一种视觉引导的机械臂

1.本实用新型涉及机器人机械臂技术领域，尤其涉及一种视觉引导的机械臂。


背景技术：

2.机器人手臂通常指一种可编程的，具有与人类手臂相似功能的机械臂；该臂可以是一个完整的机械装置，也可以是更复杂的机器人的一部分。这种机械手通过关节连接使其可以完成旋转运动(例如在关节机器人中)或平移(线性)运动。机械手通过各个关节的连接最终形成了一个运动链。机械手运动链的末端被称为末端执行器，它类似于人的手；同时，机械臂的结构对安装在机械臂上的视觉识别设备的大小和重量有限制，安装在机械臂上的数据处理模块的长时间操作机械臂容易松散接口等等一系列的断层,导致安装和应用于视觉识别装置的机械臂是昂贵的且故障率高。
3.中国专利公开了一种结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂装置及使用方法，包括机械臂及控制系统、机械臂末端执行器、视觉装置和抓取辅助结构。机械臂末端执行器包括法兰基座、第一撑脚、第二撑脚、第一气动手指、第二气动手指、第一夹具、第二夹具和相机托架，抓取辅助结构加装于待抓取物处，设有视觉识别特征点，第一夹具与抓取辅助结构可机械配合进行抓取，视觉装置安装在相机托架上，内部安装图像处理软件，各控制信号与机械臂控制系统连接，对第一夹具与抓取辅助结构相对位置进行补正，能够实现对不规则物体的抓取，但是该机械臂工作范围局限在固定区域内，工作范围和灵活度较小，且采用多个集成式的视觉装置进行视觉识别，结构复杂，成本较高。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种视觉引导的机械臂，旨在解决现有的机械臂工作范围局限在固定区域内，工作范围和灵活度较小，结构复杂的问题。
5.本实用新型是这样实现的，一种视觉引导的机械臂，包括机械臂、安装于机械臂底部的行走机构、连接于机械臂的机械抓手、用于获取目标物和机械臂位置的视觉模块以及分别与所述机械臂、机械抓手、行走机构和视觉模块相连的控制系统。
6.本实用新型在实际应用时，采用视觉模块对机械臂以及目标物进行位置获取，使机械臂可以利用视觉模块进行视觉识别，结构简单；通过在机械臂的底部加装行走机构，有利于突破现有机械臂工作范围局限在固定区域内的限制，工作范围和灵活度更好，有利于扩大装置的使用范围，通过在传统机械臂的基础上加装用于控制机械臂的控制系统，从而利用控制系统对机械臂、机械抓手、视觉模块、以及行走机构进行连接控制，进而利用控制系统进行数据处理，达到简化传统视觉识别装置结构的目的，成本较低，使用起来更加方便可靠。
7.优选地，所述控制系统包括计算机主机以及分别与计算机主机相连的机械臂机箱、抓手控制板和底座控制器。
8.优选地，所述行走机构包括移动底座以及安装于移动底座底部的驱动轮，所述底
座控制器与驱动轮电性连接。
9.优选地，所述移动底座上布设有多个固定点，所述机械臂通过固定点安装于移动底座顶部。
10.优选地，所述视觉模块包括相机和镜头，且所述相机和镜头均与所述计算机主机相连接。
11.优选地，所述机械臂还包括用于对机械抓手进行空间定位的感应器，且所述感应器与抓手控制板信号连接。
12.优选地，所述机械臂前端固设有连接部，且所述机械抓手和所述感应器均安装于连接部的底部。
13.优选地，所述感应器为位置感应器、距离感应器以及位移传感器中的一种。
14.优选地，所述机械臂安装有用于向所述机械抓手提供动能的舵机，所述舵机由抓手控制板进行控制。
15.优选地，所述机械臂机箱安装于移动底座的一侧，且机械臂机箱与所述计算机主机和机械臂信号连接。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.1、采用视觉模块对机械臂以及目标物进行位置获取，使机械臂可以利用视觉模块进行视觉识别，结构简单；通过在机械臂的底部加装行走机构，有利于突破现有机械臂工作范围局限在固定区域内的限制，工作范围和灵活度更好，有利于扩大装置的使用范围，通过在传统机械臂的基础上加装用于控制机械臂的控制系统，从而利用控制系统对机械臂、机械抓手、视觉模块、以及行走机构进行连接控制，进而利用控制系统进行数据处理，达到简化传统视觉识别装置结构的目的，成本较低，使用起来更加方便可靠。
