一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统，由上位机、主控制板、气压控制装置、双目摄像头、机械臂、气动软体末端件构成。机械臂通过主控制板给出相应的驱动信号，精确定位到期望位置。气动软体末端件通过气压控制装置来进行充气、吸气，以完成下压、上翘的动作。当需要进行抓取时，进行充气操作，气动末端件会发生形变，包裹住被抓取物，充气时分为两个阶段：快速充气和慢速逼近。当需要进行卸货时，进行吸气操作，气动末端件会反向形变，释放被抓取物，完成卸货动作。本发明专利技术的有益效果是位置定位精确，响应速度快，夹取时震动小。

【技术实现步骤摘要】
一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统
本专利技术属于机械控制
，涉及一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统。
技术介绍
随着工业快速发展，手机在我们的生活中起了越来越重要的作用，随之提升的是手机的生产量。传统电机驱动的末端件在进行手机屏幕等易碎物品的夹取装配时，容易对被夹取物造成伤害，从而对工业生产产生消极的影响。使用气动软体末端件可以有效避免这个问题，其对被抓取物有良好的表面适应性，不会对被抓取物造成伤害。本专利技术所设计的控制系统主要针对配有气动软体末端件的机械臂。由于气动软体末端件一般较软，传统的气动软体末端件控制系统控制时，充气前后气压差距很大，气体瞬间冲入会给气动末端件带来巨大的冲击，造成气动末端件的剧烈震动，容易造成夹取不稳的问题；另外气动软体末端件一般都有极强的非线性，导致在控制过程中末端件很难做到精确定位。本设计的控制系统前期对气动末端件使用神经网络进行建模，建立气压和气动软体末端件末端角度的关系。控制抓取时，通过双目视觉装置进行被抓取物的定位，通过控制电机的转角来控制机械臂末端件的位置位姿。在进行充气抓取时，本系统采用先快速充气再慢速逼近的控制策略，在保证气动快速响应的同时，减小末端件的震动，让抓取更加稳定。另外控制系统配有真空发生器，使卸货更加方便稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统，本专利技术的有益效果是位置定位精确，响应速度快，夹取时震动小。本专利技术所采用的技术方案是由上位机、主控制板、气压控制装置、双目摄像头、机械臂、气动软体末端件构成。其中主控制板包括模拟输入模块、模拟输出模块、继电器模块、主芯片模块。模拟输入模块可读取当前气压控制装置气压值的模拟信号，并将其转化为数字信号，以便后一步的计算显示；模拟输出模块可将期望的气压值转化为模拟信号，输出给气压控制装置；继电器模块可控制气压控制装置中的电磁阀通断；主芯片模块选用Atmega328作为主控制板的控制核心。气压控制装置由空气压缩机、电磁阀、电气比例阀、真空发生器等组成。空气压缩机可以提供稳定的气压；电磁阀可以控制气路的通断，使充气、吸气同时至多只有一路在工作；电气比例阀可以通过接受来自主控制板的模拟信号来控制气路中的气压值，并输出模拟信号来反馈当前的气压值，以此精确控制气动软体末端件的充气形变；真空发生器可以产生真空环境，使气路变为真空，控制气动软体末端件的吸气形变。双目摄像头通过双目定位的原理可以确定被抓取物在空间中的三维坐标，并将这个三维坐标上传给上位机进行计算。机械臂通过主控制板给出相应的驱动信号，精确定位到期望位置。气动软体末端件通过气压控制装置来进行充气、吸气，以完成下压、上翘的动作。当需要进行抓取时，进行充气操作，气动末端件会发生形变，包裹住被抓取物，充气时分为两个阶段：快速充气和慢速逼近。当需要进行卸货时，进行吸气操作，气动末端件会反向形变，释放被抓取物，完成卸货动作。系统工作时，前期拍摄不同气压下对应气动软体末端件的末端角度，使用神经网络建立它们之间的关系。实际准备开始抓取，双目摄像头将拍摄到的图片上传到上位机，上位机识别被抓取物在左右两张图片中的位置，并通过相机标定的参数和左右图片中的位置差距计算出被抓取物在相机坐标系下的空间位置，作为机械臂末端件的期望位置，接着进行空间坐标变换，求出被抓取物在机械臂坐标系下的空间位置，通过上位机进行机械臂的逆解，求出机械臂各关节的角度，将求出的各关节角度输出给主控制板，由主控制板控制机械臂各关节的角度，使机械臂达到被抓取物的位置，然后主控制板通过继电器控制充气气路的电磁阀通电，吸气气路的电磁阀接地，使充气气路打开，吸气气路闭合，先进行快速充气阶段，对前期获得的不同气压下对应气动软体末端件末端角度的神经网络模型输入期望的末端件抓取状态末端角度，输出得到期望的末端件抓取状态气压，并基于此选取合适的中间角度对应的气压值，将这个气压值通过主控制板发送给电气比例阀，完成快速充气的阶段。再进行慢速逼近阶段，将中间状态的气压值到期望状态的气压值线性分成若干个值，将这些值通过主控制板每隔一段时间逐个发送给电气比例阀，以实现慢速逼近，最后通过电气比例阀反馈的气压值模拟量进行PID(比例(proportion)、积分(integral)、微分(derivative))调节，使气压稳定在期望值，从而包裹住被抓取物，完成抓取。当要进行卸货时，主控芯片控制机械臂，机械臂末端件移动至卸货平台，主控制板控制充气气路的电磁阀接地，吸气气路的电磁阀通电，使充气气路闭合，吸气气路打开，真空发生器开始工作，气动软体末端件吸气反向形变，释放被抓取物，完成卸货动作。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本控制系统抓取启动后首先进行双目摄像头的拍摄定位，通过识别物体在两幅图中不同的X坐标，计算出视差。接着通过摄像头标定数据如焦距，基线长度等求出被抓取物体在左摄像机坐标系下的坐标。然后通过左摄像机坐标系和机械臂基坐标系的关系，计算得到被抓取物在机械臂基坐标系下的坐标。通过机械臂的逆解，求出各关节的角度，通过主控制板控制其运动至期望位置。气动末端件对被抓取物要进行抓取时，首先打开充气电磁阀，关闭吸气电磁阀，根据前期建立的气压和末端件末端角度的神经网络来确定最终输入的气压，选取一个中间值，将这个值转化为模拟信号经由主控制板输出给电气比例阀，实现快速充气；当快速充气完成后开始慢速逼近最终输入的气压，将中间状态的气压值到最终状态的气压值线性分成若干个值，把这些值每隔一段时间经由主控制板发送给电器比例阀，实现慢速逼近，完成抓取。气动末端件要进行卸货时，首先关闭充气电磁阀，打开吸气电磁阀，真空发生器开始工作，气动末端件内部由于被抽成真空发生了和充气反方向的变形，从而完成了卸货。气动软体末端件的抓取性能的好坏取决于定位精度和震动幅度。因此本控制系统采用了神经网络来建立气压和末端件末端角度的关系的方法来解决精度问题；通过电气比例阀，采用先快速充气再慢速逼近的控制策略来解决震动幅度的问题。并搭配双目摄像头和机械臂，实现了配有气动软体末端件的机械臂精确抓取和卸货。本系统模块之间有良好的配合。针对配有气动软体末端件的机械臂抓取易碎物品，本控制系统具有良好的适用性。同时，配合双目摄像头和机械臂可以达到精确定位，使用的气压控制装置可以实现快速响应。本控制系统可以满足位置定位精确，响应速度快，抓取稳定的特点。以上所述仅是对本专利技术的较佳实施方式而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，凡是依据本专利技术的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本专利技术技术方案的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统，其特征在于：由上位机、主控制板、气压控制装置、双目摄像头、机械臂、气动软体末端件构成；其中主控制板包括模拟输入模块、模拟输出模块、继电器模块、主芯片模块；模拟输入模块读取当前气压控制装置气压值的模拟信号，并将其转化为数字信号；模拟输出模块将期望的气压值转化为模拟信号，输出给气压控制装置；继电器模块控制气压控制装置中的电磁阀通断；主芯片模块选用Atmega328作为主控制板的控制核心；气压控制装置由空气压缩机、电磁阀、电气比例阀、真空发生器组成；空气压缩机提供稳定的气压；电磁阀控制气路的通断，使充气、吸气同时至多只有一路在工作；电气比例阀可以通过接受模拟信号来控制气路中的气压值，并输出模拟信号来反馈当前的气压值，以此精确控制气动软体末端件的充气形变；真空发生器产生真空环境，使气路变为真空，控制气动软体末端件的吸气形变；双目摄像头通过双目定位的原理可以确定被抓取物在空间中的三维坐标，并将这个三维坐标上传给上位机进行计算；机械臂通过主控制板给出相应的驱动信号，精确定位到期望位置；气动软体末端件通过气压控制装置来进行充气、吸气，以完成下压、上翘的动作；当需要进行抓取时，进行充气操作，气动末端件会发生形变，包裹住被抓取物，充气时分为两个阶段：快速充气和慢速逼近。当需要进行卸货时，进行吸气操作，气动末端件会反向形变，释放被抓取物，完成卸货动作。...

