机械手组装方法、计算机可读存储介质及智能机械手与流程

本发明涉及机械手技术领域，特别涉及机械手组装方法、计算机可读存储介质及智能机械手。

背景技术：

随着自动化技术的迅速发展，如今在工业生产中通常会使用机械手来降低人工成本以及提高生产效率。机械手是一种能模仿人手臂动作，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其可在三维方向上自由运动，从而可对位于不同工位上的物件或工具进行操作。

机械手包括机械臂和安装在机械臂上的夹爪，夹爪受机械臂驱动位移从而能抓取不同位置上的物件。在抓取不同尺寸的物件时，需采用尺寸适应于物件的夹爪，故在自动化生产过程中经常会更换机械手上的夹爪，为了不拖慢生产过程，机械手的夹爪需能快速更换。专利文献cn107696059a公开了一种快速更换机械手手爪的可适应接口，其包括手腕(相当于机械臂)连接端和手爪(相当于夹爪)连接件，手爪连接件设有配合块，手腕连接端设有配合腔，配合腔开有供配合块穿过的窗口。在组装机械手时，需先令配合块穿过窗口进入到配合腔内，再令配合块在配合腔内转动卡紧从而实现机械手的快速组装；在拆卸机械手时，只需反序操作即可，从而实现快速更换手爪。但是，在上述组装机械手的过程中，需先令配合块位置和位姿角度都对准配合腔的窗口，才能令配合块穿过窗口进入到配合腔内，即需要令机械臂位置和位姿角度都对准夹爪才能实现机械手的组装。现有技术中，可令机械臂运动直至其位置对应于待组装夹爪，但无法令机械臂的位姿角度调整至组装角度以对准待组装夹爪，故不能实现机械手的组装。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何令机械臂与待组装夹爪进行组装。

为解决上述技术问题，本发明提供机械手组装方法，包括如下步骤：

d.令机械臂与待组装夹爪作相对运动进行组装；

其特征是，还包括在所述步骤d之前依次执行的如下步骤：

a.令所述机械臂和摄像头一起运动直至其位置对应于设有角度识别图形的所述待组装夹爪；

b.利用所述摄像头识别所述待组装夹爪上的所述角度识别图形；

c.根据所识别到的所述角度识别图形的位姿角度分析出所述机械臂的位姿角度，若所述机械臂的位姿角度与预设的组装角度相比偏差超过预设程度，则令所述机械臂旋转直至所述偏差不超过所述预设程度，以使所述机械臂对准所述待组装夹爪。

优选地，所述角度识别图形具体是二维码。

优选地，在所述步骤c中，根据所述角度识别图形的位姿角度分析出所述机械臂的位姿角度具体地：识别所述二维码中的三个定位框，根据这三个定位框的相对位置反推出所述机械臂的位姿角度。

优选地，根据所述三个定位框的相对位置反推出所述机械臂的位姿角度具体地：根据所述三个定位框的相对位置分析得到所述二维码的对角定位框，取所述二维码的对角定位框之间的连线作为符合预设的组装角度的定位线，获取所述摄像头拍摄到的图像中反映所述机械臂位姿角度的识别线，根据所述定位线与所述识别线之间的角度偏差得出所述机械臂的位姿角度。

优选地，包括在机械手组装之前执行的识别线拟合步骤如下：在接收到来自输入装置的识别线拟合信号之后，利用所述摄像头拍摄所述二维码以识别其对角定位框，再根据所述对角定位框之间的连线所处的位置，在所述摄像头拍摄到的图像中拟合出位置相同的所述识别线。

优选地，若所述定位线与所述识别线之间的角度偏差大于0，则在所述步骤c中认为所述机械臂的位姿角度与预设的组装角度相比偏差超过所述预设程度。

优选地，在所述步骤d中，在令所述机械臂与所述待组装夹爪作相对运动进行组装之前，根据所识别到的所述二维码的边长与预设的长度相差的程度分析出所述机械臂与所述待组装夹爪之间的距离，据此控制所述机械臂与所述待组装夹爪相互靠近。

优选地，在所述步骤d中，在令所述机械臂与所述待组装夹爪作相对运动进行组装之前，根据所识别到的所述二维码的边长与预设的长度相差的程度分析出所述机械臂与所述待组装夹爪之间的距离，据此控制所述机械臂与所述待组装夹爪相互靠近。

