智能双目自动抓取机械臂制造技术

本发明专利技术涉及一种智能双目自动抓取机械臂，视觉模块通过双目摄像头自动拍摄进入双目摄像头视角的物体，将拍摄的RGB图像信号输入主控模块，由主控模块将RGB图像转换成视差图，获取目标物体深度信息，并将目标物体转换成一个具有中心点且带半径的包络球体模型；主控模块输出控制信号给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂舵机驱动控制模块驱动机械臂模块中的机械臂的舵机开始运转、调整，从而使得从目标物体提取的包络线球体模型到达双目摄像头镜头的正中央，使机械臂的末端夹持器对准物体，再利用DH法计算出的末端目标位置信息进行信息融合，从而进一步提高精度，使得该机械臂抓取系统能够更加精确的找到目标，并高效的完成抓取任务。

Intelligent binocular automatic grasping manipulator

The invention relates to an intelligent automatic grabbing manipulator binocular vision module, through the binocular camera automatic shooting into the binocular camera view object, the RGB image signal shot input control module, the main control module converts a RGB image to obtain disparity map, object depth information, and the target object into a model the envelope sphere has center point and radius; the main control module outputs a control signal to the manipulator servo drive control module, control manipulator servo drive servo control module driven manipulator arm module in the beginning of the operation, adjustment, is central to make the model envelope sphere extracted from object to the binocular camera lens so, the end of mechanical arm holder at the object, at the end of the target position information is calculated using the DH method of information fusion, from In order to further improve the precision, the robotic arm grabbing system can find the target more accurately and perform the grasping task efficiently.

