CN209850931U - 自动抓取机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动抓取机器人。本实用新型的自动抓取机器人包括图像获取模块、上位机、夹持器、机械臂、控制电路板以及通信模块，图像获取模块包括彩色摄像头和深度相机，上位机基于彩色摄像头拍摄到的彩色图像和深度相机拍摄到的深度图像计算得到目标物体的三维坐标；夹持器安装在机械臂的前端，夹持器和机械臂均与控制电路板连接，通信模块分别与上位机和控制电路板连接，上位机将计算得到的目标物体的三维坐标通过通信模块传输至控制电路板，控制电路板根据目标物体的三维坐标控制机械臂伸缩并控制夹持器夹持目标物体。本实用新型的自动抓取机器人，提高了目标物体的识别准确度和三维坐标的精准度，从而实现对目标物体的精准抓取。

Description

自动抓取机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，特别地，涉及一种自动抓取机器人。

背景技术

随着工业自动化的迅速普及，机器人代替人工已成为工业发展的新需求。并且，自动抓取机器人也出现在了人们的日常生活当中，尤其针对那些行动不便的人而言，自动抓取机器人可以代替人工抓取和放置物品，给那些行动不便的人们带来了很大的生活便利。

在人们日常生活中，需要利用自动抓取机器人对一些体积较小的物体进行抓取，但是，现有的自动抓取机器人抓取物品时准确度较差，从而无法对体积较小的物体进行准确抓取，很容易打翻目标物体，不仅无法实现物体的精准抓取，反倒给人们生活带来了不便。

实用新型内容

本实用新型提供了一种自动抓取机器人，以解决现有的自动抓取机器人抓取物体准确度较差的技术问题。

根据本实用新型的一个方面，提供一种自动抓取机器人，包括用于拍摄场景图像的图像获取模块、用于对所述图像获取模块拍摄的图像进行图像识别处理并计算得到目标物体的三维坐标的上位机、用于夹持目标物体的夹持器、用于进行多自由度转动的机械臂、用于控制机械臂进行多自由度转动和控制夹持器抓取目标物体的控制电路板以及用于实现上位机和控制电路板之间通信连接的通信模块；所述图像获取模块与上位机连接，所述图像获取模块包括彩色摄像头和深度相机，所述上位机基于彩色摄像头拍摄到的彩色图像和深度相机拍摄到的深度图像计算得到目标物体的三维坐标；所述夹持器安装在机械臂的前端，所述夹持器和机械臂均与控制电路板连接，所述通信模块分别与上位机和控制电路板连接，所述上位机将计算得到的目标物体的三维坐标通过通信模块传输至控制电路板，所述控制电路板根据目标物体的三维坐标控制机械臂伸缩并控制夹持器夹持目标物体。

进一步地，所述自动抓取机器人还包括用于带动机械臂移动的行驶底盘，所述机械臂、控制电路板和通信模块均安装在行驶底盘上，所述行驶底盘由电机驱动，所述行驶底盘的驱动电机与控制电路板连接。

进一步地，所述机械臂上安装有多个舵机和多个压力传感器，所述舵机和压力传感器均与控制电路板连接，所述控制电路板用于根据压力传感器的检测结果控制舵机的工作状态。

进一步地，所述控制电路板包括用于给舵机提供驱动电压的大功率稳压模块、用于对舵机进行过载保护的过载保护电路模块和用于起到控制作用的主控芯片；所述大功率稳压模块和过载保护电路模块均与主控芯片连接，所述大功率稳压模块与舵机连接，所述过载保护电路模块与压力传感器连接。

进一步地，所述自动抓取机器人还包括用于获取语音控制指令的麦克风阵列，所述上位机包括处理器和用于识别语音控制指令的语音识别模块，所述语音识别模块分别与麦克风阵列和处理器连接，所述处理器用于根据所述语音识别模块的语音识别结果控制图像获取模块拍摄当前场景图像，并用于在目标物体处于当前场景图像中时控制行驶底盘移动、控制机械臂伸缩和控制夹持器对目标物体进行夹持作业。

进一步地，所述自动抓取机器人还包括与所述控制电路板连接并用于显示信息的显示模块。

进一步地，所述行驶底盘上设置有障碍物检测传感器，所述障碍物检测传感器与控制电路板连接，所述控制电路板用于根据障碍物检测传感器的检测结果控制行驶底盘的行驶路线。

进一步地，所述通信模块为蓝牙模块，所述通信模块还用于与移动终端连接，通过移动终端可远程控制自动抓取机器人的抓取作业。

进一步地，所述上位机包括用于设定目标物体的抓取位置和放置位置的输入模块，所述输入模块与通信模块连接。

进一步地，所述障碍物检测传感器包括红外传感器、超声波传感器、激光雷达和毫米波雷达中的至少一种。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的自动抓取机器人，通过彩色摄像头来拍摄当前场景的彩色图像和利用深度相机来拍摄深度图像，上位机同时基于彩色图像和深度图像来进行图像处理识别以准确地识别出目标物体并计算得到目标物体的三维坐标，提高了目标物体的识别准确度和三维坐标的精准度，从而实现对目标物体的精准抓取。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型优选实施例的自动抓取机器人的模块结构示意图。

