一种集成了2D、3D相机和激光器的机器人智能传感模块的制作方法

本发明涉及工业机器人技术领域，具体是一种集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块。

背景技术：

随着劳动力成本的不断提高以及工业机器人控制、规划、识别方法的不断发展，用工业机器人代替人工进行自动化生产的程度越来越高。工业机器人最基本的使用方法不安装任何传感器，只能通过示教或者编程在固定的场景中进行一些固定的动作。随着机器人应用环境和目标任务越来越复杂多变，需要在环境中或者在机器人本体上安装一些传感器，目前遇到以下问题：1、在环境中安装的各类传感器需要和机器人本体进行标定，数据精度难以保证，而且传感器会由于机器人的遮挡产生很多盲区；2、在机器人本体上安装传感器需要用户自行非标设计，费时费力，而且当传感器数量增多时布置困难，各种接线繁乱，可能会影响机器人的运动和各类末端工具的使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块，包括壳体、2d相机、3d相机、微处理器和电源模块；所述2d相机、3d相机、微处理器和电源模块均集成在壳体内，壳体上开设有与2d相机的镜头和3d相机的镜头相对应的通孔；所述壳体上设置有与机器人末端法兰盘和末段工具法兰盘相对应的螺栓孔；所述壳体上具有一个以太网接口和一个电源接口，微处理器的io口通过数据总线连接至壳体上的以太网接口，且微处理器通过数据线分别连接至2d相机和3d相机；所述电源模块的输入端通过电源总线连接壳体上的电源接口，且电源模块的输出端通过电源线连接至2d相机、3d相机和微处理器。

作为本发明进一步的方案：还包括激光器和晶体管开关，激光器和晶体管开关均集成在壳体内，壳体上开设有与激光器的镜头相对应的通孔，微处理器通过晶体管开关控制连接激光器，电源模块通过晶体管开关电性连接激光器。

所述的集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块的使用方法，步骤如下：

1)将该机器人智能传感模块安装在机器人末端法兰盘和末段工具法兰盘之间，将工控机的以太网线插入壳体上的以太网接口，将电源线插入壳体上的电源接口；

2)机器人运动，带动2d相机和3d相机变换数个位置和姿态，2d相机和3d相机所采集的图像传输至微控制器，微控制器将获得的图像进行简单的打包处理后，通过数据总线和以太网接口传输到工控机，工控机通过相关软件的配合自动完成2d相机和3d相机的自标定工作；

3)在步骤2)机器人运动过程中，3d相机通过机器人的运动对工作环境进行动态扫描，从而完成机器人工作环境的建模工作；

4)机器人开始执行操作任务，在此过程中，3d相机通过实时扫描感知机器人环境的变化协助机器人实时避障，2d相机协助机器人进行目标定位、目标识别和目标跟踪工作；

5)微处理器判断是否存在外部相机，若存在外部相机，则微处理器通过晶体管开关开启激光器，激光器辅助机器人完成与外部相机之间的自动标定工作，否则，不动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明机器人智能传感模块，简洁轻巧，通过便捷的安装就可以实现机器人在复杂场景下所需的多种必需功能，并且能够适配不同型号的机器人和末端工具，适用性强，适合在工业机器人领域广泛使用。

