一种新型机械臂动态抓取系统技术方案

本发明专利技术涉及工业生产领域，具体地说，就是一种新型机械臂动态抓取系统，包括自由度机械臂模块、语音识别模块、摄像头模块、VGA显示模块、FPGA模块，自由度机械臂模块包括六个舵机、控制板，将六个舵机分别设定为舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机零，舵机四控制机械臂的抓取方向，舵机五连接转动关节与机械手，控制机械臂的张合，转动关节部分均设置为最大的转动角度，控制板与六个舵机相连。本发明专利技术不同于传统的人工操作机械臂抓取，而是采用FPGA来实现图像识别，后由六自由度机械臂实时智能抓取物体，自动化程度大大提升，且工作效率大大提高，采用语音识别的方式来控制系统的启停，更加方便、便捷、安全，适用于工业领域中机械臂抓取任务。

A New Dynamic Grabbing System for Manipulator

【技术实现步骤摘要】
一种新型机械臂动态抓取系统
本专利技术涉及工业生产领域，具体地说，就是一种新型机械臂动态抓取系统。
技术介绍
近年来我国制造业在迎接市场需求的情况下获得了巨大的发展，促使国内工业机器人技术不断革新，大规模/超大规模集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuits，ASIC)以及现场可编程门阵列FPGA的飞速发展，为图像处理提供了越来越强大的处理性能，它们在图像领域的应用越来越广泛，使图像处理系统正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。传统的工业机械臂的动作路线单一、灵活性不够。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种将图像识别与机械臂结合，再结合相关传感器，通过对某区域内的图像处理进行智能识别的机械臂动态抓取系统，可用于产品的分拣与收集，该系统可以作为升级模块直接为工业生产中的机械臂进行升级加工，使机械臂具有智能抓取功能，提高生产效率，降低生产成本。为了达到上述目的，本专利技术披露的技术方案具体如下：一种新型机械臂动态抓取系统，包括自由度机械臂模块、语音识别模块、摄像头模块、VGA显示模块、FPGA模块，自由度机械臂模块包括六个舵机、控制板，将六个舵机分别设定为舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机零，舵机四控制机械臂的抓取方向，舵机五连接机械手和转动关节，控制机械臂的张合，转动关节部分均设置为最大的转动角度，控制板与六个舵机相连。机械臂模块编好程序后，可以实现机械手的旋转、伸缩、装夹等功能，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在本技术方案中，机械臂动态抓取系统是基于FPGA实现图像识别功能，可通过摄像头实时拍摄记录工作台情况，经过FPGA对所拍摄图像进行分析处理做出机械臂动作规划，为保证机械臂运行安全性，整个系统可由语音识别模块来控制。本专利技术的进一步改进，语音识别模块体积为3*4.3CM，语音识别模块的内部设置有STC11系列芯片、一个定时器、一个外部中断、预留16个I/O口、同时还预留与FPGA模块通信的串口，语音识别模块还设置有5V和3.3V的电源接口。通过语音识别模块控制系统的启停，在工业领域的实际运用更方便、快捷、安全。本专利技术的进一步改进，摄像头模块设置有OV7670图像传感器，摄像头模块与SCCB总线相连。本专利技术的进一步改进，VGA显示模块包括电路板、显示器、VGA接口，VGA接口设置有十五针，十五针分为三排，每排五个孔，电路板通过VGA接口与所述显示器相连。本专利技术的进一步改进，FPGA模块包括Artix-7核心板、软核MicroBlaze，Artix-7核心板采用XilinxArtix-7FPGA系列芯片，Xilinx7系列芯片内部嵌入软核MicroBlaze，该软核和其他外设IP核一起，可以完成可编程系统芯片(SOPC)的设计。软核MicroBlaze处理器采用RISC架构和哈佛结构的32位指令和数据总线，可以全速执行存储在片上存储器和外部存储器中的程序，并和其他外设IP核一起，可以完成可编程系统芯片(SOPC)的设计。Artix-7核心板作为主要处理器处理数据时，实现了图像识别功能，经过FPGA的腐蚀、膨胀、求质心等算法，可以精准的获取物体的坐标。FPGA的软核MicroBlaze实现了六自由度机械臂的路径规划，使得机械臂可以智能抓取图像识别的物体。本专利技术的进一步改进，机械臂动态抓取系统采用了图像二值法、腐蚀膨胀、质心算法的方法进行图像处理。本专利技术的进一步改进，六自由度机械臂舵机的角度采用动态规划算法获得。本专利技术的有益效果：本专利技术不同于传统的人工操作机械臂抓取，而是采用FPGA来实现图像识别，后由六自由度机械臂实时智能抓取物体，自动化程度大大提升，且工作效率大大提高，采用语音识别的方式来控制系统的启停，更加方便、便捷、安全，适用于工业领域中机械臂抓取任务。附图说明图1是机械臂的示意图。图2是本专利技术的工作简图。图3是本专利技术的系统运行图。图4是本专利技术的过程图。