CN208020198U - 一种基于rgbd的智能抓取机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于RGBD的智能抓取机器人，包括可移动躯体（1）、机械手（2）及智能控制系统，可移动躯体（1）与机械手（2）相连，还包括RGBD视觉系统，RGBD视觉系统装在可移动躯体（1）及机械手（2）上，智能控制系统接收所述RGBD视觉系统采集数据并向机械手（2）发出指令完成精确抓取动作。本实用新型结构简单且操作方便，能够在小范围内精确抓取，提避免物件损伤，提高工作效率和质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于RGBD的智能抓取机器人。
背景技术
随着工业自动化程度的发展，协作型机器人的应用变得更加广泛，它能够有效减少人工劳动力，并且提高工业生产的生产效率和精确性。
协作型机器人在工业生产中的应用是机器人智能化和自主化的关键技术，但目前我国协作型机器人仍然存在自主定位不准确以及无法准确预估所抓取物体特征参数的问题，这导致这类抓取机器人在工业生产中，机械手的爪手不能准确抓取工件，或者因所抓取物体尺寸的不确定性，机械手在抓取过程中对工件产生了损伤或者因工件太大而无法抓取。其次，此类智能抓取机器人应用在工业生产中时，应当能够根据所抓取物体的尺寸大小进行分类，并自动剔除精度条件外的工件，减少人工劳动力，提高工作效率。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型所解决的问题是如何解决抓取机器人精确抓取，提高工作效率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是一种基于RGBD的智能抓取机器人，包括可移动躯体、机械手、RGBD视觉系统及智能控制系统，所述可移动躯体与所述机械手相连，所述RGBD视觉系统装在所述可移动躯体及所述机械手上，所述智能控制系统接收所述RGBD视觉系统采集数据并向所述机械手发出指令完成精确抓取动作。
所述RGBD视觉系统，包括头部摄像机、RGBD相机及数据采集卡，所述头部摄像机、RGBD相机通过数据采集卡与智能控制系统连接，所述RGBD视觉系统能够获取所抓取物体的深度信息D，从而检测物体的特征参数并进行三维建模。
所述机械手为多自由度机械手，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节以及电动夹持器，每个关节分别与对应的传动机构、运动机构连接；
所述运动机构包括能作水平、垂直自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机及旋转臂；
所述关节转动轴从上至下分为第一关节转动轴、第二关节转动轴、第三关节转动轴、第四关节转动轴、第五关节转动轴、第六关节转动轴和第七关节转动轴，电动夹持器与第七关节转动轴连接，通过所有关节转动轴的转动，控制电动夹持器在三维空间中灵活伸缩并加持物体移动，其中：
第一关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-123°至60°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第二关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-2.86°至150°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第三关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-90°至120°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第四关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-97.49°至97.49°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第五关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175°至175°，运动速度范围为0至229.2°/s；
第六关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s；
第七关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s；
所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内部设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动轴运动。
所述电动夹持器为一电动平行抓手，平行抓手安装在机械手的末端，与所述第七关节转动轴连接，该抓手能够使机械手拾取多种形状和大小的刚性及半刚性物体，最大夹持力为35N。配有可互换的手指和指尖以最大限度地提高物体加持的灵活性。该电动平行抓手具有多种抓取宽度，动作时间小于一秒，能够从内部或外部拾取物体，有助于根据实际情况实现牢固的抓取。
本实用新型的工作过程如下：
当整个装置初始化完成后，由头部摄像机对目标物件进行追踪，当头部摄像机能够捕捉到目标工件的存在时，代表工件进入机械手可抓取范围，然后由RGBD视觉系统采集图像，根据其深度信息D获得所抓取物体的距离信息，然后对物体的图像信息进行数据处理和分析，数据处理模块通过网络或者串口发送控制命令到控制信号输出模块上，并对所抓取物体建立三维信息。之后将物体的距离信息和尺寸信息等特征参数加入到智能抓取机器人的末端执行器模型，通过逆运算对多自由度机械手进行逆向的关节参数求解，并建立对机器人抓手的运动控制器，从而实施电动夹持器对工件的成功抓取。若数据采集分析后显示，所抓取物体的尺寸超出工件允许的误差精度，电动夹持器无法对其进行夹取，则控制机械手回到初始位置并等待下一次识别和抓取。在夹取过程中，选取工件的重心位置进行夹取，从而提高机器人的夹取成功率。
采用本实用新型的技术方案有益效果：
利用RGBD深度相机作为视觉系统进行检测，通过在协作型机器人机械手的末端加装一个小型RGBD相机和一套电动平行抓手，使机器人能够自主识别工件的位置和尺寸信息，它比传统相机能够提供更丰富的信息，也不必像单目或双目那样费时费力地计算深度。结构简单且操作方便，能够在小范围内智能识别物体具体位置，筛选精度内的工件，实现精确抓取，避免物件损伤，提高工作效率和质量。
附图说明
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型机械手的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本实用新型的限定。
图1示出了本实用新型整体结构示意，一种基于RGBD的智能抓取机器人，包括可移动躯体1、机械手2、RGBD视觉系统及智能控制系统，所述可移动躯体1与所述机械手2相连，所述RGBD视觉系统装在所述可移动躯体1及所述机械手2上，所述智能控制系统接收所述RGBD视觉系统采集数据并向所述机械手2发出指令完成精确抓取动作。
所述RGBD视觉系统，包括头部摄像机3、RGBD相机4及数据采集卡，所述头部摄像机3、RGBD相机4通过数据采集卡与智能控制系统连接，所述RGBD视觉系统能够获取所抓取物体的深度信息D，从而检测物体的特征参数并进行三维建模，能比传统相机能够提供更丰富的信息，也不必像单目或双目那样费时费力地计算深度。
所述机械手为多自由度机械手，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节以及电动夹持器5，每个关节分别与对应的传动机构、运动机构连接；