优选地，在所述步骤a中，令所述机械臂和所述摄像头一起运动具体是令所述机械臂带着所述摄像头运动。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的机械手组装方法中的步骤。

本发明还提供一种智能机械手，包括机械臂、摄像头和控制装置，所述控制装置分别电连接所述机械臂和所述摄像头，所述控制装置包括相互连接的计算机可读存储介质和处理器，计算机可读存储介质如上所述。

优选地，所述摄像头安装在所述机械臂上，所述机械手组装方法如上。

优选地，包括所述待组装夹爪。

本发明具有以下有益效果：因为机械臂和摄像头一起运动，所以摄像头的位置和位姿角度就是机械臂的位置和位姿角度，因此，在利用摄像头识别到角度识别图形之后，可根据该角度识别图形的位姿角度分析出摄像头的位姿角度，从而得到机械臂的位姿角度；在令机械臂位置对应于待组装夹爪，并令机械臂旋转直至其位姿角度与组装角度相比偏差不超过预设程度之后，机械臂就对准待组装夹爪，从而可令机械臂与待组装夹爪作相对运动进行组装。

附图说明

图1是智能机械手的示意图；

图2是臂部连接件的示意图；

图3是爪部连接件的示意图；

图4是换爪辅助件的示意图。

附图标记说明：1-机械臂；2-夹爪；3-换爪机构；4-臂部连接件；5-爪部连接件；6-盖体；7-轴柱；8-卡接头；9-摄像头；10-底座；11-卡接槽；12-圆形卡接空间；13-卡接口；14-封闭端；15-固定环；16-换爪辅助件；17-缺口；18-固定柱。

具体实施方式

下文提及的控制装置包括相互连接的计算机可读存储介质和处理器，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现控制装置的功能。

智能机械手如图1所示，包括机械臂1和用于抓取物体的夹爪2，夹爪2利用换爪机构3安装在机械臂1上，使得机械臂1能驱动夹爪2移动。换爪机构3包括臂部连接件4和爪部连接件5，其中，臂部连接件4固定安装在机械臂1末端，爪部连接件5固定安装在夹爪2顶部，因此，令臂部连接件4与爪部连接件5相互连接就可令机械臂1与夹爪2相互组装。

臂部连接件4如图2所示，包括圆形盖体6和设在盖体6底部中心处的轴柱7，在轴柱7的侧壁靠近底端处径向凸出有三个卡接头8，这三个卡接头8环周分布在轴柱7的三等分位置上。在轴柱7的底部中心设有朝下的摄像头9。

爪部连接件5如图3所示，包括圆形底座10和三个设在底座10上的卡接槽11，这三个卡接槽11环周分布在底座10的三等分位置上，且三个卡接槽11的槽口径向相对，共同对准底座10的圆心处，三个卡接槽11的槽底为弧型并沿着底座10的边缘侧向设置，底座10的被三个卡接槽11围住的部位下凹从而形成圆形卡接空间12，在圆形卡接空间12的中心印有或贴有作为角度识别图形的二维码(图中未示出)。各个卡接槽11，朝逆时针方向的一端敞开以形成卡接口13，朝顺时针方向的一端封闭以形成封闭端14。底座10在相对的两侧外各设有一个固定环15。智能机械手在组装和换爪时需与图4所示的换爪辅助件16相互配合，换爪辅助件16上开有两个缺口17作容纳夹爪2之用，在每个缺口17两侧朝上伸出有两个固定柱18，待组装夹爪2放置在换爪辅助件16的两个缺口17中，则待组装夹爪2的爪部连接件5两侧的固定环15分别套在两个固定柱18上，从而使得待组装夹爪2不能转动。

本实施例中，智能机械手设有控制装置(图中未示出)，该控制装置电连接机械臂1及其上的摄像头9。在组装智能机械手之前，人工将机械臂1及其上的摄像头9移至位置对应于夹爪2，并令机械臂1的臂部连接件4上的各个卡接头8分别对准夹爪2的爪部连接件5上的各个卡接口13，此时机械臂1的位姿角度符合预设的组装角度；然后用户利用输入装置(图中未示出，例如按键)向控制装置输入识别线拟合信号，控制装置在接收到该识别线拟合信号之后执行识别线拟合步骤如下：控制相关电路令摄像头9拍摄爪部连接件5上的二维码，从中识别分别位于该二维码左下角、左上角和右上角的三个定位框，然后根据这三个定位框的相对位置分析得到该二维码左下角及右上角的两个对角定位框，再根据这两个对角定位框之间的连线所处的位置，在摄像头9此次拍摄到的图像中拟合出位置相同的识别线。在摄像头9之后拍摄图像的过程中，该识别线将会出现在后来拍摄到的图像的相同位置，如此则该识别线的方向会跟随机械臂1的位姿角度变化。

