[實用新型]基于視覺的多自由度機械手閉環定位控制裝置

無效

• 申請號: 200920034696.4
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN201519955U
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 徐宏偉;文列龍;任佰燕
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: B25J9/12
• 分類號: B25J9/12;B25J9/18
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

技術領域

本實用新型屬于機械設備自動控制領域，涉及一種機械手的閉環控制，具體涉及一種基于視覺的多自由度機械手閉環定位控制裝置。

背景技術

姿態控制是機械手研究過程中一個必須解決好的重要問題。而機械手的精確定位是姿態控制的前提。如果定位系統的響應速度快而且精度高，就可以使機械手工作精度大大提高，使其能夠完成更高難度的工作。傳統的機械手定位一般采用超聲波、激光等傳感器。這類傳感器價格昂貴，算法復雜，應用受到了限制。如何在低成本下實現機械手的快速高精度定位，一直以來都是研究熱點。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于視覺的多自由度機械手閉環定位控制裝置，解決了現有機械手控制系統復雜，定位不準，成本高的問題。

本實用新型所采用的技術方案是，一種基于視覺的多自由度機械手閉環定位控制裝置，包括在多自由度機械手的手爪上設置有一個COMS傳感器，在各個關節上設置有機械手各關節電機，COMS傳感器與上位機連接，上位機分別與各個關節的控制電路連接，各個關節的控制電路分別與機械手各關節電機連接；

所述的CMOS傳感器用于采集數字圖像信號，并傳輸給上位機；

所述的上位機用于數據計算，得出插補運動各關節旋轉角度值，并將插補運動信號傳輸給控制電路；

所述的控制電路用于發出脈沖信號控制機械手各關節電機的聯動。

本實用新型的有益效果是，結構簡單，使用可靠，整個閉環控制結構緊湊，基于視覺的方式，使得定位更加準確。并且可根據不同的機械手調整控制電路結構，適用范圍和前景相當廣闊。

附圖說明

圖1是本實用新型所控制的多自由度機械手示意圖；

圖2是本實用新型視覺閉環定位控制結構原理圖；

圖3是本實用新型的機械人視覺定位效果示意圖；

圖4是本實用新型最小二乘法擬合中心位置的原理圖。

圖5是本實用新型插補運動各關節旋轉角度的計算示意圖。

圖中，1.腰部，2.肩部，3.手肘，4.手腕，5.手爪，6.CMOS傳感器，10.定位位置中心，11.機械手當前位置中心，12.灰度變換及邊緣檢測處理后的檢測圖像，13.最小二乘法擬合后的結果圖像，14.上位機，15.控制電路，16.機械手各關節電機。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型進行詳細說明。

見圖1、圖2，為本實用新型的多自由度機械手及其控制結構示意圖，所述的多自由度機械手包括5個部位，即腰部1、肩部2、手肘3、手腕4和手爪5，每個部位均設置有一個精密變頻電機用于控制轉動角度，在手爪5上還設置有一個COMS傳感器6，COMS傳感器6與上位機14連接，上位機14與控制電路15連接，控制電路15與機械手各關節電機16連接。該COMS傳感器6即可實現機械手的空間位置視覺識別，再通過各個關節的傳動控制裝置能夠實現五自由度的空間運動。

控制電路15通過MAX232接收到上位機14發送的插補運動控制信號，再向肩部2、手肘3和手腕4三個關節的步進電機發送控制脈沖信號，實現機械手的定位。

見圖2，為本實用新型視覺閉環定位控制裝置的原理圖，機械手爪5上的CMOS傳感器6將采集的數字圖像信號傳給上位機14進行處理，上位機14經過計算得出各關節旋轉角度值的插補運動控制信號，并將插補運動控制信號傳輸給各個關節的控制電路15，各個關節的控制電路15再各自發出步進電機聯動控制脈沖信號控制機械手各關節的步進電機16聯動，實現定位。

如圖3，本實用新型閉環定位控制系統的工作過程是：機械手手爪5端的COMS傳感器6采集數字圖像信號，經USB接口傳送給上位機14。上位機14將數字圖像信號通過灰度變換及邊緣檢測后得到檢測圖像12，再通過最小二乘法，擬合出結果圖像13，分別找到定位位置中心10和機械手當前位置中心11。

如圖4，是本實用新型最小二乘法擬合中心位置的原理圖。在實施例中，左側的模糊圖像是灰度變換后，邊緣檢測等處理后的檢測圖像12，右側的實線圓圖像是采用最小二乘法擬合后的結果圖像13。本實用新型所控制機械手的功能是裝卸紙筒，要分析機械手爪5是否到位，則是分析紙筒和軸的同軸度問題，因此首先要解決的問題是如何檢測出紙筒和軸的圓心，在這里采用了基于最小二乘曲線擬合法。

由于機械手在裝卸紙卷或空紙筒的過程中，手爪的運動方向要有一定的要求，也就是手爪在裝卸時的位姿很重要。如何保證機械手在裝卸料時的位姿，這就要求機械手各關節進行插補運動。在裝卸料時，機械手的位姿主要是由腕關節、肘關節以及肩關節的運動確定。