图2是本实用新型优选实施例的图1中的控制电路板的子模块结构示意图。

图3是本实用新型优选实施例的图1中的上位机的子模块结构示意图。

图例说明：

11、图像获取模块；12、上位机；13、夹持器；14、机械臂；15、控制电路板；16、通信模块；17、行驶底盘；18、麦克风阵列；19、显示模块；121、处理器；122、语音识别模块；151、大功率稳压模块；152、过载保护电路模块；153、主控芯片。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本实用新型的优选实施例提供一种自动抓取机器人，可以实现对目标物体的自动抓取，并且抓取准确度高。所述自动抓取机器人包括用于拍摄场景图像的图像获取模块11、用于对所述图像获取模块11拍摄到的图像进行图像识别处理并计算得到目标物体的三维坐标的上位机12、用于夹持目标物体的夹持器13、用于进行多自由度转动的机械臂14、用于控制机械臂14进行多自由度转动和控制夹持器13抓取目标物体的控制电路板15以及用于实现上位机12和控制电路板15之间通信连接的通信模块16，所述图像获取模块11与上位机12连接，所述上位机12可以控制图像获取模块11对当前场景进行图像拍摄，所述夹持器13和机械臂14均与控制电路板15连接，所述通信模块16分别与上位机12和控制电路板15连接，所述夹持器13安装在机械臂14的前端以便于进行夹持作业。可以理解，所述通信模块16可以是有线通信模块或者无线通信模块，在本实施例中优选为无线通信模块，进一步优选为2G模块、3G模块、4G模块、5G模块、GSM模块、GPRS模块、Wifi模块、RS232模块和RS485模块中的一种或多种。还可以理解，所述机械臂14上设置有多个舵机，通过多个舵机来实现机械臂14的多自由度转动从而实现机械臂14的伸缩，具体地，所述机械臂14具有5自由度。所述夹持器13也是由电机驱动的，通过驱动电机的伸缩来实现夹持器13抓取物品或松开物品，夹持器13的驱动电机与控制电路板15连接。所述上位机12为计算机。

具体地，所述图像获取模块11包括彩色摄像头和深度相机，彩色摄像头可以以每秒30帧的速率实时传送1921×1080分辨率的彩色视频图像，所述深度相机包括一个红外发射器和一个红外摄像头，红外发射器向周围发射红外光谱，照射到物体后，光谱发生扭曲，会形成随机的反射斑点，称为散斑，进而被红外摄像头读取。红外摄像头可以接收环境中的红外激光散斑，采集周围场景深度信息，通过其内部芯片转换可以以每秒30帧的速率传送512×424分辨率的深度图像。另外，通过插值方法，图像获取模块11能够提供同步的彩色图像和深度图像，且两者分辨率可达到相同，采用校准处理可将彩色图像与深度图像对齐，所述深度图像中包含的深度信息则图像获取模块11拍摄范围内的所有物体相对于图像获取模块11的三维坐标。可以理解，作为优选的，所述图像获取模块11优选为第二代Kinect摄像机，第二代Kinect摄像机的水平视角为57度，垂直视角为43度，其机身左右能调整的最大角度为27度，最佳检测距离范围为0.5m到4.5m，其深度值探测误差约为3mm，因此，选择第二代Kinect摄像机具有拍摄范围广、误差小的优点，确保了拍摄到的图像具有较高的准确度。所述上位机12则基于彩色摄像头拍摄到的彩色图像和深度相机拍摄到的深度图像计算得到目标物体的三维坐标，具体地，上位机12对彩色图像和深度图像做图像处理，识别并提取出目标物体，根据目标物体在像平面的位置计算出目标的平面坐标，同时计算该目标与图像获取模块11的垂直距离，此时，目标物体的三维坐标计算完毕。通过利用彩色摄像头来拍摄彩色图像和利用深度相机来拍摄深度图像，上位机12同时对彩色图像和深度图像进行图像识别处理，可以确保获得的目标物品的三维坐标更加准确，从而提高了物体抓取的精准度。可以理解，所述上位机12采用深度卷积神经网络对彩色图像和深度图像进行图像识别处理。所述上位机12将计算得到的目标物体的三维坐标通过通信模块16传输至控制电路板15，所述控制电路板15根据接收到的目标物体的三维坐标控制机械臂14上的舵机工作，进而实现机械臂14的多自由度转动，从而实现机械臂14伸缩，当机械臂14伸展或收缩至目标物体附近时，再控制夹持器13夹持目标物体。