18.2、通过连接部便于对机械抓手、感应器进行安装，视觉模块的相机和镜头可以安装在运动空间的顶部中心位置，从而使得视野范围覆盖整个运动空间的底部范围，相机始终保持预设的拍摄角度，提升了图像的稳定性，也便于感应器对机械抓手位置的捕捉，减少了计算过程，使用起来更加方便可靠，通过设置感应器便于对机械抓手进行位置的感应，便于判断出机械抓手需要行进的位移量，从而便于对机械抓手进行微小的调整，以便于机械抓手可以到达合适的位置。
附图说明
19.图1为本实用新型提供的一种视觉引导的机械臂的整体结构示意图；
20.图2为本实用新型提供的一种视觉引导的机械臂的机械臂的结构示意图；
21.图3为本实用新型提供的一种视觉引导的机械臂的视觉模块的结构视图；
22.图4为本实用新型提供的一种视觉引导的机械臂的行走机构的结构视图。
23.附图中：1机械臂、2行走机构、21移动底座、22驱动轮、3机械抓手、4视觉模块、41相机、42镜头、5控制系统、51计算机主机、52机械臂机箱、6感应器、7连接部。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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
本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.以下结合具体实施例对本实用新型的具体实现进行详细描述。
26.实施例1
27.如图1-4所示，为本实用新型提供的一种视觉引导的机械臂的结构图，包括机械臂1、安装于机械臂1底部的行走机构2、连接于机械臂1的机械抓手3、用于获取目标物和机械臂位置的视觉模块4以及分别与所述机械臂1、机械抓手3、行走机构2和视觉模块4相连的控制系统5。
28.本实施例在实际应用时，采用视觉模块4对机械臂以及目标物进行位置获取，使机械臂1可以利用视觉模块4进行视觉识别，结构简单；通过在机械臂1的底部加装行走机构2，有利于突破现有机械臂1工作范围局限在固定区域内的限制，工作范围和灵活度更好，有利于扩大装置的使用范围，通过在传统机械臂的基础上加装用于控制机械臂的控制系统5，从而利用控制系统5对机械臂1、机械抓手3、视觉模块4、以及行走机构2进行连接控制，进而利用控制系统5进行数据处理，达到简化传统视觉识别装置结构的目的，成本较低，使用起来更加方便可靠。
29.具体的来说，所述控制系统5包括计算机主机51以及分别与计算机主机51相连的机械臂机箱、抓手控制板和底座控制器，通过将控制系统5划分为计算机主机51一级控制，以及机械臂机箱52、抓手控制板、底座控制器的二级控制，从而在整体上对机械臂1进行多级控制，机械臂机箱52用于控制机械臂1的转动和驱动，抓手控制板用于控制机械抓手3的抓取和释放，底座控制器用于控制行走机构2从而带动机械臂1到达合适的位置，进而实现了对机械臂1的各级控制，机械臂1的自动化程度更高。
30.进一步的，所述行走机构2包括移动底座21以及安装于移动底座21底部的驱动轮22，所述底座控制器与驱动轮22电性连接。
31.更进一步的，所述移动底座21上布设有多个固定点，所述机械臂1通过固定点安装于移动底座21顶部。
32.本实施例的一种情况中，通过设置行走机构2便于对机械臂1进行移动，从而扩大机械臂1的作用范围，另外利用固定点对机械臂1进行安装，从而可以在移动底座21上加装多组机械臂1，有利于提升机械臂1的工作效率，使用起来更加方便可靠。
33.本实施例的另一种情况中，所述视觉模块4包括相机41和镜头42，且所述相机41和镜头42均与所述计算机主机51相连接。
34.具体的来说，通过设置视觉模块4便于对机械臂以及目标物的位置进行图像采集，然后汇总到计算机主机51处，视觉模块4包括与计算机主机51相连接的相机41和镜头42，通过相机41以及镜头42采集图像数据，传输至计算主机中进行分析识别的方式，使视觉的感应和计算模块分离，提高相机41和镜头42升级或者更新维护的便利性，同时避免了安装在机械臂1上的视觉系统对装置大小以及结构的多种限制，降低视觉识别装置的成本。
35.需要说明的是，机械臂1可以采用伺服控制系统进行控制、行走机构2的可以采用液压驱动进行控制，机械抓手3的控制方式可以采用气动控制的方式进行驱动，图像识别可以采用图像识别领域惯常使用的识别方法，比如利用工业相机拍摄图片，然后再利用软件根据图片灰阶差做进一步识别处理，也可以采用如神经网络的图像识别技术。
