[實用新型]一種基于機器視覺的移動機械臂抓取控制系統

有效

• 申請號: 201720986127.4
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN207206429U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 吳玉香;曾德偉;王鵬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

技術領域

本實用新型涉及移動機器人智能控制技術領域，具體涉及一種基于機器視覺的移動機械臂抓取控制系統。

背景技術

移動機器人技術是高科技領域內具有代表性的戰略性技術之一，多自由度的機械臂可達范圍大、負載能力強，在生產生活中扮演著非常重要的角色，應用也非常廣泛。采用機器視覺的機械臂控制系統不僅能夠獲得更豐富的環境信息，而且在系統精度、魯棒性和靈活性等方面更有優勢，它能夠代替人工作業，降低專用圖像處理設備的費用，對人類社會的發展具有深遠的影響。

抓取目標是一種典型的移動機械臂應用，在移動機械臂抓取控制系統的研究中，移動機械臂的軌跡規劃和目標定位是最為核心的內容。精確的定位和良好的軌跡規劃能夠確保機械臂平穩的到達目標位置，從而節省大量的時間，提高系統的工作效率，減少移動平臺的磨損，并且極大地延長系統的工作壽命。而基于機器視覺的目標定位方法，對于移動機械臂在復雜環境中的使用，以及提升其自主抓取的準確性和高效性具有重大意義。因此有必要將機器視覺與移動機械臂的運動結合起來研究。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術中目標定位不精確、智能化控制程度低的不足，提供一種更全面更智能的基于機器視覺的移動機械臂抓取控制系統及方法，該移動機械臂抓取控制系統無需人工現場看守，能夠進行遠程智能化操作，實時地觀察移動機械臂的運動情況和對抓取目標的定位跟蹤，并能夠實時控制移動機械臂各個關節的運動狀態，實現對目標更加穩定、可靠的抓取。

為了實現本實用新型的技術目的，本實用新型公開了一種基于機器視覺的移動機械臂抓取控制系統，所述抓取控制系統包括終端控制模塊、無線通信模塊、機械臂操控模塊，其中，

所述無線通信模塊分別與所述終端控制模塊以及所述機械臂操控模塊連接，作為遠程雙向數據信息傳輸的通道，方便兩端模塊的監測與管理；

所述終端控制模塊包括依次連接的圖像處理單元、目標檢測單元、顯示和命令單元，所述機械臂操控模塊包括依次連接的圖像采集單元、主控單元、運動規劃單元、機械臂本體單元；

所述終端控制模塊中的圖像處理單元通過所述無線通信模塊與所述機械臂操控模塊進行通信，接收來自所述機械臂操控模塊中的圖像采集單元的機器視覺信息，目標檢測單元與圖像處理單元連接，根據接收的機器視覺信息獲取目標在圖像中的位置并通過顯示和命令單元實時展示；所述機械臂操控模塊中的主控單元與圖像采集單元連接，負責傳送采集到的圖像信息給圖像處理單元，同時接收數據信息并傳遞控制指令給運動規劃單元，從而調節機械臂本體單元中機械臂各個關節的位置并對目標進行抓取。

進一步地，所述圖像處理單元用于對攝像機進行標定，并將矯正后的數據用于圖像的畸變矯正，同時也對所獲取的圖像進行濾波處理，從而提供更加可靠的圖像信息；

所述目標檢測單元用于對指定的目標進行識別，并在移動機械臂的運動過程中計算出目標在圖像上的坐標，同時將獲取的數據信息傳遞給顯示和命令單元；

所述顯示和命令單元用于顯示與目標相關的信息，以及機械臂的位置信息，同時也用于人為的發送遠程控制指令，從而對機械臂的各個關節進行調節。

進一步地，所述無線通信模塊包括無線網卡和無線路由器，并通過TCP/IP協議完成所述終端控制模塊和所述機械臂操控模塊之間的相關數據傳輸。

進一步地，所述主控單元用于接收來自終端控制模塊發送的機械臂關節轉角控制信號，驅動移動機械臂的各個關節按照指定的角度進行相應地轉動，使得移動機械臂能夠運動到期望位置，同時所述主控單元負責將圖像處理單元采集到的圖像信息傳送給圖像處理單元；

所述圖像采集單元包括單目CCD工業相機和圖像采集卡，用來完成視頻流的采集任務，并通過無線局域網上傳至所述終端控制模塊進行顯示預覽；

所述運動規劃單元采用D-H表示法建立移動機械臂的關節坐標系描述，同時在正逆運動學求解的基礎上在關節空間對移動機械臂進行路徑規劃；

所述機械臂本體單元作為整個多自由度的移動機械臂平臺，在得到目標空間位置信息后，在驅動控制下能夠調節各個關節轉動，使其末端執行器到達目標位置，從而對被控目標進行抓取控制。

進一步地，所述主控單元采用ARM9嵌入式開發板，開發板再通過RS-232串口與底層電機驅動控制器進行通信，驅動本地的移動機械臂運動。

本實用新型相對于現有技術具有如下的優點及效果：