距模组与所述基座铰接，所述视距模组具有可调节可固定的俯仰自由度，所述视距模组上设置有测距模块和摄像头模块。

2.根据权利要求1所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述传感器组件还包括LED环灯，所述LED环灯环在所述摄像头模块中的摄像头的周围。

3.根据权利要求2所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述LED环灯与所述测距模块电连接，所述LED环灯的开关由所述测距模块控制。

4.根据权利要求1所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述基座固定安装于机器人的机械臂末端靠近机械手一侧的位置。

5.根据权利要求1所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述测距模块为激光测距仪。

6.根据权利要求5所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述激光测距仪的测距激光束从机械手的机械手指中间穿过。

7.根据权利要求6所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述摄像头模块的摄像轴线与所述激光测距仪的测距激光束处于同一直线上。

8.根据权利要求6所述的一体化危险环境作业机器人辅助操作装置，其特征在于，所述激光测距仪上具备用于调整探测点的电位器。