机器抓取系统

1.本实用新型涉及机械控制领域，尤其涉及一种机器抓取系统。


背景技术：

2.随着工业4.0的到来，机器人受到众多的青睐，随着作业定位要求越来越高，机器视觉成为了机器人抓取必不可少的一部分。
3.机器人的精确定位十分依赖机器视觉。所谓机器视觉，就是经过相机拍摄指定区域并转换为图像信号，再利用数字图像处理技术来分析，从而模拟人类的视觉功能，进而完成指定任务。机器视觉主要应用于引导机器人在一定区域内的操作和动作，例如检测工件的形状大小和颜色，得到图像数据，把数据传送给机器人，指引机器人捡取工件并放置于不同的区域、传送带或者其他设备上。
4.但是机器视觉对光线的要求较高，采集到的相机拍摄部分以及后续的图像处理都是局域相机拍摄的清晰程度，现有的机器视觉具有局限性。


技术实现要素：

5.为此，本实用新型提供一种机器抓取系统，解决了现有技术中机器视觉局限性的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供一种机器抓取系统，包括：控制单元、机械臂、视觉模块和光源；所述光源设置在所述抓取平台的上方，所述视觉模块设置在所述抓取平台的上方，所述视觉模块的视角覆盖所述抓取平台，所述抓取平台上设置有待抓取物，所述抓取平台为方形台，所述控制单元分别与所述机械臂和所述视觉模块连接；所述机械臂设置在所述抓取平台的侧面。
7.进一步地，所述机械臂为六轴机械臂。
8.进一步地，所述六轴机械臂包括六个舵机、机械臂机构和第一控制器，所述第一控制器与六个所述舵机分别连接，所述舵机设置在所述机械臂的活动处，六个所述舵机分别为4个ds3119舵机和2个mg995舵机。
9.进一步地，所述光源为日光灯。
10.进一步地，还包括笔记本电脑，所述笔记本电脑与所述视觉模块连接。
11.进一步地，还包括电源和电源转接板，所述电源与所述电源转接板连接，所述电源转接板与所述六个所述舵机连接。
12.进一步地，所述视觉模块包括第二控制器和摄像头芯片，所述第二控制器和所述摄像头连接，所述摄像头芯片型号为openmv3。
13.进一步地，还包括基座，所述抓取平台、所述控制单元和所述机械臂均设置在所述基座上。
14.进一步地，所述第一控制器和所述第二控制器连接，所述第一控制的型号为stm32f103c8，所述第二控制器的型号为stm32f765vi。
15.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，利用光源使得抓取平台处于光源的照射范围内，视觉模块设置在抓取平台的上方，光源设置在视觉模块的上方，使得视觉模块可以直接接收抓取平台的位置信息，避免光源对视觉模块的遮挡，所述抓取平台上设置有待抓取物，当视觉模块检测到待抓取平台上的待抓取物，将待抓取物的位置信息以及形状等特征信息发送给控制单元，控制单元控制机械臂运动至相应的位置，对待抓取物进行抓取，从而实现智能抓取，不但可以准确定位抓取平台上待抓取物的位置信息还可以获取待抓取物的形状特征信息，便于控制单元根据对应的信息对机械臂进行控制。
16.进一步地，采用六轴机械臂，由六组不同位置的马达驱动，每个马达都能提供绕一轴向的旋转运动，从自由度的概念来看，六轴机械手臂已经满足三维空间中的六个自由度，理论上其可以到达空间中任何位置及角度，实现对抓取平台上的任意位置处的待抓取物进行抓取。
17.进一步地，通过连接笔记本电脑，实现对相应的数据进行存储和二次处理，便于对抓取系统的视觉模块做综合分析，改进其在机器抓取系统中的视觉分析能力，提高机器抓取系统的检测能力。
附图说明
18.图1为实用新型机器抓取系统结构示意图。
具体实施方式
19.为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
20.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。