图中：1-被测目标，2-OV7670图像传感器，3-摄像头模块，4-FPGA模块，5-VGA显示模块，6-控制执行，7-光源，8-光源控制器，9-自由度机械臂模块，10-机械手，11-舵机五，12-舵机四，13-语音识别模块，14-舵机三，15-舵机二，16-舵机一，17-舵机零。具体实施方式为了加深对本专利技术的理解，下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不对本专利技术的保护范围构成限定。实施例：如图1和图2所示，一种新型机械臂动态抓取系统，包括自由度机械臂模块9、语音识别模块13、摄像头模块3、VGA显示模块5、FPGA模块4，自由度机械臂模块9包括六个舵机、控制板，将六个舵机分别设定为舵机一16，舵机二15，舵机三14、舵机四12、舵机五11、舵机零17，舵机四12控制机械臂的抓取方向，舵机五11连接转动关节与机械手，控制机械臂的张合，其余舵机均为转动关节部分，转动关节部分均设置为最大的转动角度，控制板17与六个舵机相连。机械臂模块9编好程序后，可以实现机械手10的旋转、伸缩、装夹等功能，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在本实施例中：语音识别模块13体积为3*4.3CM，语音识别模块的内部设置有STC11系列芯片、一个定时器、一个外部中断、预留16个I/O口、同时还预留与FPGA模块通信的串口，语音识别模块还设置有5V和3.3V的电源接口。STC11芯片可以进行语音数据处理，通过语音识别模块控制系统的启停，在工业领域的实际运用更方便、快捷、安全。在本实施例中：摄像头模块3设置有OV7670图像传感器2，摄像头模块3与SCCB总线相连。在本实施例中：VGA显示模块5包括电路板、显示器、VGA接口，VGA接口设置有十五针，十五针分为三排，每排五个孔，电路板通过VGA接口与所述显示器相连。在本实施例中：FPGA模块4包括Artix-7核心板、软核MicroBlaze，Artix-7核心板采用XilinxArtix-7FPGA系列芯片，Xilinx7系列芯片内部嵌入软核MicroBlaze，该软核和其他外设IP核一起，可以完成可编程系统芯片(SOPC)的设计。软核MicroBlaze处理器采用RISC架构和哈佛结构的32位指令和数据总线，可以全速执行存储在片上存储器和外部存储器中的程序，并和其他外设IP核一起，可以完成可编程系统芯片(SOPC)的设计。在本实施例中：机械臂动态抓取系统采用了图像二值法、腐蚀膨胀、质心算法的方法进行图像处理。图像二值法的过程：FPGA控制板采集的视频帧序列为f(x,y,t1),f(x,y,t2),...,f(x,y,tn)，从BRAM中读取出一帧图像做二值化处理，首先将彩色图像转化为灰度图，然后再做二值化处理。RGB转化为灰度图常用的公式是：Gray＝5/16*R+9/16*G+2/16*B如果直接采用浮点运算，会消耗大量的FPGA资源，可以发现在灰度转化公式中G分量的比重最高，因此，直接采用G分量作运算，可减少占用资源。图像二值化采用自适应阈值可以有效地减少环境对系统的干扰，一幅图像的G分量的平均值为二值化的阈值。二值化设定背景为黑，目标为白色，二值化的公式如下：threshold为阈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型机械臂动态抓取系统，其特征在于，包括自由度机械臂模块、语音识别模块、摄像头模块、VGA显示模块、FPGA模块，所述自由度机械臂模块包括六个舵机、控制板，将六个舵机分别设定为舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机零，所述舵机四控制机械臂的抓取方向，所述舵机五连接转动关节与机械手，控制机械臂的张合，所述其余舵机均为转动关节部分，所述转动关节部分均设置为最大的转动角度，所述控制板与六个舵机相连。

【技术特征摘要】
1.一种新型机械臂动态抓取系统，其特征在于，包括自由度机械臂模块、语音识别模块、摄像头模块、VGA显示模块、FPGA模块，所述自由度机械臂模块包括六个舵机、控制板，将六个舵机分别设定为舵机一、舵机二、舵机三、舵机四、舵机五、舵机零，所述舵机四控制机械臂的抓取方向，所述舵机五连接转动关节与机械手，控制机械臂的张合，所述其余舵机均为转动关节部分，所述转动关节部分均设置为最大的转动角度，所述控制板与六个舵机相连。2.根据权利要求1所述的一种新型机械臂动态抓取系统，其特征在于，所述语音识别模块体积为3*4.3CM，所述语音识别模块的内部设置有STC11系列芯片、一个定时器、一个外部中断、预留16个I/O口、同时还预留与FPGA模块通信的串口，所述语音识别模块还设置有5V和3.3V的电源接口。3.根据权利要求1所述的一种新型机械臂动态抓取系统，其特征在于，所述摄像头模块设置有OV7670图像传感器，所述摄像头模块与SCCB总线相连。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志敏，魏海峰，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32