所述运动机构包括能作水平、垂直自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机及旋转臂；
所述关节转动轴从上至下分为第一关节转动轴S0、第二关节转动轴S1、第三关节转动轴E0、第四关节转动轴E1、第五关节转动轴W0、第六关节转动轴W1和第七关节转动轴W2（参见图二），电动夹持器5与第七关节转动轴W2连接，通过所有关节转动轴的转动，控制电动夹持器在三维空间中灵活伸缩并加持物体移动，其中：
第一关节转动轴S0在进行旋转运动时，关节转角范围为-123°至60°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第二关节转动轴S1在进行旋转运动时，关节转角范围为-2.86°至150°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第三关节转动轴E0在进行旋转运动时，关节转角范围为-90°至120°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第四关节转动轴E1在进行旋转运动时，关节转角范围为-97.49°至97.49°，运动速度范围为0至114.6°/s；
第五关节转动轴W0在进行旋转运动时，关节转角范围为-175°至175°，运动速度范围为0至229.2°/s；
第六关节转动轴W1在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s；
第七关节转动轴W2在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s；
所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内部设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动轴运动。
所述电动夹持器5为一电动平行抓手，平行抓手安装在所述机械手2的末端，与所述第七关节转动轴W2连接，该抓手能够使所述机械手2拾取多种形状和大小的刚性及半刚性物体，最大夹持力为35N。配有可互换的手指和指尖以最大限度地提高物体加持的灵活性。该电动平行抓手具有多种抓取宽度，动作时间小于一秒，能够从内部或外部拾取物体，有助于根据实际情况实现牢固的抓取。
本实用新型的工作过程如下：
当整个装置初始化完成后，由头部摄像机对目标物件进行追踪，当头部摄像机能够捕捉到目标工件的存在时，代表工件进入机械手可抓取范围，然后由RGBD视觉系统采集图像，根据其深度信息D获得所抓取物体的距离信息，然后对物体的图像信息进行数据处理和分析，数据处理模块通过网络或者串口发送控制命令到控制信号输出模块上，并对所抓取物体建立三维信息。之后将物体的距离信息和尺寸信息等特征参数加入到智能抓取机器人的末端执行器模型，通过逆运算对多自由度机械手进行逆向的关节参数求解，并建立对机器人抓手的运动控制器，从而实施电动夹持器对工件的成功抓取。若数据采集分析后显示，所抓取物体的尺寸超出工件允许的误差精度，电动夹持器无法对其进行夹取，则控制机械手回到初始位置并等待下一次识别和抓取。在夹取过程中，选取工件的重心位置进行夹取，从而提高机器人的夹取成功率。
以上结合附图对本实用新型的实施方式做出了详细说明，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。对于本领域技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，对这些实施方式进行各种变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于RGBD的智能抓取机器人，包括可移动躯体（1）、机械手（2）及智能控制系统，所述可移动躯体（1）与所述机械手（2）相连，其特征在于：还包括RGBD视觉系统，所述RGBD视觉系统装在所述可移动躯体（1）及所述机械手（2）上，所述智能控制系统接收所述RGBD视觉系统采集数据并向所述机械手（2）发出指令完成精确抓取动作。
2.根据权利要求1所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：所述RGBD视觉系统，包括头部摄像机（3）、RGBD相机（4）及数据采集卡，所述头部摄像机（3）、RGBD相机（4）通过数据采集卡与智能控制系统连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：所述机械手（2）为多自由度机械手，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节以及电动夹持器（5），每个关节分别与对应的传动机构、运动机构连接。
4.根据权利要求3所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：所述运动机构包括能作水平、垂直自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机及旋转臂。
5.根据权利要求4所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：
所述第一关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-123°至60°，运动速度范围为0至114.6°/s；
所述第二关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-2.86°至150°，运动速度范围为0至114.6°/s；
所述第三关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-90°至120°，运动速度范围为0至114.6°/s；
所述第四关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-97.49°至97.49°，运动速度范围为0至114.6°/s；
所述第五关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175°至175°，运动速度范围为0至229.2°/s；
所述第六关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s；
所述第七关节转动轴在进行旋转运动时，关节转角范围为-175.25°至175.25°，运动速度范围为0至229.2°/s。
6.根据权利要求4或5所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内部设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动轴运动。
7.根据权利要求4或5所述的基于RGBD的智能抓取机器人，其特征在于：所述电动夹持器（5）为电动平行抓手，安装在所述机械手（2）的末端，与所述第七关节转动轴连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN109483409A (zh) * | 2018-11-21 | 2019-03-19 | 无锡荣恩科技有限公司 | 航空零部件自动补喷的除漆方法 |
| CN109986580A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-07-09 | 宁波大学 | 一种仿生家用移动式助理机器人 |
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