【技术实现步骤摘要】
智能双目自动抓取机械臂
本专利技术涉及一种智能抓取机械臂系统，尤其是一种结合双目视觉伺服、带自跟踪的智能抓取机械臂系统，属于智能抓取机械臂

技术介绍
自从上世纪五十年代第一台具有现代意义的机械臂诞生以来，机械臂已经发展成为了一种精确可靠的、具有冗余自由度的机械设备，并且在各种工业生产中扮演着及其重要的角色，此类机械臂能机械的完成固定的动作或者精确的按照固定的轨迹运行，但在医疗或者勘探等领域中，由于对象的情况、周围环境是复杂多变的，我们不可能像在工业生产中对机械臂的动作提前进行设计与安排，这样传统机械臂就无法胜任当前的工作了，所以机械臂是否能够自行处理特定的对象就变得十分重要。目前市面上的类似的机械臂抓取系统主要是通过测算待抓目标的坐标，而夹持器姿态基本是通过经验尝试，这类系统很难准确高效的完成任务。因此，需要设计一种通过将视觉伺服与机械臂相结合的带有自动抓取功能的机械臂系统，有了这套系统，就能通过摄像头自行识别出目标物体，然后指引机械臂对其进行抓取，那么在一些人类无法实时控制的场景或者无法及时预测对象的情况下，能够完成相关的任务，目前市场上也有类似的系统，但由于视觉伺服与机械臂的系统是成开环状态，要抓的精准必须对硬件有很高的要求，而该系统是基于闭环设计的，并具有自主修正能力，大大提高了抓取精度与效率。
技术实现思路
本专利技术是要提供一种智能双目自动抓取机械臂，用于在无人为干预以及无法及时预测对象的情况下，自行搜索并识别物体，然后控制机械臂准确高效的对其完成抓取工作。为实现上述目的，本专利技术的技术方案：一种智能双目自动抓取机械臂，包括主控模块、机械臂模块、机械臂舵机驱动控制模块、视觉模块、供电模块，所述视觉模块通过安装在机械臂上的双目摄像头自动拍摄进入双目摄像头视角的物体，并将拍摄的RGB图像信号输入主控模块，由主控模块将RGB图像转换成视差图，从而获取目标物体深度信息，并通过点聚类计算将目标物体转换成一个具有中心点且带半径的包络球体模型；主控模块输出控制信号给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂舵机驱动控制模块驱动机械臂模块中的机械臂的舵机开始运转、调整，从而使得从目标物体提取的包络线球体模型到达双目摄像头镜头的正中央，使机械臂的末端夹持器对准物体，完成机械臂的末端夹持器的姿态信息的获取，再由主控模块通过计算得到该待抓取物体中心点相对于双目摄像头的坐标信息，并通过DH法，将这组坐标信息转换为物体中心点相对于机械臂的底座的坐标信息，然后，通过机械臂逆运动学解算出机械臂末端到达目标点位时机械臂的每个舵机相对应的转动角度位置，并将机械臂的初始位置与目标位置之间的轨迹进行归一化处理，从而使得机械臂的末端夹持器可以延一条直线到达目标，主控模块将轨迹点的位置信息指令发送给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂的各舵机进行工作，从而让物体包络线中心点落在双目摄像头的镜头中心。所述机械臂模块包括夹持器、四个舵机、底座舵机，所述夹持器为四爪夹持器，并依次通过四个舵机连接底座舵机，四爪夹持器上装有双目摄像头，底座舵机通过机械臂舵机驱动控制模块连接主控模块，双目摄像头连接主控模块，机械臂舵机驱动控制模块、主控模块和双目摄像头连接供电模块。所述主控模块为上位机微处理器，所述机械臂舵机驱动控制模块为下位机舵机驱动控制板，所述供电模块为蓄电池。本专利技术的有益效果是：本专利技术利用了目标识别跟踪的方法来计算机械臂末端夹持器的姿态信息与待测目标的深度信息，并且能够不断的实时修正偏移量，然后再与利用DH法计算出的末端目标位置信息进行信息融合，从而进一步提高精度，使得该机械臂抓取系统能够更加精确的找到目标，并高效的完成抓取任务。本专利技术的优点：与视觉伺服相结合的闭环控制，具有不断修正偏移量的能力，结构简单，高效精准，另外本专利技术属于初代设计，如果进行防水工艺优化，或者对夹持器进行优化或者器件改装，可以适用于水下勘探作业或者其他特种作业（空间站使用、医疗等），市场前景十分广阔。附图说明图1是本专利技术的智能双目自动抓取机械臂的主体结构图；图2是本专利技术的智能双目自动抓取机械臂的系统框图；图3是本专利技术的智能双目自动抓取机械臂的程序流程框图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，如图2，3所示，一种智能双目自动抓取机械臂，包括主控模块、机械臂模块、机械臂舵机驱动控制模块、视觉模块、供电模块。