一种机械臂自主导航移动系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机械臂自主导航移动系统，包括移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元、终端控制单元、远程监控单元和视觉检测单元，其中，移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元分别与终端控制单元连接，机械臂单元、扫描单元安装在移动底盘单元上；终端控制单元控制移动底盘单元运行至指定工作位置，并且在运行过程中通过扫描单元检测障碍物，终端控制单元分析障碍物信息后控制移动底盘单元有效躲避障碍物；远程监控单元与终端控制单元无线连接，两者能够相互通讯，远程监控单元能够向终端控制单元下达指令；视觉检测单元检测机械臂单元的实时工况信息，并将该工况信息实时传送至远程监控单元，最终使得终端控制单元控制机械臂单元进行有效作业。

A Mobile System for Autonomous Navigation of Manipulator

The invention discloses an autonomous navigation mobile system of a manipulator, which comprises a mobile chassis unit, a manipulator unit, a scanning unit, a terminal control unit, a remote monitoring unit and a visual detection unit. The mobile chassis unit, a manipulator unit and a scanning unit are respectively connected with the terminal control unit, and the manipulator unit and a scanning unit are installed on the mobile chassis unit. The control unit controls the mobile chassis unit to run to the designated working position, and detects obstacles through the scanning unit in the operation process. The terminal control unit controls the mobile chassis unit to avoid obstacles effectively after analyzing the obstacle information. The remote monitoring unit and the terminal control unit are wirelessly connected, which can communicate with each other, and the remote monitoring unit can reach the terminal control unit. The visual inspection unit detects the real-time working condition information of the manipulator unit, and transmits the working condition information to the remote monitoring unit in real time. Finally, the terminal control unit controls the manipulator unit for effective operation.

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂自主导航移动系统和方法
本专利技术涉及机械手臂与自主导航小车
，尤其涉及一种机械臂自主导航移动系统和方法。
技术介绍
自动导引运输车是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。自动导引运输车以轮式移动为特征，较之步行、爬行或其他非轮式的移动机器人具有运动快捷、工作效率高、结构简单、可控性强、安全性好等优势。与物料输送中常用的其他设备相比，自动导引运输车的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔性，实现高效、经济、灵活的无人化生产。目前“自动导引运输车+机械臂”的复合型机器人处于研究的前端，但复合型机器人作为协作机器人的一种拓展应用，在企业智能制造改造方面仍存在不错的应用前景。首先，由于移动范围大，且利用目前自动导引运输车的SLAM（SimultaneousLocalizationAndMapping，即时定位与地图构建）技术，使复合型机器人能够更智能的于车间移动，实现协作机器人的多工位操作，相较于传统机器人更加灵活，覆盖范围更广。