基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构

1.本实用新型涉及机械臂技术领域，尤其涉及一种基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构。


背景技术：

2.工业机械手是近几十年发展起来的高科技自动化生产设备，工业机械手是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机械各自的优点。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
3.随着数字图像理论的发展，图像特征提取、目标视觉和轮廓分析等技术均有了长足的发展，有了这些理论支撑，图像采集系统和机械手联合使图像采集技术应用范围就更加的广泛，在实际生产中的作用越来越重要，基于机器视觉的机械手技术迅猛发展加快了生产自动化的发展。抓取搬运类机械手就是其中一种，虽然现在的机械手还不如人手灵活，但它能不断的重复工作和劳动，不知疲惫，不怕危险，同时通过软件控制使抓取机械手有比人更高的搬运准确性，但目前这类基于机器视觉的机械手系统一般为大型设备，制造成本高，使用大型设备搬运小型或轻型物体时，既浪费了成本又浪费了能源；同时，现有技术中的机械手系统需要使用专门的操作系统，运行成本和维护成本过高，在应用于小型机械手系统时会造成成本的浪费。


技术实现要素：

4.为此，本实用新型提供一种基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，用以克服现有技术中小型机械手运行成本过高的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供一种基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，包括：
6.视觉模块，用于采集与和分析所述机构抓取范围内是否存在物体，及存在物体的形状、和颜色；所述视觉模块中还设有信号收发器，用以向外部设备发送信息图像信息；
7.微控制器，其与所述视觉模块相连，用以接受收并和分析所述视觉模块发出的信号；并将分析后的信号发送至舵机；向外部设备发送信息；
8.舵机，在舵机内设有用以接收所述微控制器发出的信号的电子接收板；
9.具有电子接收板接收所述微控制器发出信号，所述电子接收板发出信号控制舵机内马达，马达输出轴链接变速齿轮组，变速齿轮组输出轴连接直齿轮或锥齿轮；
10.传动齿轮轴，其与所述舵机输出轴直齿轮或锥齿轮连接，用以将所述舵机输出轴的动力运动状态传递给至机械手结构；
11.机械手结构，包括底部转动结构机构、与底部转动机构相连的第一直臂、与第一直臂相连的第二直臂、与第二直臂相连的第三直臂与和与第三直臂相连的抓取结机构，各结构所述部件均通过与对应的传动齿轮轴相连接；
12.机械手底座，其设置在所述机械手底部，用以装载机械手；所述机械手底座设有凹槽，用以放置推力轴承；
13.推力轴承，其设置在推力轴承放入所述机械手底座的凹槽中，推力轴承的上表端面与所述机械手底部转动结构相接触相连；
14.视觉模块固定结构，其与所述视觉模块相连，用以调整所述视觉模块的位置。
15.进一步地，所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，其特征在于，所述推力轴承松环与所述机械手底座过盈连接，所述推力轴承紧环与所述机械手底部转动结构过盈连接。
16.进一步地，所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，所述视觉模块于视觉模块固定结构通过螺栓连接。
17.进一步地，所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，所述齿轮轴与所述机械手各结构通过键连接。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于，本实用新型应用微电路与轻型结构大大缩小了传统六轴机械手体积，节约了制作与维护成本解，控制系统简单，编程方便开发，不需要特殊的专用高档控制系统。后期维护费用低，不需要非常专业人员调式，调式和后期维护费用低。同时具有程序的机械搬运能不断的重复工作和劳动，不知疲惫，不怕危险，从而减少人的工作量。基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构能够借助体型优势搬运狭小缝隙人员不便操作的物体。通过将微电路设置在微控制器内部，降低了所述机构的编程难度，无需针对性的专用控制系统即可完成对所述机构的编程和控制，有效降低了所述机构的制备成本。
