基于三维机器视觉的智能机械臂系统的制作方法

本实用新型涉及机械臂技术领域，特别是一种基于三维机器视觉的智能机械臂系统。

背景技术：

在最初，工业中应用的机械臂大多是示教型机器人，通常在使用前需要预先设置好运动路线使机械臂去抓取一个位置、方向、规格均已知的物体，这样的机器人运动方式简单而且单一，虽然能够代替人类做一些简单的重复性工作，但是操作灵活性低，使用上受到较大限制，因为它没有像人类一样的视觉感知功能。一般的工业机器人是没有立体视觉的，工件存放位置、姿态、工件规格稍有改变机器人就束手无策。然而现有的通过非接触式获取物体形貌的工具如照相机、摄像机等只能以二维形式重现物体，不可避免的会造成所获物体第三维形貌信息的丢失，为了更加准确的获取物体的立体数据，定量地对物体的形貌进行描述，必须对物体的三维形貌进行准确的测量。随着现代科学研究的深入和工业生产水平的不断提高，人们对于赋予机械臂三维视觉能力的需求日益强烈。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于三维机器视觉的智能机械臂系统，能够根据不同规格的物件自动调整抓取的位置，从而实现对不同规格的物件的智能抓取处理。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

基于三维机器视觉的智能机械臂系统，包括用于输送物件的传输机构、用于采集物件的三维信息的检测机构、用于抓取物件的机械臂和用于统筹管理的上位机；检测机构包括用于检测物件是否通过的激光测距模块、用于检测物件的高度信息的信息获取组件和用于采集物件的二维信息的摄像头；激光测距模块与信息获取组件相连接，信息获取组件、摄像头和机械臂分别与上位机相连接；上位机根据由信息获取组件检测到的物件的高度信息和由摄像头采集到的物件的二维信息，调整机械臂的抓取位置而对不同规格的物件进行抓取处理。

进一步，信息获取组件包括用于对物件进行条纹投影的投影仪和用于对被投影有条纹的物件进行拍摄的相机，投影仪和相机分别与上位机相连接。

进一步，传输机构包括传送带，传送带沿着其运动方向设置有第一信息获取区、第二信息获取区和抓取区；激光测距模块、投影仪和相机均对准第一信息获取区设置；摄像头和机械臂分别对准第二信息获取区和抓取区设置。

进一步，传送带还设置有用于检测传输速度的编码器，编码器与机械臂相连接。

进一步，机械臂包括机械臂控制器、用于进行传动的舵机和用于对物件进行夹取的机械爪，舵机和机械爪分别与机械臂控制器相连接。

进一步，机械爪之中设置有用于检测抓取力度的压力传感器，压力传感器与机械臂控制器相连接。

进一步，上位机设置有蓝牙发送模块，机械臂控制器设置有用于与蓝牙发送模块配合通讯的蓝牙接收模块。

本实用新型的有益效果是：基于三维机器视觉的智能机械臂系统，物件在传输机构的输送作用下依次被输送到检测机构所处的区域中和机械臂所处的区域中，当物件被传输到检测机构所处的区域中时，激光测距模块能够对物件进行检测，从而能够准确判断物件是否进入到了检测机构所处的区域中，从而能够准确对物件进行后续的处理；当物件被检测到进入到检测机构所处的区域中，信息获取组件和摄像头能够分别采集物件的高度信息和二维信息，其中，物件的二维信息包括长度信息、宽度信息以及物件中心距离机械臂坐标原点的距离信息，因此，在信息获取组件和摄像头的共同作用下，物件的三维信息能够被准确获取，所以，上位机能够根据该三维信息而区分不同规格尺寸的物件，从而能够通过调整机械臂的抓取位置而对不同规格的物件进行智能抓取处理。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的智能机械臂系统的原理图。

