一种智能识别搬运机器人及其控制方法与流程

本发明涉及智能控制技术领域，特别是涉及一种智能识别搬运机器人及其控制方法。

背景技术：

智能搬运机器人可以通过计算机编程来实现其对其进行控制而无需人工干预，运用了计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。作为一种典型的工业机器人，搬运机器人广泛应用于化工、食品加工与包装等诸多领域，在极大提高生产效率、增强安全可靠性的同时，可有效地减少人力资源开支、促使企业经济效益最大化、推动企业产业结构的升级与调整。但是，传统的搬运机器人只能用遥控器或者按键来控制，无法更大程度地解放用户的双手，无法实现更大程度的智能化，不符合现代人们日益增长的自动化控制需求。目前，常见的智能搬运机器人存在移动灵活性差、控制精度较低、工作范围有限等问题，已经无法满足实际作业中的需要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智能识别搬运机器人及其控制方法，具有自动化控制水平高、移动灵活性高、工作范围宽的特点，且机械臂及机械爪可灵活调节，提高了物料搬运精确度和效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种智能识别搬运机器人，包括：机器人机身以及设置在机身底部的多个移动轮，所述移动轮与驱动电机驱动连接，所述机身上设置有控制器、多个红外循迹传感器、二维码识别装置、颜色识别传感器和抓取机械组件，所述控制器的输入端分别与所述红外循迹传感器、二维码识别装置、颜色识别传感器电性连接，所述控制器的输出端分别与所述驱动电机和抓取机械组件电性连接；所述红外循迹传感器用于检测所述机器人的行走路线，所述颜色识别传感器用于识别待搬运物料的颜色标志，所述二维码识别装置用于扫描并识别设定的二维码，获取物料搬运顺序，所述抓取机械组件包括驱动连接的机械臂和机械爪，所述机械爪用于抓取物料，所述控制器根据物料搬运顺序控制所述抓取机械组件抓取对应的待搬运物料。

可选的，所述红外循迹传感器共设置有8个，所述机身的前、后、左、右侧各设置2个所述红外循迹传感器，所述红外循迹传感器采用晶体振荡式红外传感器。

可选的，所述机身上还设置有oled显示屏，所述oled显示屏与所述控制器电性连接，所述oled显示屏用于显示待搬运物料的颜色标志和物料搬运顺序。

可选的，所述移动轮为福特轮，所述福特轮设置有四个，设置在所述机身底部的四个角，相邻两个所述福特轮的轴向垂直设置，其中，右前和左后方位的福特轮为纵向驱动轮，左前和右后的福特轮为横向驱动轮，

可选的，所述机械臂为三自由度机械臂，包括腰关节、肩关节和肘关节，所述腰关节与第一舵机驱动连接，所述第一舵机固定在所述机身上，所述腰关节、肩关节和肘关节之间分别通过第二舵机和第三舵机驱动连接，所述机械爪设置在所述肘关节的末端。

可选的，所述机械爪包括手爪舵盘、手爪短臂、手爪曲臂和对称设置的两个夹持组件，所述肘关节上固定连接有第四舵机，所述手爪舵盘与所述第四舵机驱动连接，所述夹持组件包括手爪长臂、齿轮和夹持板，所述手爪长臂的一端与齿轮固定连接，另一端与所述夹持板固定连接，两个所述夹持组件分别为第一夹持组件和第二夹持组件，所述第一夹持组件的齿轮和第二夹持组件的齿轮啮合连接，所述第一夹持组件的手爪长臂的中部通过滚动轴承与所述手爪曲臂可转动连接，所述手爪曲臂与所述手爪短臂连接，所述手爪短臂与所述手爪舵盘连接。

可选的，所述二维码识别装置包括二维码识别模块和旋转支架，所述二维码识别模块固定连接在所述旋转支架上，所述旋转支架通过旋转舵机连接在所述机身上，所述二维码识别模块与所述控制器连接。