21.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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实用新型的限制。
22.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.请参阅图1所示，本发明实施例提供的机器抓取系统包括：控制单元1、机械臂2、视觉模块3和光源4；
24.所述光源4设置在所述抓取平台5的上方，所述视觉模块3设置在所述抓取平台5的上方，所述视觉模块3的视角覆盖所述抓取平台5，所述抓取平台5上设置有待抓取物，所述抓取平台5为方形台，所述控制单元1分别与所述机械臂2和所述视觉模块3连接；所述机械
臂2设置在所述抓取平台5的侧面。
25.本发明实施例提供的机器抓取系统，利用光源4使得抓取平台5处于光源4的照射范围内，在本实施例中，光源4的设置位置可以根据实际需要进行调整，只需照射抓取平台5即可，视觉模块3设置在抓取平台5的上方，光源4设置在视觉模块3的上方，使得视觉模块3可以直接接收抓取平台5的位置信息，避免光源4对视觉模块3的遮挡，所述抓取平台5上设置有待抓取物，当视觉模块3检测到待抓取平台5上的待抓取物，将待抓取物的位置信息以及形状等特征信息发送给控制单元1，控制单元1控制机械臂2运动至相应的位置，对待抓取物进行抓取，从而实现智能抓取，不但可以准确定位抓取平台5上待抓取物的位置信息还可以获取待抓取物的形状特征信息，便于控制单元1根据对应的信息对机械臂2进行控制。采用方形台作为抓取平台5，机械臂2设置在抓取平台5的侧面，本领域技术人员可以理解的是抓取平台5的作用是承载待抓取的物品，抓取平台5可以是方形的，也可以是圆形的，还可以是其他任意形状，但是采用方形的抓取平台5，便于视觉模块3根据抓取平台5确定最优的设置位置，快速搭建机器抓取系统。机械臂2设置在抓取平台5的侧面，便于机械臂2实施抓取操作，对抓取平台5上的待抓取物实现各个方位的快捷定位抓取，保证机器抓取系统的流畅性。
26.具体而言，所述机械臂2为六轴机械臂2。
27.本实施例采用六轴机械臂2，由六组不同位置的马达驱动，每个马达都能提供绕一轴向的旋转运动，从自由度的概念来看，六轴机械手臂已经满足三维空间中的六个自由度，理论上其可以到达空间中任何位置及角度，实现对抓取平台5上的任意位置处的待抓取物进行抓取。
28.具体而言，所述六轴机械臂2包括六个舵机、机械臂2机构和第一控制器，所述第一控制器与六个所述舵机分别连接，所述舵机设置在所述机械臂2的活动处，六个所述舵机分别为4个ds3119舵机和2个mg995舵机。
29.本次设计使用的机械臂2共有6个小型舵机，其中包括4个ds3119舵机和2个mg995舵机，每个舵机控制一个自由度，机械臂2通过各个舵机的运动来到达目标点。
30.舵机的结构：简单来说，舵机是一个内部集合了直流电机、减速器、电机控制器以及位置反馈电位计等模块，并集成在一个小单元的伺服马达。
31.舵机的原理：外部输入信号(脉宽调制信号)由舵机控制线进入信号控制电路板，获得一个直流偏置电压。舵机内部产生一个周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号。基准电压与输入信号调制后的电压进行比较，输出电压差值(可正可负)。最后，电压差值的存在使得电机转动，而电压值的正负决定了直流电机正反转。电机转动同时，通过级联减速齿轮使得动电位器转动，使得电压差为0，电机停止转动。因此，只要机械臂2控制端输出一个周期为20ms，高电平时间为0.5
‑
2.5ms(对应舵机的
‑
90
°
～+90
°
)的脉宽调制信号，既可以精确控制舵机。本实用新型实施例主要使用的小型舵机的工作电压在4.8v
‑
6v之间。
32.具体而言，所述光源4为日光灯。