将待抓取目标至于机械臂的工作空间内后，将对其发送抓取触发指令，那么安装在机械臂上的微型双目摄像头就会自动根据颜色扫描，当检测物体进入双目摄像头的视角后，双目摄像头自动拍摄进入双目摄像头视角的物体，并将拍摄的RGB图像信号输入主控模块，由主控模块将RGB图像转换成视差图，从而获取目标物体深度信息，并通过点聚类计算将目标物体转换成一个具有中心点且带半径的包络球体模型；主控模块输出控制信号给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂舵机驱动控制模块驱动机械臂模块中的机械臂的舵机开始运转、调整，从而使得从目标物体提取的包络线球体模型到达双目摄像头镜头的正中央，使机械臂的末端夹持器对准物体，完成机械臂的末端夹持器的姿态信息的获取，也就是说夹持器处于该方向时，最有可能抓到物体，那么姿态信息就成功获取了。同时还可以通过计算得到该待抓取物体中心点相对于双目摄像头的坐标信息，然后通过DH法（Denavit-HartenbergMatrix，一种用来推导机械臂末端执行器相对于基坐标系位姿的方法），将这组信息转换为物体中心点相对于机械臂底座的坐标信息，然后系统将这组坐标信息进行处理，通过机械臂逆运动学解算出机械臂末端到达目标点位时每个舵机相对应得转动角度位置，并通过主控模块将机械臂初始位置与目标位置之间的轨迹进行归一化处理，从而使得机械臂的末端可以延一条直线到达目标，这些处理完以后，主控模块就能将轨迹点的位置信息指令发送给机械臂舵机驱动控制模块，操控机械臂的各舵机进行工作，在这一过程中双目摄像头依旧会通过计算物体是否处于镜头中心来驱动舵机微调，从而让物体包络线中心点落在镜头的中心，当机械臂到达目标点后，主控模块会再次检测该物体的中心点是否在镜头中心，且该包络线是否能充满整个镜头，如果是，则表明物体已经在夹持器下了，此时主控模块再给机械臂下达关闭夹持器命令，并将物体取回。如图1所示，机械臂模块包括夹持器、第一至第四舵机3，4，5，6、底座舵机7。夹持器为四爪夹持器2，并依次通过第一至第四舵机3，4，5，6连接底座舵机7，四爪夹持器2上装有双目摄像头1，底座舵机7通过机械臂舵机驱动控制模块连接主控模块，双目摄像头1连接主控模块，机械臂舵机驱动控制模块、主控模块和双目摄像头1连接供电模块。主控模块为上位机微处理器9。机械臂舵机驱动控制模块为下位机舵机驱动控制板8。供电模块为蓄电池10。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能双目自动抓取机械臂，包括主控模块、机械臂模块、机械臂舵机驱动控制模块、视觉模块、供电模块，其特征在于：所述视觉模块通过安装在机械臂上的双目摄像头自动拍摄进入双目摄像头视角的物体，并将拍摄的RGB图像信号输入主控模块，由主控模块将RGB图像转换成视差图，从而获取目标物体深度信息，并通过点聚类计算将目标物体转换成一个具有中心点且带半径的包络球体模型；主控模块输出控制信号给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂舵机驱动控制模块驱动机械臂模块中的机械臂的舵机开始运转、调整，从而使得从目标物体提取的包络线球体模型到达双目摄像头镜头的正中央，使机械臂末端的夹持器对准物体，完成机械臂末端的夹持器的姿态信息的获取，再由主控模块通过计算得到该待抓取物体中心点相对于双目摄像头的坐标信息，并通过DH法，将这组坐标信息转换为物体中心点相对于机械臂的底座的坐标信息，然后，通过机械臂逆运动学解算出机械臂末端到达目标点位时机械臂的每个舵机相对应的转动角度位置，并将机械臂的初始位置与目标位置之间的轨迹进行归一化处理，从而使得机械臂的末端夹持器可以延一条直线到达目标，主控模块将轨迹点的位置信息指令发送给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂的各舵机进行工作，从而让物体包络线中心点落在双目摄像头的镜头中心。...

【技术特征摘要】
1.一种智能双目自动抓取机械臂，包括主控模块、机械臂模块、机械臂舵机驱动控制模块、视觉模块、供电模块，其特征在于：所述视觉模块通过安装在机械臂上的双目摄像头自动拍摄进入双目摄像头视角的物体，并将拍摄的RGB图像信号输入主控模块，由主控模块将RGB图像转换成视差图，从而获取目标物体深度信息，并通过点聚类计算将目标物体转换成一个具有中心点且带半径的包络球体模型；主控模块输出控制信号给机械臂舵机驱动控制模块，控制机械臂舵机驱动控制模块驱动机械臂模块中的机械臂的舵机开始运转、调整，从而使得从目标物体提取的包络线球体模型到达双目摄像头镜头的正中央，使机械臂末端的夹持器对准物体，完成机械臂末端的夹持器的姿态信息的获取，再由主控模块通过计算得到该待抓取物体中心点相对于双目摄像头的坐标信息，并通过DH法，将这组坐标信息转换为物体中心点相对于机械臂的底座的坐标信息，然后，通过机械臂逆运动学解算出...

【专利技术属性】
技术研发人员：林森阳，魏国亮，王博，李玉齐，鲍海锋，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31