19.进一步地，所述推力轴承松环与所述机械手底座过盈连接，所述推力轴承紧环与所述底部转动结构过盈连接，使得机械手能够在水平方向做360
°
转动。
20.进一步地，安装调式简单，在装配厂全部预连接运行，然后拆装出厂。现场通过螺栓简单拼装、调水平即可进行调试，用户甚至可以自行完成机械安装。
21.进一步地，通过视觉模块技术可以通过程序实时调整机械手工作状态，加强了机械手工作准确性。
附图说明
22.图1为本实用新型所述基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构的主视图；
23.图2为本实用新型所述机械手处主视图；
24.图3为本实用新型所述视觉模块处主视图。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本实用新型作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非在限制本实用新型的保护范围。
27.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.请参阅图1所示，其为本实用新型所述基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构的主视图。本实用新型基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构所述基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构包括视觉模块1、视觉模块固定结构2、机械手3、推力轴承4、微控制器5、舵机6和机械手底座7。其中，所述视觉模块1 通过螺钉安装在所述视觉模块固定结构2上，所述机械手3与所述推力轴承4 紧环面过盈连接，所述机械手底座7与所述推力轴承4松环面过盈连接，所述机械手3能够以所述推力轴承4中心为轴做水平面360
°
旋转。所述视觉模块1与所述微控制器5串口联接，所述微控制器5与所述舵机6串口联接。
30.在使用所述抓取机构时，启动视觉模块图像采集程序与机械手上电程序，视觉模块扫描工作区域采集初始阈值，并将所述初始阈值保存；保存初始阈值后，所述视觉模块进一步扫描工作区域是否出现物体；
31.当工作区域扫描到物体时，对采集图像进行边缘分割，获取物体中心坐标，判断物体所在区域坐标，通过串口通讯将物体颜色、形状、坐标发送到所述微控制器；
32.当微控制器收到物体坐标，通过内部程序对物体颜色、形状、坐标进行分析确定所述物体抓取方式与移动位置坐标；
33.当所述微控制器确定所述物体抓取方式与移动位置后，输出信号到各舵机，由舵机带动所述机械手各结构，完成所述物体抓取搬运工作。
34.所述搬运工作完成后，所述微控系统会生成信号通过信号收发器输送至外部设备，所述舵机根据信号带动所述机械手各结构恢复至初始工作状态；
35.所述抓取结构会记录所述物体放置位置与形状，在对单个物体完成抓取后，微控制器会根据放置物体坐标与物体形状确定下次物体最佳放置坐标，并根据最佳放置坐标生成最佳运动轨迹、最佳放置位点和最佳放置方向。
36.请参阅图2所示，其为本实用新型所述机械手处主视图。本实用新型所述机械手3包括底部转动结构301、第一直臂302，第二直臂303，第三直臂304与抓取结构305。其中底部转动结构301上端面和第一直臂302左端面相连，第一直臂302右端面和第二直臂303左端面相连，第二直臂303右端面和第三直臂 304左端面相连，第三直臂304右端面和抓取结构305左端面相连。
37.当所述机械手对指定物品进行抓取时，底部转动结构301水平旋转，第一直臂302和第二直臂303垂直旋转，第三直臂304能够垂直旋转也能够以第二直臂 303的连接端面为平面进行水平旋转，抓取结构305做开合运动。
38.请继续参阅图2所示，本实用新型所述舵机6包括底部旋转舵机601、第一直臂旋转
舵机602，第二直臂旋转舵机603，第三直臂旋转舵机604，顶部旋转舵机605和抓取舵机606。其中，所述底部旋转舵机601与所述底部转动结构301 螺栓连接，用以驱动所述301旋转；所述第一直臂旋转舵机602与所述第一直臂 302相连，用以驱动所述302转动；所述第二直臂旋转舵机603与所述第二直臂 303相连，用以驱动所述303转动；所述第三直臂旋转舵机604与所述第三直臂 304相连，用以驱动所述304转动；所述顶部旋转舵机605与所述第三直臂304 相连，用以驱动所述304旋转；所述抓取舵机606与所述抓取结构305，用以驱动所述305开合；
