一种机械臂的抓取方法、系统及机械臂与流程

本申请属于自动化技术领域，尤其涉及一种机械臂的抓取方法、系统及机械臂。

背景技术：

机械臂是一种模仿人手的机械结构，例如平面多关节机器人、码垛机等，其一般具有多个关节臂和设置在最末关节臂上的执行端，在执行端上安装各种执行部件，通过自动化控制，将执行端在空间上移动至指定的坐标，实现执行部件所提供的功能，例如写字、拿取、测试等功能。机械臂在执行抓取任务时，由于物品的外形、质量以及材质等的不同，机械臂在抓取物品时，难以掌握抓取的力度，例如，抓取力度过大时容易损坏被抓取物品，力度过小又容易导致物体的脱落，难以实现智能化夹持。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机械臂的抓取方法、系统及机械臂，以解决现有技术中机械臂在抓取物体时，不能根据物体自身特性施加不同抓取力的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种机械臂的抓取方法，所述机械臂的抓取方法包括：

接收抓取指令，根据所述抓取指令获取目标物品所在的空间位置；

根据所述空间位置计算机械臂抓取所述目标物品时的移动路径；

沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述待抓取物体，其中，所述执行端用于抓取物体；

检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力；

控制所述机械臂以所述抓力完成目标物品的抓取。

本申请实施例的第二方面提供了一种机械臂的抓取系统，所述机械臂的抓取系统包括：

位置获取单元，用于接收抓取指令，根据所述抓取指令获取目标物品所在的空间位置；

计算单元，用于根据所述空间位置计算机械臂抓取所述目标物品时的移动路径；

检测单元，用于检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力；

控制单元，用于沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述待抓取物体，其中，所述执行端用于抓取物体；还用于控制所述机械臂以所述抓力完成目标物品的抓取。

本申请实施例的第三方面提供了一种机械臂，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如所述机械臂的抓取方法任一项所述方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如所述机械臂的抓取方法任一项所述方法的步骤。

本申请提供的实施例中机械臂在接收到抓取指令后，根据抓取指令检测检测目标物品所在的空间位置，然后根据目标物品所在的空间位置计算机械臂抓取目标物品时的移动路径，控制机械臂沿所计算的移动路径移动，直至机械臂上的执行端碰触到目标物品。在所述执行端碰触到目标物品后，检测执行端受到的来自目标物品的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对目标物品的抓力，然后控制执行端根据所确定的抓力完成目标物品的抓取。这一过程中，可以根据计算的移动路径使执行端准确的移动，并在合适的位置处抓取目标物品；然后根据执行端所受到的反作用力确定对当前目标物品合适的抓力，保证了抓取目标物品过程中，既不会由于抓取力度小而使目标物品掉落，也不会因力度过大而损坏目标物品。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供一种机械臂的抓取方法的实现流程示意图；

图2是本申请实施例提供的爪状结构执行端的机械臂抓取物体的示意图；

图3是本申请实施例提供的图1中步骤S12的实现流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种机械臂的抓取系统的示意图；

图5是本申请实施例提供的机械臂的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

本申请提供的实施例中机械臂在接收到抓取指令后，根据抓取指令检测检测目标物品所在的空间位置，然后根据目标物品所在的空间位置计算机械臂抓取目标物品时的移动路径，控制机械臂沿所计算的移动路径移动，直至机械臂上的执行端碰触到目标物品。在所述执行端碰触到目标物品后，检测执行端受到的来自目标物品的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对目标物品的抓力，然后控制执行端根据所确定的抓力完成目标物品的抓取。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

图1示出了本申请实施例提供的一种机械臂的抓取方法的实现流程示意图，详述如下：

步骤S11，接收抓取指令，根据所述抓取指令获取目标物品所在的空间位置；

本申请提供的实施例中机械臂在接收到用户发送的抓取指令后，根据所述抓取指令分析确定所要抓取的目标物品的相关信息，如目标物品的种类、材质、大小等；然后检测目标物品所处的空间位置。

其中，所述机械臂上安装有执行端，执行端用于抓取目标物品。所述执行端可以是爪状、也可以是吸盘状，如图2所示了具有爪状结构执行端的机械臂抓取物体的示意图，机械臂(主体未显示出)在抓取目标物品21时，由机械臂的执行端对目标物品进行固定，然后抓起；可选地，所述执行端由两个或两个以上的抓抓22构成。通过视觉识别的方式获取目标物品的空间位置，例如，通过摄像头检测目标物品所在的位置；进一步地，所述目标物品可包含多个物体，此时，获取每个物体的空间位置，由每个物体的空间位置组成所述目标物品的空间位置，在抓取时，对每个物体逐个抓取。

步骤S12，根据所述空间位置计算机械臂抓取所述目标物品时的移动路径；

该步骤中根据所识别出的目标物品的空间位置以及机械臂当前所处的位置，计算机械臂的执行端移动到目标物品的移动路径。例如，计算机械臂移动时的方向以及执行端抓取目标物品的抓取角度等。

