视觉识别自动拿取方法和机械臂与流程

本发明涉及自动化的技术领域，尤其涉及机械臂的自动拿取。

背景技术：

机械臂是一种模仿人手的机械结构，其具有能够在空间三个坐标上移动的执行端。通过特殊的位置检测和动力控制，使机械臂能智能化够模拟人手，实现人手的部分功能，拿取即是其中一个重要功能。

在拿取操作中，执行端移动至目标物的附近，通过真空吸附、夹爪夹取等方式将目标物拿起，然后驱动执行端移动至目的地，将目标物放下，完成拿取过程。为了使拿取更加智能化，现有技术中的机械臂通过视觉识别的方式，自动识别目标物的位置，移动执行端靠近并拿取目标物。在视觉识别参与的拿取过程中，往往只能识别到目标物的位置，而无法精确判断其形状，因此拿取时只能拿取预设参数的目标物，例如流水线分拣尺寸、重量已知的产品，在面对未预设参数的目标物时，例如面对堆在一起的尺寸、形状各不相同的积木，如果简单的采用视觉识别位置然后拿取的方式，由于目标物的形状尺寸各异，机械臂无法判断目标物的正确拿取位置，容易导致拿取失败或者拿取后跌落等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供视觉识别自动拿取方法和机械臂，旨在解决现有技术中的机械臂无法在拿取时判断目标物的正确拿取位置，导致容易拿取失败或者拿取后跌落的问题。

本发明是这样实现的，提供视觉识别自动拿取方法，用于机械臂智能化拿取目标物，所述机械臂具有用于拿取的执行结构，包括：视觉采集所述目标物的形状、尺寸，获取数字模型；计算所述数字模型的重心，然后按照所述重心的位置驱动所述执行结构拿取所述目标物。

进一步地，设竖直方向穿过所述目标物重心的直线为重心轴线，所述执行结构包括同时作用于所述目标物侧壁上的两个夹爪，各所述夹爪与所述目标物侧壁的接触点之间连线穿过所述重心轴线。

进一步地，设竖直方向穿过所述目标物重心的直线为重心轴线，所述执行结构包括同时作用于所述目标物侧壁上的多个夹爪，多个所述夹爪与所述目标物侧壁的接触点围合构成作用图形，所述重心轴线穿过所述作用图形。

进一步地，所述重心轴线穿过所述作用图形的重心点。

进一步地，所述执行结构包括作用于所述目标物上端面的吸盘，所述目标物为具有规则端面的棱柱结构，所述目标物上端面的重心作为所述吸盘的作用点。

进一步地，所述执行结构包括作用于所述目标物上端面的吸盘，所述目标物为具有不规则端面的棱柱结构；确定与所述目标物上端面外接的最小规则图形，以所述最小规则图形的几何中心为原点，参照所述最小规则图形与所述目标物上端面边沿之间的多个空缺区域获得变换矢量a，将所述原点按照所述变化矢量a移动后作为所述吸盘的作用点。

进一步地，所述变换矢量a的计算方式为：以所述原点建立平面坐标系，计算各个所述空缺区域的面积并且按照其相对所述原点的位置确定方向，由面积和方向确定偏移矢量b，全部偏移矢量b相加得到所述变换矢量a。

进一步地，所述执行结构为同时作用于所述目标物上端面的多个吸盘，所述目标物的重心在其上端面的投影点位于多个所述吸盘的围合成的图形内。

本发明还提供了机械臂，包括执行端，以及，视觉采集结构：用于采集目标物的形状和尺寸；处理电路：用于根据所述目标物的形状和尺寸建立数字模型，并且计算寻找其重心位置；执行结构，安装于所述执行端，用于根据重心位置拿取所述目标物。

进一步地，所述执行结构包括夹爪或吸盘。

与现有技术相比，本发明中的视觉识别自动拿取方法和机械臂，在拿取前通过视觉识别然后计算的方式，智能化确定目标物的重心，然后根据其重心位置驱动执行结构拿取目标，能够平稳的将目标拿起，避免了拿取后跌落的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的视觉识别自动拿取方法的示意图；

