[發明專利]一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助系統及其方法

在審

• 申請號: 201810147131.0
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108171749A
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 熊力;張江杰
• 申請（專利權）人: 中南大學湘雅二醫院
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G06T17/00;G06T5/50;B25J19/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助系統及其方法，收集大量圖片信息數據，建模機械手臂工作環境圖像，在機械手臂臂端加入熱源供應裝置和陀螺儀，通過精確追蹤機械手臂臂端熱源，準確的測量出機械手臂臂端位置，并利用高精度陀螺儀測量出的高精度角度信息，結合數論公式，精確計算出機械手臂末端的相對位置，用以單獨定位機械手臂末端位置，或輔助其他追蹤機械手臂末端位置的算法或裝置，對機械手臂末端位置進行誤差修正和校準，以保障圖像處理系統中顯示出來的手臂末端位置的精度。可實時持續動態追蹤機械手臂末端位置位置，將其虛擬在對應的圖像系統中，定位機械手臂末端位置，輔助和引導操作者或智能算法進行各類精細機械操作。

技術領域

本發明涉及技術領域，尤其涉及一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助系統及其方法。

背景技術

機械手臂是機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，在工業制造、醫學治療、娛樂服務、軍事、半導體制造以及太空探索等領域都能見到它的身影。盡管它們的形態各有不同，但它們都有一個共同的特點，就是能夠接受指令，精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點進行作業。

傳統的機械手臂大都在機械手臂末端加入信號源標志物或傳感器，然而存在的最大的問題是在不少可操控的智能機械手臂上，其末端的信號源標志物或傳感器為較精細或固定材質，無法對機械手臂末端進行改造或替換。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助系統及其方法，以解決現有技術的不足。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助系統，包括

3D建模部分：收集和分析被控物體的掃描圖，對收集的被控物體圖進行圖像增強后，再將圖像進行壓縮編碼，傳輸到PC端后，解碼圖像構造被控物體的3D模擬圖像，以(x,y,z)三維數據存儲，定義橫軸為x,縱軸為y,豎軸為z,若(x,y,z)坐標點數據不為零時，即為被控物體某部分的圖源數據；

機械手臂臂端捕捉部分：兩機械手臂臂端捕捉設備對機械手臂臂端固定的熱源進行捕捉，其中一臺熱源捕捉設備獲取(x2,y2),另一臺熱源捕捉設備獲取(y2,z2),其中兩組縱軸Y坐標可用來互相校準，再由熱源追蹤系統計算出機械手臂臂端相對位置數據(x2,y2,z2)，將數據傳輸至數字圖像處理系統部分中；

圖像處理系統部分：根據機械手臂臂端捕捉部分提供的坐標確定了機械手臂臂端位置后，同時獲取實時的陀螺儀數據，依據陀螺儀獲取的三維角度信息，對機械手臂的工作角度方向進行計算，結合機械手臂臂端相對位置(x2,y2,z2)和機械手臂的三維角度信息，即可計算出機械手臂末端的相對位置(x1,y1,z1)，再收集大量圖片數據進行整合，將整合后的圖片進行圖像灰度處理，并在橫軸位置、縱軸位置和豎軸位置具體加深標注。

進一步地，所述3D建模部分通過利用不限于CT、磁共振、3D掃描、X射線的技術收集和分析被控物體的掃描圖。

進一步地，所述機械手臂臂端捕捉部分安裝在工作臺右側200cm和頂部200cm位置。

進一步地，所述機械手臂末端相對位置(x1,y1,z1)在顯示系統的圖像中標注出來后，圖像系統中的顯示圖片可進行放大縮小。

進一步地，所述兩機械手臂臂端捕捉設備均以頻率為50Hz對機械手臂臂端固定的熱源進行捕捉。

一種基于陀螺儀的機械手臂熱源追蹤輔助方法，包括以下步驟：

步驟1、收集和分析被控物體的掃描圖，對收集的被控物體圖進行圖像增強后，再將圖像進行壓縮編碼，傳輸到PC端后，解碼圖像構造被控物體的3D模擬圖像；