可选地，在计算时可以预先选定坐标原点建立坐标系，然后根据选择的坐标原点计算目标物品的坐标以及执行端当前的坐标，从而确定执行端抓取目标物品时的移动路径。当然，用户也可以预先设定计算移动路径的方法以使机械臂能准确的抓取到目标物品。

步骤S13，沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述目标物品，其中，所述执行端用于抓取物质；

本申请提供的实施例中控制机械臂沿所计算出的移动路径进行移动，在移动过程中监测所述执行端是否碰触到目标物品；若监测到所述执行端已碰触到目标物品，则停止机械臂的移动。其中，所述移动路径中包括机械臂由当前位置移动到目标物质所在位置过程中的路径，以及执行端接触到目标物品过程中的抓取路径。

进一步地，在确定所述执行端是否碰触到目标物品时，同样可以通过视觉识别的方式，获取二者的照片，并判断执行端是否碰触到目标物品；或者通过检测执行端是否受到来自目标物品的反作用力，并根据反作用力的大小确定执行端是否碰触到目标物质。

可选地，机械臂移动的过程中，检测所述移动路径上是否出现障碍物；在有障碍物出现时，检测所述障碍物的形状及尺寸；根据所述障碍物的形状及尺寸确定绕过障碍物的路径，并控制机械臂按照计算的路径绕过所述障碍物。当机械臂绕过所述障碍物后，根据机械臂当前位置偏离所述移动路径的程度，控制机械臂移动到所述移动路径上，以在所述移动路径上继续移动机械臂。步骤S14，检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力；

该步骤中，所述执行端碰触到目标物品后，检测执行端所受到的反作用力；执行端在抓取目标物品时，在二者接触位置处对目标物品施加抓力，以抓取所述目标物品，相应的执行端同时受到来自目标物品的反作用力；所述反作用力与所述抓力的大小相同。为了确定对当前目标物品合适的抓力，检测执行端所受到的反作用力；若检测到所述反作用力达到该目标物品对应的作用力值，则确定当前执行端对目标物品所施加的抓力为适于抓取该目标物品的力度。

步骤S15，控制所述机械臂以所述抓力完成目标物品的抓取。

具体地，根据步骤S14中确定的抓力，控制机械臂以所确定的抓力抓取目标物品。

本申请提供的实施例中机械臂在接收到抓取指令后，根据抓取指令检测检测目标物品所在的空间位置，然后根据目标物品所在的空间位置计算机械臂抓取目标物品时的移动路径，控制机械臂沿所计算的移动路径移动，直至机械臂上的执行端碰触到目标物品。在所述执行端碰触到目标物品后，检测执行端受到的来自目标物品的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对目标物品的抓力，然后控制执行端根据所确定的抓力完成目标物品的抓取。这一过程中，可以根据计算的移动路径使执行端准确的移动，并在合适的位置处抓取目标物品；然后根据执行端所受到的反作用力确定对当前目标物品合适的抓力，保证了抓取目标物品过程中，既不会由于抓取力度小而使目标物品掉落，也不会因力度过大而损坏目标物品。

可选地，图3示出了本申请另一实施例中提供的上述步骤S12的实现流程示意图，包括：

步骤S31，根据所述空间位置计算所述执行端对所述目标物品的抓取角度；

该步骤中，根据目标物品所处的空间位置以及执行端当前的位置和状态，计算执行端接触目标物品时的抓取角度，例如：执行端以相对当前状态向上旋转30度后再像目标物物品移动。

步骤S32，根据所述抓取角度确定机械臂的移动方向及距离；

具体地，计算执行端的抓取角度后，确定执行端在此抓取角度下需要移动的距离和方向。

步骤S33，根据所述移动方向及距离和所述抓取角度确定所述机械臂的移动路径。

可选地，在本申请提供的另一实施例中所述沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述待抓取物体，包括：

沿所述移动路径移动所述机械臂的过程中，检测所述执行端所受到的反作用力；

若所述执行端所受到的反作用力大于第一预设值，则判定所述执行端碰触到所述目标物品。

该步骤中，确定机械臂的执行端是否接触到目标物品时，在机械臂移动过程中实时监测执行端是否受到来自目标物品的反作用力；若存在反作用力，则判断所述反作用力与第一预设值的关系；在执行端受到的反作用力大于第一预设值时，确定执行端碰触到目标物品。

可选地，在本申请提供的另一实施例中所述检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力，包括：

在所述执行端碰触到所述目标物品之后，逐级增大所述执行端的抓力；

检测所述执行端受到的来自所述目标物品的反作用力；

若所述反作用力达到第二预设值，则获取此时执行端对应的抓力；以所述此时执行端对应的抓力作为抓取所述目标物品的抓力。

该步骤中，在执行端碰触到目标物品之后，以一定的频率逐渐增大执行端对目标物品的抓力，如以每秒5N的频率，增大执行端的抓力。同时，检测执行端所受到的反作用力，判断执行端所受到的反作用力是否达到第二预设值，在达到第二预设值时，记录此时执行端对目标物品所施加的抓力，并将此时的抓力作为抓取目标物品合适的抓力。