图2为本发明实施例二提供的视觉识别自动拿取方法的示意图；

图3为本发明实施例三提供的视觉识别自动拿取方法的示意图；

图4为本发明实施例四提供的视觉识别自动拿取方法的示意图；

图5为本发明实施例五提供的视觉识别自动拿取方法的示意图；

图6为本发明实施例六提供的机械臂的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

实施例一：

如图1和图6所示，本实施例中提供视觉识别自动拿取方法，用于机械臂1智能化拿取目标物2，机械臂1具有用于拿取的执行结构11。

视觉识别自动拿取方法包括：

通过视觉采集目标物2的形状、尺寸，获取其数字模型；

计算数字模型的重心，然后按照重心位置驱动执行结构11拿取目标物2。

执行结构1111a直接按照目标物2的重心位置为作用位置，在拿取的过程中能够稳稳的作用于目标物2的重心位置，在拿取的过程中不易出现跌落等问题。

在本实施例中，执行结构11为同时作用于目标物2侧壁上的两个夹爪11a，也即通过两点与目标物2的侧壁接触作用。

当确定目标物2的重心后，设重心的直线为重心轴线21，则各夹爪11a与目标物2侧壁的接触点之间连线穿过重心轴线21，使得两个夹爪11a能够准确的施力于重心轴线21上，将目标物2夹紧。

实施例二：

如图2和图6所示，本实施例中的执行结构11为同时作用于目标物2侧壁上的多个夹爪11b，由于夹爪11b的数量为多个，因此其与目标物侧壁之间具有多个接触点，多个接触点围合构成作用图形11b1，则重心轴线21穿过作用图形11b1。使目标物2的中线轴线位于多个夹爪11b的作用点之间，准确的施力于重心轴线21上，将目标物2夹紧。

优选的，作用图形11b1自身的重心点位置，即为重心轴线21与作用图形11b1重合的点。

实施例三：

如图3和图6所示，本实施例中的执行结构11为作用于目标物2上端面的吸盘11c，目标物2为具有规则端面的棱柱结构，目标物2上端面的重心作为吸盘11c的作用点。

由于棱柱结构本身具有一定空间规则性，其重心在上端面的投影即为其上端面的重心点，选择该点作为吸盘11c的作用点，即可准确的施力于重心轴线21上，将目标物2吸紧。

实施例四：

如图4和图6所示，本实施例中的执行结构11同样为作用于目标物2a上端面的吸盘11c，与实施例三所不同的在于，本实施例中的目标物2a为具有不规则端面的棱柱结构。

由于端面不规则，难以直接确定出其重心位置，因此本实施例中采用近似模拟的方式确定，具体的方法为：确定与目标物2上端面外接的最小规则图形2a1，以最小规则图形2a1的几何中心为原点，参照最小规则图形2a1与目标物2上端面边沿之间的多个空缺区域2a11获得变换矢量a，将原点按照变化矢量a移动后作为吸盘11c的作用点。

也即，如果某方向上的空缺区域2a11面积越大，则该目标物2的实际重心相对原点沿该空缺区域2a11的相反方向偏离越远，根据这个原则，即可获得变换矢量a，将原点按照变换矢量a移动后的点即可看作目标物2端面的重心位置，该处作为吸盘11c的作用点即可保证将目标物2吸紧。

变换矢量a的具体计算方式为：以原点建立平面坐标系，计算各个空缺区域2a11的面积并且按照其相对原点的位置确定方向，由面积和方向确定偏移矢量b。对应的空缺区域2a11面积越大，偏移矢量b的值越大。偏移矢量b的方向为：从对应空缺区域2a11指向原点。

确定所有空缺区域2a11对应的偏移矢量b之后，将全部偏移矢量b相加即可得到变换矢量a。然后按照变换矢量a移动原点，即可得到目标物2端面的重心位置。

实施例五：

如图5和图6所示，本实施例中的执行结构11为同时作用于目标物2上端面的多个吸盘11d，目标物2的重心在其上端面的投影点(也即目标2的重心轴21的投影)位于多个吸盘11d的围合成的图形内。换言之，目标物2的重心轴线21位于多个吸盘之间，与实施例二的原理近似，能够保证对目标物2的平稳实力，将目标物2紧紧吸住。

实施例六：

如图6所示，本实施例中提供了机械臂1，包括执行端12、视觉采集结构14、处理电路13、和执行结构11。

其中，视觉采集结构14用于采集目标物2的形状和尺寸，应当至少包括两个摄像头、相机等拍摄结构，位于不同的方向，对目标物2拍摄并采集其信息。

处理电路13用于根据目标物2的形状和尺寸建立数字模型，并且计算寻找其重心位置。

执行结构11，安装于执行端12，用于根据重心位置拿取目标物2。

由于本实施例中的机械臂1根据计算后能够直接作用于目标物2的重心位置，将目标物2拿取，具有一定的智能化拿取能力，在拿取的过程中不易出现脱落等情况。

执行结构11可包括夹爪或吸盘，夹爪的数量可以为两个或多个，同时作用于目标物2的侧壁，将目标物2抓起；吸盘的数量可以为一个或多个，同时作用于目标物2的上端面，将目标物吸取。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。