CN209755210U - 基于双目视觉的机械手定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于双目视觉的机械手定位系统，包括移动车、机械手本体及后台计算机。移动车包括FPGA模块、电机驱动器、直行电机、舵机驱动器、舵机、MCU模块、第一图像采集模块、速度采集模块及第一网络模块。机械手本体包括嵌入式计算机、第二网络模块、第二图像采集模块及若干组关节执行机构，各关节执行机构包括关节电机控制器、关节电机及速度位置采集模块。所述移动车与机械手本体分别通过所述第一网络模块与第二网络模块与所述后台计算机通信。本实用新型提高了视觉定位的速度与精度，从而使机械手可以更快速准确地抓取目标物；同时，利用FPGA模块作为辅助控制模块以进行大电流模组的控制，提高了系统的抗干扰能力。

Description

基于双目视觉的机械手定位系统

技术领域

本实用新型涉及工业机器人领域，具体涉及一种基于双目视觉的机械手定位系统。

背景技术

机器视觉是通过图像采集模块将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

随着机器视觉技术的发展，其应用日渐广泛，其搭载在机械手上可以进入危险环境中进行特殊作业，其通常通过移动小车与搭载在移动车上的机械手组合实现。作业时将移动车遥控到指定位置，使目标处于机械手的作业空间中，机械手通过其机器视觉系统即可执行作业，完成指定目标的抓取。

目前，基于双目视觉的机械手定位系统主要还存在以下缺陷：

1、机械手多通过其自带控制系统进行视觉计算，计算量与计算效率有限，导致目前机械手的定位精度普遍偏低；

2、移动车多通过MCU模块对电机控制器进行控制，由于搭载电池组及机械手的移动车质量较大，因而其电机负载较大，往往对MUC模块造成干扰，导致故障率较高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于双目视觉的机械手定位系统。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于双目视觉的机械手定位系统，包括：

移动车，所述移动车包括FPGA模块、电机驱动器、直行电机、舵机驱动器、舵机、MCU模块、第一图像采集模块、速度采集模块及第一网络模块；所述FPGA模块、电机驱动器及直行电机依次相连；所述FPGA模块、舵机驱动器及舵机依次相连；所述第一图像采集模块、速度采集模块及第一网络模块分别与所述MCU模块相连；所述MCU模块与所述FPGA模块相连；

机械手本体，所述机械手本体包括嵌入式计算机、第二网络模块、第二图像采集模块及若干组关节执行机构，各关节执行机构包括关节电机控制器、关节电机及速度位置采集模块；所述第二网络模块、第二图像采集模块及速度位置采集模块分别与所述嵌入式计算机相连；所述嵌入式计算机、关节电机控制器及关节电机依次相连；所述第二图像采集模块为双目摄像机；

后台计算机，所述移动车与机械手本体分别通过所述第一网络模块与第二网络模块与所述后台计算机通信。

进一步地，所述机械手本体为六自由度机械手，所述关节执行机构包括腰旋转关节执行机构、肩转动关节执行机构、肘转动关节执行机构、腕转动关节执行机构、手抓旋转关节执行机构及手爪开闭关节执行机构。

进一步地，所述速度采集模块包括红外反射式传感器及施密特触发器。

进一步地，所述速度位置采集模块为脉冲编码器。

进一步地，所述FPGA模块采用EP2C5T144C8芯片，所述MCU模块采用AT89S52芯片，所述嵌入式计算机采用PC104工业计算机。

采用上述技术方案后，本实用新型与背景技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型将对计算要求较高的机器视觉算法通过网络模块交由后台计算机进行处理，提高了视觉定位的速度与精度，从而使机械手可以更快速准确地抓取目标物。

2、本实用新型利用FPGA模块作为辅助控制模块以进行大电流部件(如移动车动力及转向部分)的控制，MCU模块只负责数据采集与传输，提高了系统的抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型中需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示本实用新型的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例

请参考图1所示，本实用新型公开了一种基于双目视觉的机械手定位系统，包括移动车、机械手本体及后台计算机。

所述移动车包括FPGA模块、电机驱动器、直行电机、舵机驱动器、舵机、MCU模块、第一图像采集模块、速度采集模块、第一网络模块及电源管理模块。所述FPGA模块、电机驱动器及直行电机依次相连；所述FPGA模块、舵机驱动器及舵机依次相连；所述第一图像采集模块、速度采集模块及第一网络模块分别与所述MCU模块相连；所述MCU模块与所述FPGA模块相连。

本实施例中，所述第一图像采集模块采用双摄像头设计，即在车头中间位置与车尾中间位置分别布置一个120°广角的摄像头进行图像采集，所采集的图像传输给所述MCU模块，经第一网络模块传递给后台计算机。