在提高机器人覆盖面的同时，复合型机器人可以参考ERP（EnterpriseResourcePlanning，企业资源计划）、MES（ManufacturingExecutionSystem，制造企业生产过程执行系统）等信息系统的指令，与信息系统更好的结合运作。车间调度人员可以通过系统，向复合型机器人下达物料运输、上下料的指令，提高车间智能化程度。总体而言，除了将时下机器人领域热度较高的自动导引运输车与协作机器人进行有机结合之外，复合型机器人还有能力使车间与智能制造更近一步，其应用前景值得期待。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种能够解决自动导引运输小车功能单一、只能按照既定路线行进、不能自主躲避障碍物、环境适应能力差等问题的机械臂自主导航移动系统，及该机械臂自主导航移动方法。为了实现上述目的，本专利技术一种机械臂自主导航移动系统，包括移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元、终端控制单元、远程监控单元和视觉检测单元，其中，移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元分别与终端控制单元连接，机械臂单元、扫描单元安装在移动底盘单元上；终端控制单元控制移动底盘单元运行至指定工作位置，并且在运行过程中通过扫描单元检测障碍物，终端控制单元分析障碍物信息后控制移动底盘单元有效躲避障碍物；远程监控单元与终端控制单元无线连接，两者能够相互通讯，远程监控单元能够向终端控制单元下达指令；在指定工作位置，视觉检测单元检测机械臂单元的实时工况信息，并将该工况信息实时传送至远程监控单元，远程监控单元向终端控制单元下达指令，使得终端控制单元控制机械臂单元进行有效作业。进一步，所述移动底盘单元包括底座、脚轮、驱动电机和陀螺仪，其中，底座包括顶板、中板和底板三个彼此平行的板，以及安装在这三个板之间的若干个支撑柱；脚轮安装在驱动电机的驱动轴末端，驱动电机安装在底板下表面，通过驱动电机驱动脚轮运动，使得移动底盘单元实现移动；陀旋仪安装在底板的上表面，采集底座的角度信息；驱动电机、陀旋仪分别与所述终端控制单元连接，通过终端控制单元控制驱动电机的转动，陀旋仪将信息传送给所述终端控制单元。进一步，所述机械臂单元包括机械臂和机械臂底座，机械臂底座安装所述移动底盘单元顶部，机械臂安装在机械臂底座上，其中，机械臂包括大臂、大臂电机、小臂、小臂电机、吸盘和标定方块，吸盘与标定方块连接，标定方块安装在小臂的末端，小臂安装在大臂的末端，小臂与大臂的连接处安装有小臂电机，使小臂能够以大臂为轴转动，大臂安装在机械臂底座的顶部，大臂与机械臂底座的连接处安装有大臂电机，使大臂能够以机械臂底座为轴转动；小臂驱动电机、大臂驱动电机分别与所述终端控制单元连接，通过终端控制单元控制电机的转动；吸盘用于抓取物料，标定方块的表面上设置有位置信息的二维码，将标定方块的位置信息展示给视觉检测单元。进一步，所述扫描单元包括激光雷达传感器和数据处理模块，激光雷达传感器向目标发射探测信号，然后接受从目标反射回来的信号；通过数据处理模块将激光雷达传感器发出与接收到的信号进行运算处理，最终将数据传输给所述终端控制单元。进一步，系统还包括真空泵单元，该真空泵单元包括真空泵电机和气管，气管的一端与真空泵电机连接，气管的另一端与机械臂单元的吸盘连接，真空泵电机通过转动抽走空气，形成负压环境，通过气管将负压传到吸盘；真空泵电机与终端控制单元连接，通过终端控制单元控制真空泵电机运转。进一步，所述终端控制单元包括微型电脑主机、无线传输模块、存储模块和外壳，微型电脑主机、无线传输模块、存储模块集装在外壳里，微型电脑主机控制移动底盘单元、机械臂单元和真空泵单元各自的电机的运转，采集处理扫描单元传输过来的数据；无线传输模块用于微型电脑主机与所述远程监控单元之间的无线连接，实现信号通讯、数据交互；存储模块用于存储微型电脑主机产生的数据。进一步，所述远程监控单元，该远程控制单元包括智能终端、无线路由器和监控显示器，智能终端分别与无线路由器、监控显示器连接，智能终端通过无线路由器与终端控制单元无线连接，终端控制单元将位移底盘单元、机械臂单元的运行数据、扫描单元扫描数据、真空泵单元运行状态数据传送给智能终端，通过监控显示器查看、监控这些数据；智能终端能够向终端控制单元发送指令，以远程控制系统的运行。进一步，所述视觉检测单元包括摄像头，摄像头与远程监控单元连接，安装在物料平台的顶部，摄像头通过扫描标定方块的表面的二维码获得方向信息，通过三角测量获得小臂的位置信息，并将位置信息发送给远程监控单元。本专利技术一种机械臂自主导航移动方法，采用上述的机械臂自主导航移动系统，步骤如下：（1）远程监控单元向终端控制单元发出物料平台的位置信息，终端控制单元控制移动底盘单元到达物料平台前端；（2）当机械臂单元进入摄像头的拍摄范围后，通过标定方块确定机械臂的位置信息，并将位置信息传递至远程监控单元；（3）远程监控单元在获取机械臂的位置信息后，通过摄像头实时查看机械臂的位置与物料之间是否有偏差，若有偏差对其位置进行补偿，即远程监控单元与终端控制单元进行双向通讯，终端控制单元控制机械臂进行移动，补偿位置误差，无误差后，通过真空泵单元用吸盘拾取物料；（4）拾取物料后，远程监控单元控制移动底盘单元向目标点位置坐标移动，当行进过程中扫描单元发现有障碍物时，将障碍物信息发送给终端控制单元，终端控制单元根据该信息控制移动底盘单元移动，躲避障碍物，机械臂到达指定坐标将物料放入料盘。