【技术特征摘要】
1.一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统，其特征在于：由上位机、主控制板、气压控制装置、双目摄像头、机械臂、气动软体末端件构成；其中主控制板包括模拟输入模块、模拟输出模块、继电器模块、主芯片模块；模拟输入模块读取当前气压控制装置气压值的模拟信号，并将其转化为数字信号；模拟输出模块将期望的气压值转化为模拟信号，输出给气压控制装置；继电器模块控制气压控制装置中的电磁阀通断；主芯片模块选用Atmega328作为主控制板的控制核心；气压控制装置由空气压缩机、电磁阀、电气比例阀、真空发生器组成；空气压缩机提供稳定的气压；电磁阀控制气路的通断，使充气、吸气同时至多只有一路在工作；电气比例阀可以通过接受模拟信号来控制气路中的气压值，并输出模拟信号来反馈当前的气压值，以此精确控制气动软体末端件的充气形变；真空发生器产生真空环境，使气路变为真空，控制气动软体末端件的吸气形变；双目摄像头通过双目定位的原理可以确定被抓取物在空间中的三维坐标，并将这个三维坐标上传给上位机进行计算；机械臂通过主控制板给出相应的驱动信号，精确定位到期望位置；气动软体末端件通过气压控制装置来进行充气、吸气，以完成下压、上翘的动作；当需要进行抓取时，进行充气操作，气动末端件会发生形变，包裹住被抓取物，充气时分为两个阶段：快速充气和慢速逼近。当需要进行卸货时，进行吸气操作，气动末端件会反向形变，释放被抓取物，完成卸货动作。2.按照权利要求1所述一种配有气动软体末端件的机械臂控制系统，其特征在于：前期拍摄不同气压下对...

【专利技术属性】
技术研发人员：王周义，王炳诚，戴振东，王刘伟，谷雨，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32