所述速度采集模块包括红外反射式传感器及施密特触发器。红外反射式传感器利用红外线反射的原理判定其距离前方障碍物的距离，其信号经过施密特触发器整形后形成与速度相关的频率信号，通过信号的频率即可获取当前移动车的行驶速度，结合所采集的车前及车后图像，操作人员即可通过后台计算机遥控所述移动车动作至指定区域。

本实用新型中，移动车采用直行电机与舵机结合的方式设计，由直行电机负责车辆的前进后退，由舵机进行转弯操作，其具有结构简单、力矩大的优势。所述电机驱动器及舵机驱动器均采用MC33886芯片，其能够连续控制的直流负载达到5A，同时，将其的多个输出端并联在一起，可以进一步提升输出电流。

所述FPGA模块采用EP2C5T144C8芯片，所述MCU模块采用AT89S52 芯片。将AT89S52芯片的I/O口设置为禁止上拉，即可实现所述FPGA模块与MCU模块的通信连接。

所述机械手本体包括嵌入式计算机、第二网络模块、第二图像采集模块及若干组关节执行机构，各关节执行机构包括关节电机控制器、关节电机及速度位置采集模块。所述第二网络模块、第二图像采集模块及速度位置采集模块分别与所述嵌入式计算机相连；所述嵌入式计算机、关节电机控制器及关节电机依次相连。

本实施例中，所述机械手本体仿照人类手臂的构造，其具备六个自由度，即所述关节执行机构包括腰旋转关节执行机构、肩转动关节执行机构、肘转动关节执行机构、腕转动关节执行机构、手抓旋转关节执行机构及手爪开闭关节执行机构。

所述第二图像采集模块为双目摄像机。其搭载于机械手的小臂上(即肘转动关节与腕转动关节之间区域)，双目摄像机将摄取的目标物的图像传递到后台计算机，后台计算机通过两幅二维图像计算出目标物在摄像头坐标系中的三维坐标，然后将其转换为机器人坐标系中的三维坐标，通过所述第二网络模块回传给所述嵌入式计算机，由嵌入式计算机完成手臂的运动控制，实现自动目标定位的功能。双目定位算法属于现有算法，在此不做赘述。

在上述过程中，速度位置采集模块不断回传当前的转速及位置信息给后台计算机。所述速度位置采集模块采用脉冲编码器，通过脉冲编码器所产生的脉冲个数可以得到当前电机转子转过的位置信息，将该信息通过串口输入到PC104中，可以计算出当前电机的转速及位置信息。

本实施例中，所述嵌入式计算机采用PC104工业计算机。所述电源管理模块设置在移动车中，为移动车各电气组件及机械手本体中的各电气组件供电。所述第一网络模块及第二网络模块根据作业环境可以灵活选择，如无线网卡、Wifi模块或GPRS模块。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.基于双目视觉的机械手定位系统，其特征在于，包括：

移动车，所述移动车包括FPGA模块、直行电机控制器、直行电机、舵机控制器、舵机、MCU模块、第一图像采集模块、第一速度采集模块及第一网络模块；所述FPGA模块、直行电机控制器及直行电机依次相连；所述FPGA模块、舵机控制器及舵机依次相连；所述第一图像采集模块、速度采集模块及第一网络模块分别与所述MCU模块相连；所述MCU模块与所述FPGA模块相连；

机械手本体，所述机械手本体包括嵌入式计算机、第二网络模块、第二图像采集模块及若干组关节执行机构，各关节执行机构包括关节电机控制器、关节电机及速度位置采集模块；所述第二网络模块、第二图像采集模块及速度位置采集模块分别与所述嵌入式计算机相连；所述嵌入式计算机、关节电机控制器及关节电机依次相连；所述第二图像采集模块为双目摄像机；

后台计算机，所述移动车与机械手本体分别通过所述第一网络模块与第二网络模块与所述后台计算机通信。

2.如权利要求1所述的基于双目视觉的机械手定位系统，其特征在于：所述机械手本体为六自由度机械手，所述关节执行机构包括腰旋转关节执行机构、肩转动关节执行机构、肘转动关节执行机构、腕转动关节执行机构、手抓旋转关节执行机构及手爪开闭关节执行机构。

3.如权利要求1所述的基于双目视觉的机械手定位系统，其特征在于：所述速度采集模块包括红外反射式传感器及施密特触发器。

4.如权利要求1所述的基于双目视觉的机械手定位系统，其特征在于：所述速度位置采集模块为脉冲编码器。

5.如权利要求1所述的基于双目视觉的机械手定位系统，其特征在于：所述FPGA模块采用EP2C5T144C8芯片，所述MCU模块采用AT89S52芯片，所述嵌入式计算机采用PC104工业计算机。