本实用新型的自动抓取机器人，通过彩色摄像头来拍摄当前场景的彩色图像和利用深度相机来拍摄深度图像，上位机12同时基于彩色图像和深度图像来进行图像处理识别以准确地识别出目标物体并计算得到目标物体的三维坐标，提高了目标物体的识别准确度和三维坐标的精准度，从而实现对目标物体的精准抓取。

可以理解，作为优选的，所述自动抓取机器人还包括用于带动机械臂14移动的行驶底盘17，所述机械臂14、控制电路板15和通信模块16均安装在行驶底盘17上，所述行驶底盘17由电机驱动，所述行驶底盘17的驱动电机与控制电路板15连接。当控制电路板15接收到上位机12传输过来的目标物体的三维坐标之后，所述控制电路板15先控制行驶底盘17行驶至目标物体附近，然后再控制机械臂14靠近目标物体，最后控制夹持器13夹持目标物体。作为进一步优选的，所述行驶底盘17上设置有障碍物检测传感器，所述障碍物检测传感器与控制电路板15连接，所述控制电路板15用于根据障碍物检测传感器的检测结果控制行驶底盘17的行驶路线。所述障碍物检测传感器包括红外传感器、超声波传感器、激光雷达和毫米波雷达中的至少一种。本实用新型的自动抓取机器人，通过设置行驶底盘17，大大提升了抓取范围，使用范围更广。

可以理解，作为优选的，所述机械臂14上还安装有多个压力传感器，压力传感器与控制电路板15连接，所述控制电路板15根据压力传感器的检测结果控制舵机的工作状态。具体地，压力传感器将检测结果实时传输至控制电路板15，当机械臂14上的至少一个舵机出现过载时，压力传感器输出异常检测值至控制电路板15，控制电路板15则控制舵机停止工作，防止舵机由于过载而导致损坏。具体地，如图2所示，所述控制电路板15包括用于给舵机提供驱动电压的大功率稳压模块151、用于对舵机进行过载保护的过载保护电路模块152和用于起到控制作用的主控芯片153，所述大功率稳压模块151和过载保护电路模块152均与主控芯片153连接，所述大功率稳压模块151与舵机连接，所述过载保护电路模块152与压力传感器连接。所述主控芯片153优选为STM32芯片，其可以基于上位机12传输的目标物体的三维坐标进行逆运动学计算和路径规划，进而控制机械臂14精准地调节至目标物体附近，从而实现对目标物体的精准抓取。当至少一个舵机出现过载时，压力传感器将异常检测值经过载保护电路模块152传输至主控芯片153，主控芯片153控制大功率稳压模块151停止给舵机提供驱动电压，从而控制舵机停止工作，然后人为对舵机进行检修。本实用新型的自动抓取机器人，通过设置压力传感器来检测舵机是否存在过载，一旦舵机出现过载则控制其停止工作，防止舵机出现损坏，提高了设备的可靠性。可以理解，所述大功率稳压模块151和过载保护电路模块152可以选择集成设置在主控芯片153上，或者单独设置。还可以理解，所述夹持器13上也设置有压力传感器，位于夹持器13上的压力传感器可以检测夹持器13夹持目标物体时所施加的压力，所述压力传感器与控制电路板15连接。

可以理解，作为优选的，如图1和图3所示，所述自动抓取机器人还包括用于获取语音控制指令的麦克风阵列18，所述上位机12包括处理器121和用于识别语音控制指令的语音识别模块122，所述语音识别模块122分别与麦克风阵列18和处理器121连接，所述处理器121根据语音识别模块122的语音识别结果控制图像获取模块11拍摄当前场景图像，并用于在目标物体处于当前场景图像中时控制行驶底盘17移动、控制机械臂14伸缩和控制夹持器13对目标物体进行夹持作业。可以理解，当目标物体不处于当前场景图像中时，上位机12控制行驶底盘17移动或转动直至目标物体处于图像获取模块11拍摄的场景图像中，所述图像获取模块11可以安装在行驶底盘17上或者机械臂14上。本实用新型的自动抓取机器人，通过设置麦克风阵列18来获取语音控制指令，并通过语音识别模块122来识别语音控制指令，进而控制图像获取模块11拍摄场景图像，然后控制行驶底盘17移动、控制机械臂14伸缩和控制夹持器13对目标物体进行夹持作业，从而实现自动抓取机器人的语音控制，丰富了自动抓取机器人的人机交互功能。还可以理解，所述上位机12还包括用于设定目标物体的抓取位置和放置位置的输入模块，所述输入模块为键盘或者触摸屏，所述输入模块与通信模块16连接，从而实现目标物体的定点抓取和定点放置，进一步丰富了自动抓取机器人的功能。还可以理解，目标物体的抓取点和放置点也可以预先设定。