附图说明

图1为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块的整体外观示意图。

图2为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块的内部结构示意图。

图3为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块的系统示意图。

图4为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块中3d相机对环境建模的效果示意图。

图5为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块中2d相机对物体识别的示意图。

图6为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块配合机器人吸盘使用的示意图。

图7为集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块配合机器人手爪使用的示意图。

图中：1-壳体、2-2d相机、3-3d相机、4-激光器、5-微处理器、6-电源模块、7-晶体管开关、8-数据总线、9-电源总线、10-以太网接口、11-电源接口、12-螺栓孔。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-7，一种集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块，包括壳体1、2d相机2、3d相机3、微处理器5和电源模块6；所述2d相机2、3d相机3、微处理器5和电源模块6均集成在壳体1内，壳体1上开设有与2d相机2的镜头和3d相机3的镜头相对应的通孔，从而使2d相机2的镜头和3d相机3的镜头均能够从壳体1上相应的通孔探出，保证其正常工作；所述壳体1上设置有与机器人末端法兰盘和末段工具法兰盘相对应的螺栓孔12，该机器人智能传感模块在使用时安装在机器人末端法兰盘和末段工具法兰盘之间，在安装时，只需要将螺栓穿过机器人末端法兰盘、壳体1上的螺栓孔12和末段工具法兰盘即可；所述壳体1上具有一个以太网接口10和一个电源接口11，微处理器5的io口通过数据总线8连接至壳体1上的以太网接口10，且微处理器5通过数据线分别连接至2d相机2和3d相机3，在使用时，以太网接口10通讯连接至工控机，2d相机2和3d相机3所采集的图像传输至微控制器5，微控制器5将获得的图像进行简单的打包处理后，通过数据总线8和以太网接口10传输到工控机；所述电源模块6的输入端通过电源总线9连接壳体1上的电源接口11，且电源模块6的输出端通过电源线连接至2d相机2、3d相机3和微处理器5，为2d相机2、3d相机3和微处理器5供电；所述集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块，还包括激光器4和晶体管开关7，激光器4和晶体管开关7均集成在壳体1内，壳体1上开设有与激光器4的镜头相对应的通孔，从而使激光器4的镜头均能够从壳体1上相应的通孔探出，保证其正常工作，微处理器5通过晶体管开关7控制连接激光器4，微处理器5控制激光器4的工作，当存在外部相机时，微处理器5通过晶体管开关7开启激光器4，以辅助机器人完成与外部相机之间的自动标定工作，电源模块6通过晶体管开关7电性连接激光器4，用于为激光器4的工作进行供电。

本发明的工作原理是：所述集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块，通过将螺栓穿过机器人末端法兰盘、壳体1上的螺栓孔12和末段工具法兰盘，将该机器人智能传感模块安装在机器人上。安装完毕后，机器人在运动过程中，带动2d相机2和3d相机3变换数个位置和姿态，2d相机2和3d相机3所采集的图像传输至微控制器5，微控制器5将获得的图像进行简单的打包处理后，通过数据总线8和以太网接口10传输到工控机，工控机通过相关软件的配合自动完成2d相机2和3d相机3的自标定工作。标定完成后，3d相机3通过机器人的运动对工作环境进行动态扫描，从而完成机器人工作环境的建模工作，所构建的环境模型示意图如图4所示。随后，机器人就能够正常进行抓取任务，在机器人执行抓取任务的过程中，3d相机3能够通过实时扫描感知机器人环境的变化实现机器人实时避障的功能。2d相机2主要用于进行目标定位、目标识别和目标跟踪等工作，其中对目标物体进行识别的示意图如图5所示。当存在外部相机时，工控机可以向微处理器5发出控制指令，微处理器5通过晶体管开关7开启激光器4，激光器4辅助机器人完成与外部相机之间的自动标定工作。

本发明所述集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块能够配合不同类型的机器人使用，图6为本发明智能传感模块配合机器人吸盘使用的示意图。图7为本发明智能传感模块配合机器人手爪使用的示意图。本发明智能传感模块在配合不同类型的机器人工作时，使用方式类型，区别仅仅在于2d相机2所进行的目标识别工作。在应用于机器人手爪时，2d相机2用于识别物体整体的形状、距离等数据，以便于机器人手爪准确抓取物品，在应用于机器人吸盘时，2d相机2用于识别物体表面的形状、距离等数据，从而使得机器人吸盘准确吸起物体。

所述集成了2d、3d相机和激光器的机器人智能传感模块的使用方法，步骤如下：

1)将该机器人智能传感模块安装在机器人末端法兰盘和末段工具法兰盘之间，将工控机的以太网线插入壳体1上的以太网接口10，以实现该机器人智能传感模块与工控机的数据连接，将电源线插入壳体1上的电源接口11，以为该机器人智能传感模块供电；

2)机器人运动，带动2d相机2和3d相机3变换数个位置和姿态，2d相机2和3d相机3所采集的图像传输至微控制器5，微控制器5将获得的图像进行简单的打包处理后，通过数据总线8和以太网接口10传输到工控机，工控机通过相关软件的配合自动完成2d相机2和3d相机3的自标定工作；

3)在步骤2)机器人运动过程中，3d相机3通过机器人的运动对工作环境进行动态扫描，从而完成机器人工作环境的建模工作；

4)机器人开始执行操作任务，在此过程中，3d相机3通过实时扫描感知机器人环境的变化协助机器人实时避障，2d相机2协助机器人进行目标定位、目标识别和目标跟踪工作；

5)微处理器5判断是否存在外部相机，若存在外部相机，则微处理器5通过晶体管开关7开启激光器4，激光器4辅助机器人完成与外部相机之间的自动标定工作，否则，不动作。

本发明机器人智能传感模块，简洁轻巧，通过便捷的安装就可以实现机器人在复杂场景下所需的多种必需功能，并且能够适配不同型号的机器人和末端工具，适用性强，适合在工业机器人领域广泛使用。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。