CN212352022U - 移动机械臂自主避障系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于移动机械臂控制技术领域，具体涉及一种移动机械臂自主避障系统，其中移动机械臂自主避障系统包括：终端和移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作，提升移动机械臂的自主避障能力。

Description

移动机械臂自主避障系统

技术领域

本实用新型属于移动机械臂控制技术领域，具体涉及一种移动机械臂自主避障系统。

背景技术

随着科技的快速发展，移动机械臂被广泛应用于多个领域。移动机械臂是由移动机构和执行机构组成，加上控制系统以及设计的多种智能算法，组成一套智能化移动机械臂。由于移动机械臂具有可移动性、灵活性、操作空间大等多个方面的优势，得到了广泛的研究和应用，并被用于协助或者替代人完成一定的工作任务。尤其在危险又不适宜人工作的环境中，移动机械臂可以很好的代替人完成相关工作，极大的减轻了人的工作劳动强度，确保人身安全，提高生产率。

移动机械臂在不同的环境中完成人指定的工作任务过程中，最重要的是从起点移动至目标点的路径规划，而在移动过程中最重要的是有效的避开所有障碍物。维诺图又叫泰森多边形，是由一组由连接两邻点直线的垂直平分线组成的连续多边形组成，由于其根据点集划分的区域到点的距离最近的特点，其在障碍物点集中，规避障碍寻找最佳路径中具有重要的应用。A*算法是一种静态路网中求解最短路径最有效的直接搜索方法，也是解决许多搜索问题的有效算法。算法中的距离估算值与实际值越接近，最终搜索速度越快。

因此，基于上述技术问题需要设计一种新的移动机械臂自主避障系统。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种移动机械臂自主避障系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种移动机械臂自主避障系统，包括：

终端和移动机械臂装置；

所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；

所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；

所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作。

进一步，所述终端包括：终端处理器模块，以及与该终端处理器模块电性连接的终端通信模块和人机交互模块；

所述终端通信模块适于接收所述移动机械臂装置发送的图像，并将图像发送至所述终端处理器模块；

所述人机交互模块适于显示图像，并且通过所述人机交互模块适于对图像进行处理，即

在图像中标记障碍物位置和目标点位置；

所述终端通信模块适于将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置。

进一步，所述移动机械臂装置包括：主控制模块，以及与该主控制模块电性连接的机械臂通讯模块、摄像模块、移动平台机构和机械臂机构；

所述摄像模块和所述机械臂机构均设置在所述移动平台机构上；

所述主控制模块适于控制所述摄像模块拍摄移动平台机构各个方向上的图像；

所述主控制模块适于通过所述机械臂通讯模块将图像发送至所述终端通信模块，并且通过所述机械臂通讯模块接收处理后的图像；

所述主控制模块适于根据处理后的图像生成维诺图，以生成避障路线，并根据避障路线控制所述移动平台机构移动和所述机械臂机构工作。

进一步，所述移动平台机构包括：移动平台、若干驱动轮和若干电机；

各驱动轮和各电机一一对应；

所述驱动轮和电机均设置在所述移动平台的底部；

所述主控制模块适于根据避障路线控制电机带动驱动轮运动，以带动所述移动平台移动，使移动平台避开障碍物位置，并在目标点位置停止移动。

进一步，所述机械臂机构包括：驱动组件和机械臂；

所述驱动组件和所述机械臂连接，并且所述驱动组件和所述机械臂均设置在所述移动平台上；

所述主控制模块适于在所述移动平台停止移动时控制所述驱动组件带动所述机械臂工作。

进一步，所述移动机械臂装置还包括：与主控制模块电性连接的陀螺仪和加速度计；

所述陀螺仪和加速度计均设置在所述移动平台上；

所述陀螺仪适于检测所述移动平台的转向角度；

所述加速度计适于检测移动平台的加速度；

所述主控制模块适于根据避障路线通过转向角度和加速度控制移动平台机构移动。

本实用新型的有益效果是，本实用新型通过终端和移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作，提升移动机械臂的自主避障能力。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所涉及的移动机械臂自主避障系统的原理框图；

图2是本实用新型所涉及的终端的原理框图；

图3是本实用新型所涉及的移动机械臂装置的原理框图；

图4是本实用新型所涉及的移动机械臂自主避障方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

图1是本实用新型所涉及的移动机械臂自主避障系统的原理框图。

如图1所示，本实施例1提供了一种移动机械臂自主避障系统，包括：终端和移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作，即根据处理后的图像生成维诺图，根据维诺图采用A*算生成避障路线，使移动机械臂装置根据避障路线进行避障和工作，实现了精准的算法设计，可有效提升移动机械臂的自主避障能力，可适用于不同的复杂环境，避障效率更高。

图2是本实用新型所涉及的终端的原理框图。

如图2所示，在本实施例中，所述终端包括：终端处理器模块(可以但不限于采用STM32单片机或ARM嵌入式系统等)，以及与该终端处理器模块电性连接的终端通信模块(可以但不限于采用Wi-Fi、蓝牙等)和人机交互模块(可以但不限于采用触摸屏，具有友好的人机交互操作界面，通过触控笔进行操作)；所述终端通信模块适于接收所述移动机械臂装置发送的图像，并将图像发送至所述终端处理器模块；所述人机交互模块适于显示图像，并且通过所述人机交互模块适于对图像进行处理，即在图像中标记障碍物位置和目标点位置(当人工确定障碍物位置和目标点位置时，操作人员对人机交互模块显示的障碍物分布的全景图像人工选出障碍物位置，并标记目标点位置；人工确定障碍物位置时，若两个障碍物之间的距离太小导致移动机械臂装置无法穿过时，可将此两个障碍物的位置圈在一起设置成一个障碍物的位置)；所述终端通信模块适于将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置。

