[發(fā)明專利]基于激光測距與深度強化學習的機械手臂控制系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112454368B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉文忠
• 申請（專利權）人: 四川輕化工大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/00
• 代理公司: 北京匯捷知識產權代理事務所(普通合伙) 11531
• 代理人: 盛君梅

本發(fā)明公開了一種基于激光測距與深度強化學習的機械手臂控制系統(tǒng)，包括由底座、基座、基座臂、后臂、前臂、抓握接口組成的機械手臂主體和中央控制器，基座下面有一個步進電機，控制基座的轉動；基座臂與后臂接合轉軸連接一個步進電機并由其控制后臂的轉動；前臂與后臂接口轉軸連接一個步進電機并由其控制前臂的轉動，機械手臂主體還具有抓持結構；本發(fā)明提出的系統(tǒng)和方法可以增強機械手臂的自適應能力，使其自主地從環(huán)境與場景中學習最佳模型參數(shù)，實現(xiàn)自動地定位目標、擬合關節(jié)旋轉角度與速度。

技術領域

本發(fā)明涉及機械手控制技術，具體是基于激光測距與深度強化學習的機械手臂控制系統(tǒng)及方法。

背景技術

隨著人工智能技術的普及，各種各樣的機器手臂開始被應用到分揀、物流、制造、醫(yī)療、教育等各個領域；機械臂與環(huán)境相互作用的各種部件和附件在不斷增加；這類裝置可以使機械手臂精確地抓握，執(zhí)行一個或多個動作；機械手臂變得更加智能和高效，控制技術也變得更加先進和復雜；動作控制中的位姿估計是機器手臂實現(xiàn)自主運動所必需的，對提高機器人手臂的自動化水平具有重要意義。

現(xiàn)有的機械手臂的目標插口定位、關節(jié)旋轉角度與速度大多通過固定動作的編程來實現(xiàn)，對于不同場景需要重新修改程控代碼，靈活性差。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供基于激光測距與深度強化學習的機械手臂控制系統(tǒng)及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種基于激光測距與深度強化學習的機械手臂控制系統(tǒng)，包括由底座、基座、基座臂、后臂、前臂、抓握接口組成的機械手臂主體和中央控制器，基座下面有一個步進電機，控制基座的轉動；基座臂與后臂接合轉軸連接一個步進電機并由其控制后臂的轉動；前臂與后臂接口轉軸連接一個步進電機并由其控制前臂的轉動，機械手臂主體還具有抓持結構。

前臂的抓握接口上端、前臂與后臂的轉軸附近安裝有角度傳感器；后臂與基座轉軸附近處也安裝了角度傳感器；

所述中央控制器共有三臺步進電機，一臺AC電源，三臺驅動器，一塊arduinomega控制板，一塊樹莓4控制板、一個樹莓4攝像頭，一個激光測距儀，四個角度傳感器和一臺計算機主機；步進電機與驅動器連接，控制每個關節(jié)旋轉角度與速度；驅動器連接AC電源和arduinomega控制板；arduinomega控制板與驅動器相連；計算機主機連接arduinomega控制板；激光測距儀、角度傳感器通過數(shù)據(jù)線與計算機主機相連；樹莓4控制板與可編程攝像頭連接，計算機主機連結樹莓4控制板；角度傳感器連接計算機主機。

抓持結構為真空吸盤，攝像頭模塊和激光測距儀模塊和吸管固定綁在一起；

抓持結構為抓手，攝像頭模塊和激光測距儀模塊可以貼合在抓手的掌心內頂部。

如圖8，對于機械手臂的控制方法，采用上述系統(tǒng)，包括控制步驟、目標定位步驟和分析流程步驟，其中控制步驟包括：

S1：啟動計算機軟件，選擇要抓取的目標名稱。

S2：對關節(jié)連接狀態(tài)進行初始化；打開角度傳感器，然后把機械手的前臂抬到最高位置，然后把后臂豎直，使后臂與底座成90度角，最后將基座旋轉到最右邊；打開抓手或者關閉真空吸盤；最右邊的籃筐里裝挑選出的東西。

S3：計算機通過軟件將初始目標選擇為籃框，并執(zhí)行圖像捕捉；定位初始化位置為籃框，將取得的關節(jié)旋轉角度與速度參數(shù)保存在計算機中；這些參數(shù)將在后面的分揀操作中使用。

S4：對連接狀態(tài)進行初始化；慢速旋轉底座至最左側；轉動時開啟程控攝像頭；每次轉動一度，暫停一次，攝像頭抓拍一次；捕捉圖像數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線返回到中央控制器的計算機上。

S5：計算機上的深度學習算法對圖像進行目標定位分析，確定是否需要抓取目標；當圖像中沒有目標時，繼續(xù)向左旋轉底座。