一种种类自适应式物品柔触抓取方法及实现该方法的装置与流程

本发明涉及物品抓取技术领域，更具体地说，涉及一种种类自适应式物品柔触抓取方法及实现该方法的装置。

背景技术：

随着自动化生产技术的发展，在物品加工和包装技术领域中采用自动化生产设备代替人工生产成为了发展趋势，可节省人力资源和提高生产效率，同时对于卫生要求较高的行业，例如食品行业，可避免人体细菌落入物品，可避免人工密集环境对物品造成污染，确保物品达到卫生安全要求。

但是在物品加工和包装设备中，物品抓取的自动化操作并不理想。例如部分设备采用硬质夹具对物品进行夹取，容易对物品造成刮伤或夹伤，影响物品品质，甚至使产品不能出厂，增加材料损耗和生产成本。尤其是对于质地较软较易变形或者易碎的物品，例如月饼、酥饼、蛋糕等，对夹持力非常敏感，极容易在夹持过程中受损，现有物品夹持装置无法满足其夹取要求。

软体手指是新型抓手器件，通过对软体手指内部充气使软体手指弯曲可对物品产生夹持力，其触感柔软可避免将物品刮伤或划伤，是实现物品自动抓取的理想夹具。但是目前软体手指仍不能应用于较易变形或者较易碎的物品；对于该类物品，现有柔触抓取技术仍可能出现将物品夹至变形或碎裂等情况。

因此，需要设计出一种物品抓取方案，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品夹坏。

技术实现要素：

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落、又可以防止抓持力过大而导致物品夹坏的种类自适应式物品柔触抓取方法。本发明的另一个目的在于提供一种实现上述种类自适应式物品柔触抓取方法、可实现物品柔性抓取、既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落、又可以防止抓持力过大而导致物品夹坏的装置。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种种类自适应式物品柔触抓取方法，其特征在于：采用至少两个软体手指来抓取物品；在软体手指抓取物品之前，先获取物品种类、物品尺寸和物品重量，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值；在软体手指抓取物品过程中，气压系统根据驱动气压值来对软体手指内部充气以驱使软体手指弯曲抓取物品。

本发明方法中，气压系统向软体手指内部充气驱使软体手指弯曲变形以对物品提供抓持力，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指内部气压。由于不同种类物品的软硬程度和易碎程度不同，特别是物品表面的软硬程度和易碎程度不同，对抓取力的需求将会不同。物品尺寸差异会造成物品与软体手指之间间距差异，从而造成软体手指施加抓取力的不同。而物品重量不同对抓取力大小需求不同。因此本发明方法综合物品种类、物品尺寸和物品重量三种因素，为不同种类不同尺寸不同重量物品提供合适的抓持力来抓取物品，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品出现变形和碎裂等夹坏情况。本发明方法尤其适用于较易变形或较易碎物品抓取，例如月饼、酥饼、蛋糕等，也适用于其它物品抓取。

优选地，在软体手指抓取物品之前，还根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指位置。本发明方法根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指位置，可调整软体手指与物品之间的距离，从而使抓取后软体手指与物品之间存在合适的接触面积以产生足够的摩擦力，有利于减小软体手指的抓持力，并可避免物品局部受到的压强过大而导致夹坏。对于较易变形或较易碎的物品，可将软体手指调整至与物品之间的距离较小，以加大抓持后软体手指与物品之间的接触面积，进一步保护物品免于夹坏。

优选地，所述获取物品种类、物品尺寸和物品重量是指：采用视觉组件采集物品图像以获取物品种类和物品尺寸，采用重力传感器获取物品重量。

优选地，所述采用视觉组件采集物品图像以获取物品种类和物品尺寸是指：采用传送机构传输物品，在传送机构上设有视觉组件来获取物品图像从而得到物品种类和物品尺寸；将图像获取点作为跟踪定位信息初始位置，之后对物品移动进行跟踪定位以获取物品跟踪定位信息，从而获取传送机构上各个物品对应的物品种类和物品尺寸。采用跟踪定位方式来对已测物品进行跟踪定位，有利于简化设备结构，降低设备成本和提高设备运行效率。

优选地，所述根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值是指：采用查表方式在数据库中得到物品种类、物品尺寸和物品重量对应的驱动气压值并进行设定。