进一步，所述摄像头获取标定方块的二维码在相机坐标系中的位置；当机械臂到达抓取目标位置附近时，通过矩阵转换将被抓物体的全局坐标系中的坐标转换到机械臂所在的坐标中，从而实现物体的抓取；所述扫描单元需要两个代价地图来存储障碍物的位置信息，即全局代价地图和局部代价地图，全局代价地图用于长期的路径规划，而局部代价地图用于局部路径的规划与躲避。本专利技术所述的机械臂自主导航移动系统，具有以下有益效果：①将整个系统封装为不同的模块，然后对各个模块进行详细的规划设计与定型，方便管控系统后续的扩展、升级和开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，包括移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元、终端控制单元、远程监控单元和视觉检测单元，其中，移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元分别与终端控制单元连接，机械臂单元、扫描单元安装在移动底盘单元上；终端控制单元控制移动底盘单元运行至指定工作位置，并且在运行过程中通过扫描单元检测障碍物，终端控制单元分析障碍物信息后控制移动底盘单元有效躲避障碍物；远程监控单元与终端控制单元无线连接，两者能够相互通讯，远程监控单元能够向终端控制单元下达指令；在指定工作位置，视觉检测单元检测机械臂单元的实时工况信息，并将该工况信息实时传送至远程监控单元，远程监控单元向终端控制单元下达指令，使得终端控制单元控制机械臂单元进行有效作业。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，包括移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元、终端控制单元、远程监控单元和视觉检测单元，其中，移动底盘单元、机械臂单元、扫描单元分别与终端控制单元连接，机械臂单元、扫描单元安装在移动底盘单元上；终端控制单元控制移动底盘单元运行至指定工作位置，并且在运行过程中通过扫描单元检测障碍物，终端控制单元分析障碍物信息后控制移动底盘单元有效躲避障碍物；远程监控单元与终端控制单元无线连接，两者能够相互通讯，远程监控单元能够向终端控制单元下达指令；在指定工作位置，视觉检测单元检测机械臂单元的实时工况信息，并将该工况信息实时传送至远程监控单元，远程监控单元向终端控制单元下达指令，使得终端控制单元控制机械臂单元进行有效作业。2.根据权利要求1所述的一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，所述移动底盘单元包括底座、脚轮、驱动电机和陀螺仪，其中，底座包括顶板、中板和底板三个彼此平行的板，以及安装在这三个板之间的若干个支撑柱；脚轮安装在驱动电机的驱动轴末端，驱动电机安装在底板下表面，通过驱动电机驱动脚轮运动，使得移动底盘单元实现移动；陀旋仪安装在底板的上表面，采集底座的角度信息；驱动电机、陀旋仪分别与所述终端控制单元连接，通过终端控制单元控制驱动电机的转动，陀旋仪将信息传送给所述终端控制单元。3.根据权利要求1所述的一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，所述机械臂单元包括机械臂和机械臂底座，机械臂底座安装所述移动底盘单元顶部，机械臂安装在机械臂底座上，其中，机械臂包括大臂、大臂电机、小臂、小臂电机、吸盘和标定方块，吸盘与标定方块连接，标定方块安装在小臂的末端，小臂安装在大臂的末端，小臂与大臂的连接处安装有小臂电机，使小臂能够以大臂为轴转动，大臂安装在机械臂底座的顶部，大臂与机械臂底座的连接处安装有大臂电机，使大臂能够以机械臂底座为轴转动；小臂驱动电机、大臂驱动电机分别与所述终端控制单元连接，通过终端控制单元控制电机的转动；吸盘用于抓取物料，标定方块的表面上设置有位置信息的二维码，将标定方块的位置信息展示给视觉检测单元。4.根据权利要求1所述的一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，所述扫描单元包括激光雷达传感器和数据处理模块，激光雷达传感器向目标发射探测信号，然后接受从目标反射回来的信号；通过数据处理模块将激光雷达传感器发出与接收到的信号进行运算处理，最终将数据传输给所述终端控制单元。5.根据权利要求3所述的一种机械臂自主导航移动系统，其特征在于，还包括真空泵单元，该真空泵单元包括真空泵电机和气管，气管的一端与真空泵电机连接，气管的另一端与机械臂单元的吸盘连接，真空泵电机通过转动抽走空气，形成负压环境，通过气管将负压传...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳宇，林燕文，陈南江，彭赛金，
申请(专利权)人：北京华晟经世信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11