可选的，所述二维码识别模块采用微雪barcodescannermodule。

可选的，所述机身的侧面上设置有多个防撞轮，所述防撞轮采用橡胶轮。

本发明还提供了一种智能识别搬运机器人的控制方法，所述方法包括以下步骤：

控制器控制移动轮转动驶离出发区；

控制器根据红外循迹传感器采集到的信息判断是否到达物料存放区；

到达物料存放区，颜色识别传感器依次识别待搬运物料的颜色标志，传输给控制器，然后二维码识别装置扫描并识别设定的二维码，获取设定的物料搬运顺序，传输给控制器，并通过oled显示屏显示待搬运物料的颜色标志和物料搬运顺序；

控制器比对物料搬运顺序和待搬运物料的颜色标志，计算待搬运物料的抓取顺序，采用自由格栅法规划搬运路径；

根据计算的待搬运物料的抓取顺序，顺序抓取待搬运物料，并根据规划的搬运路径放置物料。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的智能识别搬运机器人及其控制方法，在机身上设置有多个红外循迹传感器，可以通过检测工作场地布设的路径黑线定位坐标，机身的前后左右侧各有两个，可实现四方向路径循迹与物料位置的精准定位；采用四个相邻垂直排布的福来轮结构，其中右前和左后轮为纵向驱动轮，左前和右后轮为横向驱动轮，通过控制各独立驱动电机转速可实现机器人的横纵、斜行及自旋运动，具有良好的移动灵活性；采用三自由度关节式机械臂和双齿轮机械爪，能在有限的空间内进行折叠，提高了空间利用率，扩大了工作空间，且短机械臂结构，具有良好的运动平稳性和准确性，各个关节通过独立的舵机分别控制，能够完成多个角度的物料抓取和放置，控制精度较高；二维码识别装置设置有旋转支架结构，通过控制旋转舵机来控制二维码识别模块的旋转角度，提高二维码扫描的准确度；控制器能够获取红外循迹传感器、二维码识别装置、颜色识别传感器采集到的数据，实现多种信息采集，并控制机器人移动和物料抓取，进一步提高了自动化控制水平。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明实施例智能识别搬运机器人的左视图；

图2为本发明实施例智能识别搬运机器人的主视图；

图3为本发明实施例智能识别搬运机器人的俯视图；

图4为本发明实施例机械臂的结构示意图；

图5为本发明实施例机械臂的驱动原理示意图；

图6为本发明实施例机械爪的结构示意图；

图7为本发明实施例机械爪的驱动原理示意图；

图8为本发明实施例智能识别搬运机器人的控制原理示意图；

图9为本发明实施例智能识别搬运机器人的控制方法流程图；

附图标记：1、机身；2、福特轮；3、控制器；4、红外循迹传感器；5、二维码识别模块；6、旋转支架；7、颜色识别传感器；8、机械臂；801、第一舵机；802、腰关节；803、第二舵机；804、肩关节；805、第三舵机；806、肘关节；9、机械爪；901、第四舵机；902、手爪舵盘；903、手爪短臂；904、手爪曲臂；905、滚动轴承；906、手爪长臂；907、齿轮；908、夹持板；10、防撞轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种智能识别搬运机器人及其控制方法，具有自动化控制水平高、移动灵活性高、工作范围宽的特点，且机械臂及机械爪可灵活调节，提高了物料搬运精确度和效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图3和图8所示，本发明实施例提供的智能识别搬运机器人，包括：机器人机身1以及设置在机身1底部的多个移动轮，所述移动轮与驱动电机驱动连接，所述机身1上设置有控制器3、多个红外循迹传感器4、二维码识别装置、颜色识别传感器7和抓取机械组件，所述控制器3的输入端分别与所述红外循迹传感器4、二维码识别装置、颜色识别传感器7电性连接，所述控制器3的输出端分别与所述驱动电机和抓取机械组件电性连接；所述红外循迹传感器4用于循迹和定位，通过红外循迹传感器对布设在工作区域的行驶黑线进行检测，实现自动纠正车身，使小车按照预定路线行驶，所述颜色识别传感器7用于识别待搬运物料的颜色标志，颜色标志为提前设置在待搬运物料上的颜色涂料标志等，实现对物料的标志识别，所述二维码识别装置用于扫描并识别设定的二维码，获取设定的物料搬运顺序，所述抓取机械组件包括驱动连接的机械臂8和机械爪9，所述机械爪9用于抓取物料，所述控制器3根据二维码识别装置识别的物料搬运顺序，并参考颜色识别传感器7对物料的识别，控制所述抓取机械组件依次抓取对应的待搬运物料。