一种实现上述种类自适应式物品柔触抓取方法的装置，其特征在于：包括：

视觉组件，用于采集物品图像以得到物品种类和物品尺寸；

重力传感模块，用于检测物品重量；

气压系统，用于根据得到的物品种类、物品尺寸和物品重量设定驱动气压值，并根据驱动气压值向外充气；

夹爪机构，用于抓取物品；所述夹爪机构包括移动机器人、与移动机器人连接的手指安装架和至少两个设置在手指安装架上的软体手指；

以及控制器；

所述控制器分别与视觉组件、重力传感模块和气压系统信号连接，以实现视觉组件将得到的物品种类和物品尺寸传输到控制器，重力传感模块将得到的物品重量传输到控制器，控制器根据物品种类、物品尺寸和物品重量来得到驱动气压值并发送到气压系统；各个软体手指分别与气压系统连接，以实现气压系统对软体手指内部充气。

本发明装置中，检测所得的物品种类、物品尺寸和物品重量传输到控制器，控制器根据物品种类、物品尺寸和物品重量来得到驱动气压值并发送到气压系统，气压系统向软体手指内部充气驱使软体手指弯曲变形以对物品提供抓持力，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指内部气压，可使软体手指提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品出现变形和碎裂等夹坏情况。本发明装置尤其适用于较易变形或较易碎物品抓取，例如月饼、酥饼、蛋糕等，也适用于其它物品抓取。

优选地，各个软体手指分别通过手指安装头设置在手指安装架上，并通过手指安装头与气压系统连接；

所述手指安装头采用如下两种方案之一设置：

一、各个手指安装头分别可滑动地设置在手指安装架上，且手指安装头与手指安装架之间设有紧固结构；

二、各个手指安装头分别通过滑动驱动模块设置在手指安装架上；滑动驱动模块与控制器信号连接，以实现控制器根据物品种类、物品尺寸和物品重量来驱动滑动驱动模块。

本发明装置根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指位置；其中，第二种方案可根据物品种类、物品尺寸和物品重量自动调整软体手指位置以调整软体手指与物品之间的距离，从而使软体手指弯曲后与物品之间存在合适的接触面积以产生足够的摩擦力，有利于减小软体手指的抓持力，并可避免物品局部受到的压强过大而导致夹坏。

优选地，还包括：

传送机构，用于将物品进行传送；传送机构包括设有图像采集区域和抓取区域的传送带，以及用于驱动传送带移动的传送驱动模块；传送驱动模块与控制器信号连接；

所述视觉组件是指用于采集物品图像以得到物品种类和物品尺寸、并获取物品跟踪定位信息初始位置的视觉组件；所述视觉组件设置在所述图像采集区域的上方；所述重力传感器设置在传送带中图像采集区域，且与视觉组件位置相对；

所述夹爪机构是指用于根据跟踪定位信息来对物品进行定位和抓取的夹爪机构；所述夹爪机构设置在所述抓取区域的上方。

在物品经过视觉组件时采集物品图像，通过分析处理得出物品种类和物品尺寸，之后传送到控制器中；同时重力传感器获取物品重量并传送到控制器；传送驱动模块与控制器信号连接以将物品移动信息传输到控制器中从而得到物品跟踪定位信息；夹爪机构根据跟踪定位信息来对物品进行定位和抓取。采用跟踪定位方式来对已测物品进行跟踪定位，有利于简化设备结构，降低设备成本，进一步提高生产效率。

优选地，所述移动机器人包括上固定板和移动座组件，以及设置在上固定板下方的中轴组件和三组转动驱动组件；所述中轴组件与移动座组件连接；三组转动驱动组件分别通过连杆与移动座组件连接；所述手指安装架与移动座组件连接。该设置的移动机器人可灵活地移动手指安装架，从而可灵活地移动软体手指以抓取物品。

与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：

1、本发明方法根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指内部气压，可使软体手指提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品出现变形和碎裂等夹坏情况；本发明方法尤其适用于较易变形或较易碎物品抓取，例如月饼、酥饼、蛋糕等，也适用于其它物品抓取；