然后组装智能机械手，详述如下。首先，控制装置控制相关电路令机械臂1带着臂部连接件4上的摄像头9运动直至其位置对应于放置在换爪辅助件16上的其中一个待组装夹爪2，此时机械臂1的位姿角度不符合预设的组装角度，使得臂部连接件4上的各个卡接头8没有对准爪部连接件5的各个卡接口13前方，但若要使机械臂1与待组装夹爪2能进行组装，则需令臂部连接件4上的各个卡接头8对准爪部连接件5的各个卡接口13前方，即需要令机械臂1的位姿角度符合预设的组装角度，为此，控制装置利用摄像头9进行拍摄，在拍摄到的图像中会存在上述识别线，识别线的方向反映了机械臂1的位姿角度，并且，在机械臂1的位姿角度符合预设的组装角度时，图像中的识别线就会平行于待组装夹爪2的爪部连接件5上的二维码的对角定位框之间的连线。当摄像头9拍摄得到待组装夹爪2的爪部连接件5上的二维码时，从中识别分别位于该二维码左下角、左上角和右上角的三个定位框，然后根据这三个定位框的相对位置分析得到该二维码左下角及右上角的两个对角定位框；再取二维码的两个对角定位框之间的连线作为符合预设的组装角度的定位线，然后对比图像中的定位线和识别线，得到该定位线与该识别线之间的角度偏差大于0，即该定位线与该识别线不平行，故控制装置据此得知机械臂1的位姿角度与预设的组装角度相比偏差超过预设程度，从而反推得知机械臂1的位姿角度不符合预设的组装角度，故控制装置控制相关电路令机械臂1按照定位线与识别线之间的具体角度偏差进行旋转，直至定位线与识别线相互平行，则使得机械臂1的位姿角度与预设的组装角度相比偏差不超过预设程度，此时臂部连接件4上的各个卡接头8分别对准爪部连接件5的各个卡接口13，即机械臂1位姿角度对准待组装夹爪2。然后控制装置获取摄像头9所识别到的二维码的边长，并对比所识别到的二维码的边长与该二维码的实际边长之间相差的程度，因为二维码的实际边长是已知的，所以相当于对比所识别到的二维码的边长与预设的长度相差的程度，然后根据该相差的程度分析出机械臂1与待组装夹爪2之间的距离(具体分析方式是本领域常规技术手段，在此不赘述)，控制装置据此控制机械臂1下移靠近待组装夹爪2，直至臂部连接件4上的各个卡接头8分别位于爪部连接件5的各个卡接口13前方，然后控制装置控制相关电路令机械臂1绕其中心轴顺时针旋转60°，使得各个卡接头8卡进各个卡接槽11中，从而完成机械臂1与待组装夹爪2的组装。

在需要更换夹爪2时，用户先把新的夹爪2放置在换爪辅助件16的其中一个缺口17上，然后控制装置控制相关电路令机械臂1驱动夹爪2带着其上的爪部连接件5伸入至换爪辅助件16空置的缺口17中，再将爪部连接件5两侧的固定环15分别套在两个固定柱18上，这样夹爪2就固定在换爪辅助件16上从而不能转动。然后控制装置控制相关电路令机械臂1绕其中心轴逆时针旋转60°，臂部连接件4上的各个卡接头8就从爪部连接件5的各个卡接槽11中退出，然后令机械臂1远离夹爪2就完成了机械臂1与夹爪2之间的拆卸，然后控制装置控制相关电路令机械臂1对换爪辅助件16上新的夹爪2进行上述的组装过程，就完成了夹爪2的更换。

可以理解的是，本文所述的示例和实施例仅用于说明的目的，并且据此所作的各种修改或变形将被建议给本领域技术人员，且将被包括在本申请的精神和范围内以及附加的权利要求书的范围内。