所述红外循迹传感器4共设置有8个，所述机身1的前、后、左、右侧各设置2个所述红外循迹传感器4，所述红外循迹传感器4采用晶体振荡式红外传感器，识别距离非常稳定，受外界光线影响较小。

所述机身1上还设置有oled显示屏，所述oled显示屏与所述控制器3电性连接，所述oled显示屏用于显示待搬运物料的颜色标志和设定的物料搬运顺序。

所述移动轮为福特轮2，福特轮具有全向移动能力，所述福特轮2设置有四个，设置在所述机身1底部的四个角，相邻两个所述福特轮2的轴向垂直设置，其中，右前和左后方位的福特轮为纵向驱动轮，左前和右后的福特轮为横向驱动轮，驱动电机采用四个直流减速电机，控制器3产生四路pwm信号，通过驱动电路控制四个直流减速电机的转速，实现机器人的横纵、斜行及自旋运动，从而完成机器人任意方向行进，所述机身1的底部还设置有横臂式悬挂系统，与移动轮配合设置。

所述二维码识别装置包括二维码识别模块5和旋转支架6，所述二维码识别模块5固定连接在所述旋转支架6上，所述旋转支架6通过旋转舵机连接在所述机身1上，所述二维码识别模块5与所述控制器3连接；所述二维码识别模块5采用微雪barcodescannermodule。

所述机身1的侧面上设置有多个防撞轮10，所述防撞轮10采用橡胶轮，用于确保机身安全。

如图4-图7所示，所述机械臂8为三自由度机械臂，包括腰关节802、肩关节804和肘关节806，所述腰关节804与第一舵机801驱动连接，所述第一舵机801通过机身1底盘上的舵机孔位限位固定在机身1上，所述腰关节802、肩关节804和肘关节806之间分别通过第二舵机803和第三舵机805驱动连接，所述机械爪9设置在所述肘关节806的末端；所述机械爪9包括手爪舵盘902、手爪短臂903、手爪曲臂904和对称设置的两个夹持组件，所述肘关节806上固定连接有第四舵机901，所述手爪舵盘902与所述第四舵机901驱动连接，所述夹持组件包括手爪长臂906、齿轮907和夹持板908，所述手爪长臂906的一端与齿轮907固定连接，另一端与所述夹持板908固定连接，两个所述夹持组件分别为第一夹持组件和第二夹持组件，所述第一夹持组件的齿轮和第二夹持组件的齿轮啮合连接，形成联动结构，两个齿轮均通过连接件固定在机械爪9上，所述第一夹持组件的手爪长臂906的中部通过滚动轴承与所述手爪曲臂904可转动连接，所述手爪曲臂904与所述手爪短臂903之间采用滚动轴承905转动连接，所述手爪短臂903与所述手爪舵盘902连接，第四舵机901驱动手爪舵盘902转动，所述手爪舵盘902带动所述手爪短臂903活动，在联动作用下，夹持组件动作，抓紧物料；腰关节802带动肩关节804在水平面内以a点为圆心绕竖直轴旋转，肩关节804带动肘关节806在yz面内以b点为圆心绕水平轴旋转，肘关节806带动机械爪9在yz面内以c点为圆心绕水平轴旋转，三个关节实现机械爪中心点d点在空间中的三维定位，控制器通过控制第一舵机、第二舵机、第三舵机、第四舵机调节腰关节、肩关节、肘关节和机械爪转角，控制机械爪位姿，机械臂各关节运动范围及方式为：腰关节可以进行0°-270°转动；肩关节可以完成0°-210°的俯仰运动；肘关节能够完成0°-210°的俯仰运动；三个关节以舵机独立驱动，连接臂均采用铝合金材料，机械爪中手爪长臂和手爪曲臂采用铝合金铣削加工成形，夹持板采用碳纤维特制成形。