36.示例性的，所述机械臂1可以设置为六轴机械臂1，六轴机械臂1安装在移动底座21
上，所述移动轮设置四个，前面两只轮子负责控制方向，后面两只轮子负责驱动，均与底座控制器电性连接；机械抓手3搭载在机械臂1第六轴上，计算机主机51与抓手控制板采用usb通信连接，所述连接部7可以是安装板，也可以是可调节的安装块，其形状也可以根据需要进行调整，本实施例在此不做具体的限定。
37.实施例2
38.如图2所示，在实施例1的基础上，所述机械臂还包括用于对机械抓手3进行空间定位的感应器6，且所述感应器6与抓手控制板信号连接。
39.本实施例在实际应用时，通过设置感应器6便于对机械抓手3的空间位置进行定位，从而确定出机械抓手3的移动路径以及位移量，便于结合抓手控制板进行精准抓取目标物体。
40.进一步的，所述机械臂1前端固设有连接部7，且所述机械抓手3和所述感应器6均安装于连接部7的底部，通过连接部7便于对机械抓手3、感应器6进行安装，视觉模块4的相机41和镜头42可以安装在运动空间的顶部中心位置，从而使得视野范围覆盖整个运动空间的底部范围，相机41始终保持预设的拍摄角度，提升了图像的稳定性，也便于感应器6对机械抓手3位置的捕捉，减少了计算过程，使用起来更加方便可靠。
41.更进一步的，所述机械臂1安装有用于向所述机械抓手3提供动能的舵机，所述舵机由抓手控制板进行控制。
42.本实施例在实际应用时，机械抓手3由舵机提供动能，舵机由抓手控制板进行控制，机械抓手3通过抓手控制板控制舵机运行，提高了机械抓手3切换的便利性。
43.示例性的，视觉模块4还可以是其他机构，相机41也可以安装在连接部7侧面，只要能够对机械臂1以及目标物的位置进行采集获取即可，机械臂1通过连接部7和机械抓手3相连接，可提高机械臂1和机械抓手3的拆装便利性。
44.实施例3
45.如图1、图2和图4所示，在实施例1和实施例2的基础上，所述机械臂机箱安装于移动底座21的一侧，且机械臂机箱52与所述计算机主机51和机械臂1信号连接。
46.本实施例在实际应用时，通过设置机械臂机箱52便于对机械臂1的运动进行控制，同时在计算机主机51的控制下，便于通过机械臂1带动机械抓手3到达合适的位置，方便进行目标物的定向抓取和转移。
47.进一步的，所述感应器6为位置感应器、距离感应器以及位移传感器中的一种。
48.具体的来说，通过设置感应器6便于对机械抓手3进行位置的感应，便于判断出机械抓手3需要行进的位移量，从而便于对机械抓手3进行微小的调整，以便于机械抓手3可以到达合适的位置，感应器6可以根据需要进行选择，本实施例在此不做具体的限定。
49.在本实用新型的一个实例中，当需要抓取物体时，利用视觉模块4实时采集得到单帧图像，由计算机主机51进行识别和定位处理，得到目标物的位置信息以及机械臂1当前所在位置信息，并发送运动指令给移动底座21到达目标所在位置，发送抓取指令给机械臂1和机械抓手3，与此同时，利用感应器6对机械抓手3的位置进行感应，机械臂1和机械抓手3抓取目标物从一个地点到指定地点时，抓手控制板发送释放指令给机械抓手3，将目标物放到合适的位置，从而实现目标物的转移。
50.本实用新型上述实施例中提供了一种视觉引导的机械臂，采用视觉模块4对机械
臂以及目标物进行位置获取，使机械臂1可以利用视觉模块4进行视觉识别，结构简单；通过在机械臂1的底部加装行走机构2，有利于突破现有机械臂1工作范围局限在固定区域内的限制，工作范围和灵活度更好，有利于扩大装置的使用范围，通过在传统机械臂的基础上加装用于控制机械臂的控制系统5，从而利用控制系统5对机械臂1、机械抓手3、视觉模块4、以及行走机构2进行连接控制，进而利用控制系统5进行数据处理，达到简化传统视觉识别装置结构的目的，成本较低，使用起来更加方便可靠，机械抓手3由舵机提供动能，舵机由抓手控制板进行控制，机械抓手3通过抓手控制板控制舵机运行，提高了机械抓手3切换的便利性，通过连接部7便于对机械抓手3、感应器6进行安装，视觉模块4的相机41和镜头42可以安装在运动空间的顶部中心位置，从而使得视野范围覆盖整个运动空间的底部范围，相机41始终保持预设的拍摄角度，提升了图像的稳定性，也便于感应器6对机械抓手3位置的捕捉，减少了计算过程，使用起来更加方便可靠。
51.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。