具体实施方式

参照图1，基于三维机器视觉的智能机械臂系统，包括用于输送物件的传输机构1、用于采集物件的三维信息的检测机构2、用于抓取物件的机械臂3和用于统筹管理的上位机4；检测机构2包括用于检测物件是否通过的激光测距模块21、用于检测物件的高度信息的信息获取组件和用于采集物件的二维信息的摄像头22；激光测距模块21与信息获取组件相连接，信息获取组件、摄像头22和机械臂3分别与上位机4相连接；上位机4根据由信息获取组件检测到的物件的高度信息和由摄像头22采集到的物件的二维信息，调整机械臂3的抓取位置而对不同规格的物件进行抓取处理。具体地，物件在传输机构1的输送作用下依次被输送到检测机构2所处的区域中和机械臂3所处的区域中，当物件被传输到检测机构2所处的区域中时，激光测距模块21能够对物件进行检测，从而能够准确判断物件是否进入到了检测机构2所处的区域中，从而能够准确对物件进行后续的处理；当物件被检测到进入到检测机构2所处的区域中，信息获取组件和摄像头22能够分别采集物件的高度信息和二维信息，其中，物件的二维信息包括长度信息、宽度信息以及物件中心距离机械臂坐标原点的距离信息，因此，在信息获取组件和摄像头22的共同作用下，物件的三维信息能够被准确获取，所以，上位机4能够根据该三维信息而区分不同规格尺寸的物件，从而能够通过调整机械臂3的抓取位置而对不同规格的物件进行智能抓取处理。

其中，参照图1，信息获取组件包括用于对物件进行条纹投影的投影仪23和用于对被投影有条纹的物件进行拍摄的相机24，投影仪23和相机24分别与上位机4相连接。具体地，本实施例中的上位机4为具有数据处理能力的设备或装置，例如计算机、数据服务器等。当相机24把拍摄到的被投影有条纹的物件的图片发送给上位机4时，上位机4采用基于波长选择的多条纹投影相位展开技术获取物件的高度信息。基于波长选择的多条纹投影相位展开技术是本领域的现有技术，例如作者为丁毅，公开日期为2012年10月，名称为《多频率投影条纹测量相位展开技术研究》的华中科技大学的博士学位论文，其中就详细介绍了基于波长选择的多条纹投影相位展开技术的技术内容。

其中，参照图1，传输机构1包括传送带11，传送带11沿着其运动方向设置有第一信息获取区、第二信息获取区和抓取区；激光测距模块21、投影仪23和相机24均对准第一信息获取区设置；摄像头22和机械臂3分别对准第二信息获取区和抓取区设置。具体地，激光测距模块21主要由VL53L0X模块构成，在本实施例中，选取在2mm到200mm的距离范围作为激光测距模块21的检测范围，当物件经过激光测距模块21并处于上述检测范围之中时，激光测距模块21会触发一个脉冲信号并分别发送给投影仪23和相机24，从而启动投影仪23和相机24分别对物件进行投影及拍照，从而为上位机4获取物件的高度信息而做好前期的准备。

其中，参照图1，传送带11还设置有用于检测传输速度的编码器15，编码器15与机械臂3相连接。具体地，由于物件处于传送带11之上并随着传送带11进行移动，并且第一信息获取区、第二信息获取区和抓取区之间间隔有一定的距离，因此，若需要机械臂3准确抓取物件，则需要结合物件从第一信息获取区传输到抓取区的时间，使得机械臂3能够在准确的时间点对物件进行抓取。为了能够准确获取物件从第一信息获取区传输到抓取区的时间，本实施例中，在传送带11之上设置了用于检测传输速度的编码器15，由于第一信息获取区和抓取区之间的距离固定，因此根据第一信息获取区和抓取区之间的距离及传送带11的传输速度，即可准确获取物件从第一信息获取区传输到抓取区的时间。

其中，参照图1，机械臂3包括机械臂控制器31、用于进行传动的舵机32和用于对物件进行夹取的机械爪33，舵机32和机械爪33分别与机械臂控制器31相连接；机械爪33之中设置有用于检测抓取力度的压力传感器34，压力传感器34与机械臂控制器31相连接。具体地，机械臂控制器31包括有单片机，并且该单片机分别和激光测距模块21、编码器15、舵机32、机械爪33及压力传感器34相连接，其中，舵机32作为机械臂3的关节，压力传感器34主要由型号为RFP602的电阻式薄膜压力传感器构成。当单片机接收到由上位机4传输过来的关于物件的高度信息、长度信息、宽度信息以及物件中心距离机械臂坐标原点的距离信息后，单片机驱动机械臂3根据距离信息调整舵机32需要转动的角度，并控制机械爪33到达抓取区的上方，同时结合物件从第一信息获取区传输到抓取区的时间，当物件到达目标位置后，机械臂3对物件进行抓取，并且通过压力传感器34控制机械爪33的抓紧程度，把物件从传送带11之上抓起并于指定位置放下物件，最后机械臂3复位到初始位置等待下一次抓取处理。

此外，参照图1，上位机4设置有蓝牙发送模块41，机械臂控制器31设置有用于与蓝牙发送模块41配合通讯的蓝牙接收模块35，上位机4和机械臂控制器31通过蓝牙传输的方式进行数据交互。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。