如图8到图9所示，本发明还提供了一种智能识别搬运机器人的控制方法，所述方法包括以下步骤：

控制器控制移动轮转动驶离出发区；

控制器根据红外循迹传感器采集到的信息判断是否到达物料存放区；

到达物料存放区，颜色识别传感器依次识别待搬运物料上的颜色标志，传输给控制器，然后二维码识别装置扫描并识别设定的二维码，获取设定的物料搬运顺序，传输给控制器，并通过oled显示屏显示待搬运物料的颜色标志和物料搬运顺序；

控制器比对物料搬运顺序和待搬运物料的颜色标志，计算待搬运物料的抓取顺序，采用自由格栅法规划搬运路径；

根据计算的待搬运物料的抓取顺序，顺序抓取待搬运物料，并根据规划的搬运路径放置物料。

在根据计算的待搬运物料的抓取顺序，顺序抓取待搬运物料，并根据规划的搬运路径放置物料，判断是否是最后一次放置物料，如果是，控制器控制机器人返回出发区；如果不是，控制器控制机器人继续按顺序抓取待搬运物料，直到最后一个物料完成搬运，判断为最后一次放置物料，控制器控制机器人返回出发区。

其中，所述控制器比对物料搬运顺序和待搬运物料的颜色标志，计算待搬运物料的抓取顺序，采用自由格栅法规划搬运路径，具体包括：所述设定的物料搬运顺序是根据物料的颜色标志进行的排序，机器人识别待搬运物料的颜色标志后，即可对应物料搬运顺序，计算出待搬运物料的抓取顺序，采用自由栅格法规划搬运路径，第一步，机器人纵移到第一条纬线，横移五个栅格，实现颜色标志识别和二维码扫描，第二步，横移取料，纵移运料，第三步，斜线退回。

机器人控制器采用mega2560，具有54路数字输入输出，满足机器人外接大量传感器、控制多个舵机、控制多个电机的需求；机器人的机身上还设置有电源模块；红外循迹传感器选用晶体振荡式红外传感器，识别距离非常稳定，受外界光线影响较小；二维码识别采用微雪barcodescannermodule，最大倾斜识别角度可达65度，其通过uart接口与控制器进行通信，其具有识别速度快、识别准确率高等特点；颜色识别传感器采用tcs3200模块，将其置于机械爪下方，识别速度和准确率高。

本发明提供的智能识别搬运机器人及其控制方法，在机身上设置有多个红外循迹传感器，可以通过检测工作场地布设的路径黑线定位坐标，机身的前后左右侧各有两个，可实现四方向路径循迹与物料位置的精准定位；采用四个相邻垂直排布的福来轮结构，其中右前和左后轮为纵向驱动轮，左前和右后轮为横向驱动轮，通过控制各独立驱动电机转速可实现机器人的横纵、斜行及自旋运动，具有良好的移动灵活性；采用三自由度关节式机械臂和双齿轮机械爪，能在有限的空间内进行折叠，提高了空间利用率，扩大了工作空间，且短机械臂结构，具有良好的运动平稳性和准确性，各个关节通过独立的舵机分别控制，能够完成多个角度的物料抓取和放置，控制精度较高；二维码识别装置设置有旋转支架结构，通过控制旋转舵机来控制二维码识别模块的旋转角度，提高二维码扫描的准确度；控制器能够获取红外循迹传感器、二维码识别装置、颜色识别传感器采集到的数据，并控制机器人移动和物料抓取，进一步提高了自动化控制水平。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。