可以理解，作为优选的，所述自动抓取机器人还包括与所述控制电路板15连接并用于显示信息的显示模块19。所述显示模块19采用OLED显示屏，其显示区域为128×64的点阵，每个点都能独立发光，可显示汉字、ASCII、图案等信息。在本实施例中，显示模块19的功能是显示机械臂14的各关节角度信息、按键信息、模式编号以及夹持器13的三维坐标等信息。还可以理解，所述显示模块19还可以显示夹持器13上的压力传感器检测到的夹持器13夹持目标物体时所施加的压力数值。

可以理解，作为一种选择，所述通信模块16为蓝牙模块，具体为双模蓝牙，既支持传统的电脑和安卓手机，又支持苹果手机，支持SPP协议和BLE协议，所述通信模块16还用于与移动终端连接，用户可以通过移动终端远程控制自动抓取机器人的抓取作业。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动抓取机器人，其特征在于，

包括用于拍摄场景图像的图像获取模块(11)、用于对所述图像获取模块(11)拍摄的图像进行图像识别处理并计算得到目标物体的三维坐标的上位机(12)、用于夹持目标物体的夹持器(13)、用于进行多自由度转动的机械臂(14)、用于控制机械臂(14)进行多自由度转动和控制夹持器(13)抓取目标物体的控制电路板(15)以及用于实现上位机(12)和控制电路板(15)之间通信连接的通信模块(16)；

所述图像获取模块(11)与上位机(12)连接，所述图像获取模块(11)包括彩色摄像头和深度相机，所述上位机(12)基于彩色摄像头拍摄到的彩色图像和深度相机拍摄到的深度图像计算得到目标物体的三维坐标；

所述夹持器(13)安装在机械臂(14)的前端，所述夹持器(13)和机械臂(14)均与控制电路板(15)连接，所述通信模块(16)分别与上位机(12)和控制电路板(15)连接，所述上位机(12)将计算得到的目标物体的三维坐标通过通信模块(16)传输至控制电路板(15)，所述控制电路板(15)根据目标物体的三维坐标控制机械臂(14)伸缩并控制夹持器(13)夹持目标物体。

2.如权利要求1所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述自动抓取机器人还包括用于带动机械臂(14)移动的行驶底盘(17)，所述机械臂(14)、控制电路板(15)和通信模块(16)均安装在行驶底盘(17)上，所述行驶底盘(17)由电机驱动，所述行驶底盘(17)的驱动电机与控制电路板(15)连接。

3.如权利要求1所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述机械臂(14)上安装有多个舵机和多个压力传感器，所述舵机和压力传感器均与控制电路板(15)连接，所述控制电路板(15)用于根据压力传感器的检测结果控制舵机的工作状态。

4.如权利要求3所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述控制电路板(15)包括用于给舵机提供驱动电压的大功率稳压模块(151)、用于对舵机进行过载保护的过载保护电路模块(152)和用于起到控制作用的主控芯片(153)；

所述大功率稳压模块(151)和过载保护电路模块(152)均与主控芯片(153)连接，所述大功率稳压模块(151)与舵机连接，所述过载保护电路模块(152)与压力传感器连接。

5.如权利要求2所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述自动抓取机器人还包括用于获取语音控制指令的麦克风阵列(18)，所述上位机(12)包括处理器(121)和用于识别语音控制指令的语音识别模块(122)，所述语音识别模块(122)分别与麦克风阵列(18)和处理器(121)连接，所述处理器(121)用于根据所述语音识别模块(122)的语音识别结果控制图像获取模块(11)拍摄当前场景图像，并用于在目标物体处于当前场景图像中时控制行驶底盘(17)移动、控制机械臂(14)伸缩和控制夹持器(13)对目标物体进行夹持作业。

6.如权利要求1所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述自动抓取机器人还包括与所述控制电路板(15)连接并用于显示信息的显示模块(19)。

7.如权利要求2所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述行驶底盘(17)上设置有障碍物检测传感器，所述障碍物检测传感器与控制电路板(15)连接，所述控制电路板(15)用于根据障碍物检测传感器的检测结果控制行驶底盘(17)的行驶路线。

8.如权利要求1所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述通信模块(16)为蓝牙模块，所述通信模块(16)还用于与移动终端连接，通过移动终端可远程控制自动抓取机器人的抓取作业。

9.如权利要求1所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述上位机(12)包括用于设定目标物体的抓取位置和放置位置的输入模块，所述输入模块与通信模块(16)连接。

10.如权利要求7所述的自动抓取机器人，其特征在于，

所述障碍物检测传感器包括红外传感器、超声波传感器、激光雷达和毫米波雷达中的至少一种。