2、本发明方法可调整软体手指与物品之间的距离，从而使软体手指弯曲后与物品之间存在合适的接触面积以产生足够的摩擦力，为物品提供合适的抓持力，避免物品局部受到的压强过大而导致夹坏；

3、本发明方法采用跟踪定位方式来对已测物品进行跟踪定位，有利于简化设备结构，降低设备成本和提高设备运行效率；

4、本发明装置可实现对物品柔性抓取，使软体手指提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品出现变形和碎裂等夹坏情况；本发明装置尤其适用于较易变形或较易碎物品抓取，例如月饼、酥饼、蛋糕等，也适用于其它物品抓取；

5、本发明装置可调整软体手指与物品之间的距离以调整软体手指与物品之间的接触面积，可为物品提供合适的抓持力以避免物品夹坏；

6、本发明装置可灵活地抓取物品，生产效率高。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明装置中手指安装架和软体手指的安装示意图；

图3是本发明装置中移动机器人的安装示意图；

图4是实施例一装置的系统框图；

其中，1为视觉组件、2为传送机构、3为夹爪机构、31为软体手指、32为手指安装头、33为滑动驱动模块、34为手指安装架、35为气管接头、36为移动机器人、361为上固定板、362为中轴组件、363为转动驱动组件、364为连杆、365为移动座组件、4为物品。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。

实施例一

本实施例种类自适应式物品柔触抓取方法，采用至少两个软体手指31来抓取物品；在软体手指31抓取物品之前，先获取物品种类、物品尺寸和物品重量，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值；在软体手指31抓取物品过程中，气压系统根据驱动气压值来对软体手指31内部充气以驱使软体手指31弯曲抓取物品，从而使软体手指31提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量。

本发明方法中，气压系统向软体手指31内部充气驱使软体手指31弯曲变形以对物品提供抓持力，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指31内部气压，可使软体手指31提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量。由于不同种类物品的软硬程度和易碎程度不同，特别是物品表面的软硬程度和易碎程度不同，对抓取力的需求将会不同。物品尺寸差异会造成物品与软体手指之间间距差异，从而造成软体手指施加抓取力的不同。而物品重量不同对抓取力大小需求不同。因此本发明方法综合物品种类、物品尺寸和物品重量三种因素，为不同种类不同尺寸不同重量物品提供合适的抓持力来抓取物品，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指31上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品夹坏。

本实施例中，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值可以这样实现：采用查表方式在数据库中得到物品种类、物品尺寸和物品重量对应的驱动气压值并进行设定；也可以采用其它现有算法来实现。

获取物品种类和物品尺寸是指：采用传送机构2传输物品，在传送机构2上设有视觉组件1来获取物品图像从而得到物品种类和物品尺寸；将图像获取点作为跟踪定位信息初始位置，之后对物品移动进行跟踪定位以获取物品跟踪定位信息，从而获取传送机构2上各个物品对应的物品种类和物品尺寸。本实施例中，采用跟踪定位方式来对已测物品进行跟踪定位，有利于简化设备结构，降低设备成本和提高设备运行效率。实际应用中，也可以采用其它物品定位方式。

获取物品重量是指采用重力传感器获取物品重量。

在软体手指31抓取物品之前，还根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指31位置。本发明方法根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指31位置，可调整软体手指31与物品之间的距离，从而使抓取后软体手指31与物品之间存在合适的接触面积以产生足够的摩擦力，有利于减小软体手指31的抓持力，并可避免物品局部受到的压强过大而导致夹坏。对于较易变形或较易碎的物品，可将软体手指调整至与物品之间的距离较小，以加大抓持后软体手指与物品之间的接触面积，进一步保护物品免于夹坏。

根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指31位置可以这样实现：采用查表方式在数据库中得到物品种类、物品尺寸和物品重量对应的位置设定值，并将软体手指31移动到位置设定值；也可以采用其它现有算法来实现。