33.由于视觉模块3对光线的要求比较高，即使微弱的灯光变化也可能对视觉模块3采集图像的质量造成干扰，还会影响视觉模块3的特征点采集和颜色的识别，因此，光线能影响整个系统的质量和抓取成功率。由于抓取的周边环境不尽相同，而且会有变化，因此照明的灯光要根据实际的情况进行布置与调整，使得抓取环境合适。本次设计采用自然光为主，
日光灯进行光线补充的方式进行照明。
34.具体而言，还包括笔记本电脑6，所述笔记本电脑6与所述视觉模块3连接。
35.本实施例提供的机器抓取系统，还可以包括笔记本电脑6，笔记本电脑6属于信息处理装置，其和视觉模块3连接，视觉模块3其内置有处理器，但是处理的信息有限，通过连接笔记本电脑6，扩展视觉模块3的处理信息的能力，并对相应的数据进行存储和二次处理，便于对抓取系统的视觉模块3做综合分析，改进其在机器抓取系统中的视觉分析能力，提高机器抓取系统的检测能力。
36.具体而言，还包括电源和电源转接板，所述电源与所述电源转接板连接，所述电源转接板与所述六个所述舵机连接。
37.在机械臂2中，有6个舵机需要同时控制，舵机空载时候的电流一般不超过400ma，但是设备的电流一般与负载有关，带负载的舵机电流可能超过1a。但由于处于不同的关节，也一般不会同时到达最大的电流，所以可以选择6v 5a的电源。要输出那么大的电流，显然需要单独提供电源，还可以提供大的驱动功率，改善单片机系统供电质量，提高抗干扰能力。为了使输出的电压稳定，这里使用了一个可调的开关稳压芯片xl4015，通过电阻的调节使输出的电压稳定在6v。
38.具体而言，所述视觉模块3包括第二控制器和摄像头芯片，所述第二控制器和所述摄像头连接，所述摄像头芯片型号为openmv3。
39.本实用新型使用openmv作为视觉模块3，在整个系统中起到眼睛的作用，这双眼睛要做的是精确看到物体，并把物体的位置采集，来引导机械臂2夹取物体。
40.openmv3是一个低成本、开源，并且功能强大的机器视觉模块3，oenmv以stm32f765viarm cortex m7处理器为核心，集成了ov7725摄像头芯片，模块不仅小巧，而且提供python语言进行编程，高效地实现了核心机器视觉算法。
41.ov7725摄像头芯片的图像传感器是一种低电压cmos器件，它提供了单片vga相机和图像处理器的全部功能。ov7725提供全帧、亚采样、加窗处理8位或10位多格式图像，通过串行摄像机控制总线sccb接口控制。数字摄像头一般都是从左到右,再上到下逐个输出图像，有些摄像头有奇偶场,是采用隔行扫描方法,把一帧图像分为奇数场和偶数场两场，最后扫描输出给视觉处理芯片。但对于ov7725摄像头芯片直接是将一帧图像从左到右,有上到下逐个输出，不存在奇偶场。
42.具体而言，还包括基座7，所述抓取平台5、所述控制单元1和所述机械臂2均设置在所述基座7上。
43.具体而言，本实用新型实施例提供的机器抓取系统，将抓取平台5、控制单元1以及机械臂2等均设置在基座7上，基座7距离地面有一定的高度，基座7的上表面平整，便于抓取平台5、机械臂2以及控制单元1固定的稳定性，增加机器抓取系统的牢固性。
44.具体而言，所述第一控制器和所述第二控制器连接，所述第一控制的型号为stm32f103c8，所述第二控制器的型号为stm32f765vi。
45.本实用新型中的第一控制器采用的stm32f103c8系列是一款基于arm cortex
‑
m内核stm32系列的32位的微控制器，工作频率为72mhz，程序存储器容量是64kb，ram容量为20kx8，工作电压为2v
‑
3.6v，工作温度在
‑
40℃到85℃之间。该芯片还包含了三个串口和8个16位通用定时器。机械臂2控制系统的主控芯片stm32f103c8t6通过定时中断，执行中断服
务程序，不断更新输出的状态。同时单片机通过输出pwm波形来驱动舵机的运动。
46.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
47.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。