可选地，在本申请提供的另一实施例中所述机械臂的抓取方法还包括：

获取机械臂抓取待抓取物时，执行端所受到的反作用力的第二预设值，其中，所述第二预设值根据目标物品的特征信息确定；

实施例二：

对应于上文实施例所述的机械臂的抓取方法，图4示出了本申请实施例提供的机械臂的抓取系统的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

参照图4，该机械臂的抓取系统包括：位置获取单元41、计算单元42、检测单元43、控制单元44，其中：

位置获取单元41，用于接收抓取指令，根据所述抓取指令获取目标物品所在的空间位置；

计算单元42，用于根据所述空间位置计算机械臂抓取所述目标物品时的移动路径；

检测单元43，用于检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力；

控制单元44，用于沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述待抓取物体，其中，所述执行端用于抓取物体；还用于控制所述机械臂以所述抓力完成目标物品的抓取。

进一步地，所述计算单元42，包括：

抓取角度计算模块，用于根据所述空间位置计算所述执行端对所述目标物品的抓取角度；

移动方向确定模块，用于根据所述抓取角度确定机械臂的移动方向；

移动路径确定模块，用于根据所述移动方向和所述抓取角度确定所述机械臂的移动路径。

进一步地，所述检测单元43，包括：

施力模块，用于在所述执行端碰触到所述目标物品之后，逐级增大所述执行端的抓力；

反作用力检测模块，用于检测所述执行端受到的来自所述目标物品的反作用力；

抓取模块，用于在所述反作用力达到第二预设值时，获取此时执行端对应的抓力；以所述此时执行端对应的抓力作为抓取所述目标物品的抓力。

进一步地，所述控制单元44，包括：

移动模块，用于在沿所述移动路径移动所述机械臂的过程中，检测所述执行端所受到的反作用力；

判定模块，用于在所述执行端所受到的反作用力大于第一预设值时，判定所述执行端碰触到所述目标物品。

进一步地，所述机械臂的抓取系统还包括：

第二预设值获取单元，用于获取机械臂抓取待抓取物时，执行端所受到的反作用力的第二预设值，其中，所述第二预设值根据目标物品的特征信息确定。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

实施例三：

图5是本申请一实施例提供的机械臂的示意图。如图5所示，该实施例的机械臂5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个机械臂的抓取方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S11至S15。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块41至44的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述机械臂5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成：位置获取单元、计算单元、检测单元、控制单元，其中：

位置获取单元，用于接收抓取指令，根据所述抓取指令获取目标物品所在的空间位置；

计算单元，用于根据所述空间位置计算机械臂抓取所述目标物品时的移动路径；

检测单元，用于检测所述执行端所受到的反作用力，根据所述反作用力确定执行端对所述目标物品的抓力；

控制单元，用于沿所述移动路径移动所述机械臂，直至机械臂的执行端碰触到所述待抓取物体，其中，所述执行端用于抓取物体；还用于控制所述机械臂以所述抓力完成目标物品的抓取。

进一步地，所述计算单元，包括：

抓取角度计算模块，用于根据所述空间位置计算所述执行端对所述目标物品的抓取角度；

移动方向确定模块，用于根据所述抓取角度确定机械臂的移动方向；

移动路径确定模块，用于根据所述移动方向和所述抓取角度确定所述机械臂的移动路径。

进一步地，所述检测单元，包括：

施力模块，用于在所述执行端碰触到所述目标物品之后，逐级增大所述执行端的抓力；

反作用力检测模块，用于检测所述执行端受到的来自所述目标物品的反作用力；

抓取模块，用于在所述反作用力达到第二预设值时，获取此时执行端对应的抓力；以所述此时执行端对应的抓力作为抓取所述目标物品的抓力。

进一步地，所述控制单元，包括：

移动模块，用于在沿所述移动路径移动所述机械臂的过程中，检测所述执行端所受到的反作用力；

判定模块，用于在所述执行端所受到的反作用力大于第一预设值时，判定所述执行端碰触到所述目标物品。

进一步地，所述机械臂的抓取系统还包括：

第二预设值获取单元，用于获取机械臂抓取待抓取物时，执行端所受到的反作用力的第二预设值，其中，所述第二预设值根据目标物品的特征信息确定。

所述机械臂可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是机械臂5的示例，并不构成对机械臂5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机械臂还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器51可以是所述机械臂5的内部存储单元，例如机械臂5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述机械臂5的外部存储设备，例如所述机械臂5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述机械臂5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述机械臂所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

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，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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，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讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，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，在本申请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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/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，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。