[發(fā)明專利]一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人控制系統(tǒng)及機(jī)器人控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810456280.5
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108648208A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉華;柯莉紅;張蕾;楊濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工程大學(xué)
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/80;B25J9/16
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 談耀文

1.一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的硬件層、控制層和應(yīng)用層，所述應(yīng)用層包括若干個相互連接的具有熱點(diǎn)功能的PC上位機(jī)，所述PC上位機(jī)通過無線連接的方式與所述控制層相連；所述硬件層包括安裝在機(jī)器人機(jī)械本體的若干個伺服電機(jī)，每個所述伺服電機(jī)連接有伺服驅(qū)動器，多個所述伺服驅(qū)動器之間通過CAN通信模塊進(jìn)行通信；所述控制層包括ARM嵌入式平臺和功能模塊，所述功能模塊包括DSP模塊、運(yùn)動控制芯片、視覺定位模塊和射頻識別模塊；

所述ARM嵌入式平臺分別與DSP模塊、視覺定位模塊、射頻識別模塊相連和運(yùn)動控制芯片相連通信，所述ARM嵌入式平臺還通過CAN總線的方式與CAN通信模塊相連；所述ARM嵌入式平臺通過無線連接的方式與PC上位機(jī)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM嵌入式平臺通過HPI接口與DSP模塊相連進(jìn)行通信、通過RS232串口分別與視覺定位模塊和射頻識別模塊相連、通過配有ISA插槽的端子板與運(yùn)動控制芯片相連，所述ARM嵌入式平臺還通過CAN總線的方式與CAN通信模塊相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM嵌入式平臺是以S3C6410芯片為核心，所述運(yùn)動控制芯片是PCL6045BL控制芯片。

4.一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人的控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、對視覺定位模塊的雙目攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲得雙目攝像機(jī)的內(nèi)參、外參以及畸變參數(shù)；

步驟2、通過視覺定位模塊的雙目攝像機(jī)采集服裝裁片的圖像信號，然后通過ARM嵌入式平臺實(shí)時在線傳送給DSP模塊；

步驟3、DSP模塊單元獲得裁片的數(shù)字圖像后，通過圖像分割、邊緣檢測等一系列圖像處理技術(shù)，獲得圖像的邊緣信息；

步驟4、根據(jù)步驟1獲得雙目攝像機(jī)的內(nèi)參、外參以及畸變參數(shù)和步驟3的圖像邊緣信息，確定裁片的實(shí)際抓取位置，也就是機(jī)器人末端手爪要到達(dá)的位置；

步驟5、根據(jù)機(jī)器人末端手爪要到達(dá)的位置，在笛卡爾坐標(biāo)下進(jìn)行軌跡規(guī)劃；

步驟6、運(yùn)動控制芯片根據(jù)裁片的實(shí)際抓取位置與步驟5的軌跡規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，將裁片的實(shí)際抓取位置轉(zhuǎn)化為機(jī)器人每一個關(guān)節(jié)的位置與運(yùn)動速度，驅(qū)動機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動到指定位置；

步驟7、射頻識別模塊經(jīng)電磁感應(yīng)識別衣架標(biāo)簽，確定衣架位置，將此位置上傳到ARM嵌入式平臺，ARM嵌入式平臺將衣架位置信息發(fā)送給運(yùn)動控制卡，機(jī)器人按照步驟5與步驟6，將裁片掛在對應(yīng)的衣架上。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種嵌入式裁片掛片機(jī)器人的控制方法，其特征在于，步驟6具體為：

步驟6.1、根據(jù)軌跡規(guī)劃的結(jié)果，將軌跡分解并計(jì)算出每個節(jié)點(diǎn)的位置、速度以及加速度等運(yùn)動參數(shù)；

步驟6.2、將裁片的位置設(shè)置為機(jī)器人手爪終端位置，此位置經(jīng)過機(jī)器人運(yùn)動學(xué)反解，轉(zhuǎn)換為各關(guān)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)，機(jī)器人根據(jù)對應(yīng)的各個關(guān)節(jié)角進(jìn)而驅(qū)動關(guān)節(jié)電機(jī)實(shí)施抓取與放置動作，各個關(guān)節(jié)角求取如下：

①關(guān)節(jié)角θ₁

其中，p_x表示機(jī)器人手爪坐標(biāo)系原點(diǎn)作為機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的位置矢量p在機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系x軸上的投影、p_y表示p在y軸上的投影、d₂表示關(guān)節(jié)1和關(guān)節(jié)2的x軸方向距離；

②關(guān)節(jié)角θ₃

其中

其中，a₂表示連桿2的長度，a₃表示連桿3的長度；d₄表示關(guān)節(jié)3和關(guān)節(jié)4的x軸方向距離；

③關(guān)節(jié)角θ₂

θ₂₃＝arctan2((-a₃-a₂c₃)p_z+(c₁p_x+s₁p_y)(a₂s₃-d₄),(-d₄+a₂s₃)p_z-(c₁p_x+s₁p_y)(-a₂c₃-a₃)) (8)

其中：θ₂＝θ₂₃-θ₃

其中，p_z表示機(jī)器人手爪坐標(biāo)系原點(diǎn)作為機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系中的位置矢量p在z軸上的投影；s₁是sinθ₁的縮寫，s₂是sinθ₂的縮寫,s₃是sinθ₂的縮寫；c₁是cosθ₁的縮寫、c₂是cosθ₂的縮寫、c₃是cosθ₁的縮寫；

④關(guān)節(jié)角θ₄

θ₄＝arctan 2(-a_xs₁+a_yc₁,-a_xc₁c₂₃-a_ys₁c₂₃+a_zs₂₃) (9)

其中，a_x、a_y、a_z分別表示機(jī)器人手爪坐標(biāo)系z軸相對于機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系的x軸、y軸以及z軸的旋轉(zhuǎn)位置；c₂₃表示cos(θ₂+θ₃)，s₂₃表示sin(θ₂+θ₃)；

⑤關(guān)節(jié)角θ₅

θ₅＝arctan 2(s₅,c₅) (11)

其中，s₅是sinθ₅的縮寫，c₅是cosθ₅的縮寫；

⑥關(guān)節(jié)角θ₆

θ₆＝arctan 2(s₆,c₆) (13)

其中，

其中：s6是sinθ₆的縮寫，c₆是cosθ₆的縮寫；n_x、n_y、n_z分別表示機(jī)器人手爪坐標(biāo)系x軸相對于機(jī)器人基礎(chǔ)坐標(biāo)系的x軸、y軸以及z軸的旋轉(zhuǎn)位置；c₄是cosθ₄的縮寫；

以上步驟求解出機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解參數(shù)后，在機(jī)器人控制過程中通過機(jī)器人末端的位姿，獲得各個關(guān)節(jié)的角度，驅(qū)動機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動到指定位置。