图3是本实用新型所涉及的移动机械臂装置的原理框图。

如图3所示，在本实施例中，所述移动机械臂装置包括：主控制模块(可以但不限于采用STM32系列单片机或ARM嵌入式系统或工业级PC等)，以及与该主控制模块电性连接的机械臂通讯模块(可一旦不限于采用Wi-Fi、蓝牙等)、摄像模块(所述摄像模块可以但不限于采用360°全景摄像头，通过USB口连接主控制模块)、移动平台机构和机械臂机构；所述摄像模块和所述机械臂机构均设置在所述移动平台机构上；所述主控制模块适于控制所述摄像模块拍摄移动平台机构各个方向上的图像(获取移动平台机构周围360°全景图像，以便于清晰完全的获取障碍物位置)；所述主控制模块适于通过所述机械臂通讯模块将图像发送至所述终端通信模块，并且通过所述机械臂通讯模块接收处理后的图像；所述主控制模块适于根据处理后的图像生成维诺图，以生成避障路线(以障碍物的位置为点生成维诺图，以移动机械臂装置的位置为起点，标记的目标点为终点，结合已生成的维诺图采用A*算法搜索最短避障路径，即为最佳避障路径)，并根据避障路线控制所述移动平台机构移动和所述机械臂机构工作。

在本实施例中，所述移动平台机构包括：移动平台、若干驱动轮和若干电机；各驱动轮和各电机一一对应，例如四个电机对应四个驱动轮；所述驱动轮和电机均设置在所述移动平台的底部；所述主控制模块适于根据避障路线控制电机带动驱动轮运动(控制电机正反转驱动相应的驱动轮)，以带动所述移动平台移动，使移动平台避开障碍物位置，并在目标点位置停止移动。

在本实施例中，所述机械臂机构包括：驱动组件(通过串口线连接主控制模块)和机械臂；所述驱动组件和所述机械臂连接，并且所述驱动组件和所述机械臂均设置在所述移动平台上；所述主控制模块适于在所述移动平台停止移动时控制所述驱动组件带动所述机械臂工作(完成目标任务)。

在本实施例中，所述移动机械臂装置还包括：与主控制模块电性连接的陀螺仪和加速度计；所述陀螺仪和加速度计均设置在所述移动平台上；所述陀螺仪适于检测所述移动平台的转向角度；所述加速度计适于检测移动平台的加速度；所述主控制模块适于根据避障路线通过转向角度和加速度控制移动平台机构移动，即根据转向角度控制所述移动平台机构转向，根据加速度控制移动平台机构的速度

综上所述，本实用新型通过终端和移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作，提升移动机械臂的自主避障能力。

本申请中选用的各个器件均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。处理器可以是一个或多个中央处理器(central processing unit，CPU)，在处理器是一个CPU的情况下，该CPU可以是单核CPU，也可以是多核CPU。通信接口可以为数据传输接口、通信接口或接收器等可被配置用于接收信息的电路或组件，

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种移动机械臂自主避障系统，其特征在于，包括：

终端和移动机械臂装置；

所述移动机械臂装置适于拍摄图像，并将图像发送至所述终端；

所述终端适于对图像进行处理，并将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置；

所述移动机械臂装置适于根据处理后的图像生成避障路线，以进行避障和工作。

2.如权利要求1所述的移动机械臂自主避障系统，其特征在于，

所述终端包括：终端处理器模块，以及与该终端处理器模块电性连接的终端通信模块和人机交互模块；

所述终端通信模块适于接收所述移动机械臂装置发送的图像，并将图像发送至所述终端处理器模块；

所述人机交互模块适于显示图像，并且通过所述人机交互模块适于对图像进行处理，即

在图像中标记障碍物位置和目标点位置；

所述终端通信模块适于将处理后的图像发送至所述移动机械臂装置。

3.如权利要求2所述的移动机械臂自主避障系统，其特征在于，

所述移动机械臂装置包括：主控制模块，以及与该主控制模块电性连接的机械臂通讯模块、摄像模块、移动平台机构和机械臂机构；

所述摄像模块和所述机械臂机构均设置在所述移动平台机构上；

所述主控制模块适于控制所述摄像模块拍摄移动平台机构各个方向上的图像；

所述主控制模块适于通过所述机械臂通讯模块将图像发送至所述终端通信模块，并且通过所述机械臂通讯模块接收处理后的图像；

所述主控制模块适于根据处理后的图像生成维诺图，以生成避障路线，并根据避障路线控制所述移动平台机构移动和所述机械臂机构工作。

4.如权利要求3所述的移动机械臂自主避障系统，其特征在于，

所述移动平台机构包括：移动平台、若干驱动轮和若干电机；

各驱动轮和各电机一一对应；

所述驱动轮和电机均设置在所述移动平台的底部；

所述主控制模块适于根据避障路线控制电机带动驱动轮运动，以带动所述移动平台移动，使移动平台避开障碍物位置，并在目标点位置停止移动。

5.如权利要求4所述的移动机械臂自主避障系统，其特征在于，

所述机械臂机构包括：驱动组件和机械臂；

所述驱动组件和所述机械臂连接，并且所述驱动组件和所述机械臂均设置在所述移动平台上；

所述主控制模块适于在所述移动平台停止移动时控制所述驱动组件带动所述机械臂工作。

6.如权利要求5所述的移动机械臂自主避障系统，其特征在于，

所述移动机械臂装置还包括：与主控制模块电性连接的陀螺仪和加速度计；

所述陀螺仪和加速度计均设置在所述移动平台上；

所述陀螺仪适于检测所述移动平台的转向角度；

所述加速度计适于检测移动平台的加速度；

所述主控制模块适于根据避障路线通过转向角度和加速度控制移动平台机构移动。

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