为实现上述种类自适应式物品柔触抓取方法的装置，本实施例提供一种装置，其结构如图1至图4所示，包括：

传送机构2，用于将物品进行传送；传送机构2包括设有图像采集区域和抓取区域的传送带，以及用于驱动传送带移动的传送驱动模块；传送驱动模块与控制器信号连接；

视觉组件1，用于采集物品图像以得到物品种类和物品尺寸、并获取物品跟踪定位信息初始位置；视觉组件1设置在图像采集区域的上方；

重力传感模块，用于检测物品重量；重力传感器设置在传送带中图像采集区域，且与视觉组件1位置相对；

气压系统，用于根据得到的物品种类、物品尺寸和物品重量设定驱动气压值，并根据驱动气压值向外充气；

夹爪机构3，用于根据跟踪定位信息来对物品进行定位和抓取；夹爪机构3设置在抓取区域的上方；夹爪机构3包括移动机器人36、与移动机器人36连接的手指安装架34和至少两个设置在手指安装架34上的软体手指31；

以及控制器；

控制器分别与视觉组件1、重力传感模块和气压系统信号连接，以实现视觉组件将得到的物品种类和物品尺寸传输到控制器，重力传感模块将得到的物品重量传输到控制器，控制器根据物品种类、物品尺寸和物品重量来得到驱动气压值并发送到气压系统；各个软体手指31分别与气压系统连接，以实现气压系统对软体手指31内部充气。

本发明装置的工作原理是：物品由传送机构从图像采集区域传送至抓取区域；在物品经过视觉组件1时采集物品图像，通过分析处理得出物品种类和物品尺寸；重力传感器设置在传送带上，物品经过传送带即可实现重量测量；传送驱动模块与控制器信号连接以将物品移动信息传输到控制器中从而得到物品跟踪定位信息；夹爪机构3根据跟踪定位信息来对物品进行定位和抓取。气压系统向软体手指31内部充气驱使软体手指31弯曲变形以对物品提供抓持力，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指31内部气压，可使软体手指31提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量，既可以牢固抓持物品避免物品从软体手指31上掉落，又可以防止抓持力过大而导致物品夹坏。

控制器可以采用现有控制器，例如plc控制器或单片机控制器。本实施例中软体手指为四个；实际应用中软体手指多于两个即可。视觉组件采集物品图像以得到物品尺寸可采用现有算法；气压系统可采用现有技术。重力传感器得到物品重量可采用现有技术；气压系统可采用现有技术。根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值可以这样实现：采用查表方式在数据库中得到物品种类、物品尺寸和物品重量对应的驱动气压值并进行设定；也可以采用其它现有算法来实现。

本实施例中，采用跟踪定位方式来对已测物品进行跟踪定位，有利于简化设备结构，降低设备成本和提高设备运行效率。实际应用中也可以采用其它方式对物品进行定位。

各个手指安装头32分别通过滑动驱动模块33设置在手指安装架34上；滑动驱动模块33与控制器信号连接，以实现控制器根据物品种类、物品尺寸和物品重量来驱动滑动驱动模块33。本发明装置可根据物品种类、物品尺寸和物品重量自动调整软体手指31位置以调整软体手指31与物品之间的距离，从而使软体手指31弯曲后与物品之间存在合适的接触面积以产生足够的摩擦力，有利于减小软体手指31的抓持力，并可避免物品局部受到的压强过大而导致夹坏。

移动机器人36包括上固定板361和移动座组件365，以及设置在上固定板361下方的中轴组件362和三组转动驱动组件363；中轴组件362与移动座组件365连接；三组转动驱动组件363分别通过连杆364与移动座组件365连接；手指安装架34与移动座组件365连接。该设置的移动机器人36可灵活地移动手指安装架34，从而可灵活地移动软体手指31以抓取物品。转动驱动组件可采用现有技术，例如旋转电机组件；中轴组件可采用现有技术，例如气缸组件。

实施例二

本实施例种类自适应式物品抓取方法与实施例一的区别在于：本实施例中，并没有根据物品种类、物品尺寸和物品重量来调整软体手指位置；在获取物品种类、物品尺寸和物品重量后，根据物品种类、物品尺寸和物品重量来设定驱动气压值；气压系统根据驱动气压值来对软体手指内部充气以驱使软体手指弯曲抓取物品，从而使软体手指提供的抓持力同时适配物品种类、物品尺寸和物品重量。

相对应地，本实施例的装置中，各个手指安装头分别可滑动地设置在手指安装架上，且手指安装头与手指安装架之间设有紧固结构。本实施例的其余结构与实施例一相同。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。