39.请继续参阅图2所示，本实用新型所述，机构还包括齿轮轴8、齿轮轴9、齿轮轴10、齿轮轴11、齿轮轴12和齿轮轴13。所述传动齿轮轴8和底部旋转舵机601输出齿轮相互啮合并通过键与所述底部转动结构301连接；所述传动齿轮轴9和第一直臂旋转舵机602输出齿轮相互啮合并通过键与所述第一直臂302 连接；所述传动齿轮轴10和第二直臂旋转舵机603输出齿轮相互啮合并通过键与所述第二直臂303连接；所述传动齿轮轴11和第三直臂旋转舵机604输出齿轮相互啮合并通过键与所述第二直臂303连接；所述传动齿轮轴12和第三直臂旋转舵机604输出齿轮相互啮合并通过键与所述第三直臂304连接；所述传动齿轮轴13和抓取舵机606输出齿轮相互啮合并通过键与所述抓取结构305连接；
40.当所述底部旋转舵机601接收到所述微控制器5传递信号时，所述底部旋转舵机601转动带动所述底部转动结构301以所述推力轴承4中心为轴做水平面转动，进一步地带动整个机械手3转动；当所述第一直臂旋转舵机602接收到所述微控制器5传递信号时，所述第一直臂旋转舵机602转动带动所述第一直臂结构 302做仰俯转动，进一步带动第二直臂303、第三直臂304和抓取结构305做仰俯转动；当所述第二直臂旋转舵机603接收到所述微控制器5传递信号时，所述第二直臂旋转舵机603转动带动所述第二直臂结构303做仰俯转动，进一步带动第三直臂结构304和抓取结构305做仰俯转动；当所述第三直臂旋转舵机604 接收到所述微控制器5传递信号时，所述第三直臂旋转舵机604转动带动所述第三直臂结构304做仰俯转动并带动抓取结构305做仰俯转动；当所述顶部旋转舵机605接收到所述微控制器5传递信号时，所述顶部旋转舵机605转动带动所述第三直臂结构304做垂直面转动并带动抓取结构305做垂直面转动；当所述抓取舵机606接收到所述微控制器5传递信号时，所述抓取舵机606转动带动所述抓取结构305做抓取运动。
41.请参阅图3所示，其为本实用新型所述视觉模块处主视图，本实用新型所述视觉模块1与所述视觉模块固定结构2通过螺栓相连接，所述视觉模块固定结构 2能够在指定空间区域内移动，用以使所述视觉模块1能够收集工作区域内指定位置的图像信息；视觉模块1确定所述工作区域内是否存在待搬运物体，当视觉模块1确定工作区域内存在待搬运物体时，视觉模块1通过其内部系统分析确定所述工作区域内待搬运物体坐标和形状并将坐标信息和形状信息输送至所述微控制器5。
42.当所述基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构工作时，所述视觉模块1 扫描工作区域采集初始阈值，并将所述初始阈值保存；保存初始阈值后，所述视觉模块进一步扫描工作区域是否出现物体；当工作区域扫描到物体时，对采集图像进行边缘分割，获取物体中心坐标，判断物体所在区域坐标，通过串口通讯将物体颜色、形状、坐标发送到所述微控制器5。当所述微控制器5收到物体坐标，通过内部程序对物体颜色、形状、坐标进行分析确定所述物体抓取方式与移动位置坐标。输出信号到所述舵机6，其中所述底部旋转舵机601带
动所述机械手3 做水平转动，使得所述机械手3与被搬运物体总体处于同一平面；所述第一直臂旋转舵机602和第二直臂旋转舵机603转动带动所述机械手3中第一直臂结构 302，第二直臂303，第三直臂304与抓取结构305做前伸运动，靠近所搬运物体；第三直臂旋转舵机604做仰俯转动，顶部旋转舵机605做垂直旋转带动第三直臂304与抓取结构305使得所述抓取结构305能够获取最佳抓取点；所述抓取舵机606转动带动所述抓取结构305抓取物体。
43.当确定搬运物体被所述抓取结构305抓取后，所述微控制器5输出信号到所述舵机6，其中所述第一直臂旋转舵机602和直臂2旋转舵机603转动带动所述机械手3中第一直臂结构302，直臂2结构303，直臂3结构304与抓取结构305 做收缩运动，将搬运物体抬起；同时直臂3旋转舵机604做仰俯转动，顶部旋转舵机605做垂直旋转带动直臂3结构304与抓取结构305使得所述抓取结构305 能够平稳搬运物体；所述底部旋转舵机601带动所述机械手3做水平转动，使得所述机械手3与被搬运物体放置处总体处于同一平面。
44.当所述抓取搬运机构转向搬运物体放置区域后，所述微控制器5输出信号到所述舵机6，其中所述第一直臂旋转舵机602和第二直臂旋转舵机603转动带动所述机械手3中第一直臂结构302，第二直臂303，第三直臂304与抓取结构305 做前伸运动，靠近所搬运物体放置区域；第三直臂旋转舵机604做仰俯转动，顶部旋转舵机605做垂直旋转带动第三直臂304与抓取结构305使得所述抓取结构 305能够获取平稳放置方向；所述抓取舵机606转动带动所述抓取结构305放置物体。
45.所述搬运工作完成后，所述微控系统5会生成信号通过信号收发器输送至外部设备，所述舵机6根据信号带动所述机械手3各结构恢复至初始工作状态。
46.所述抓取结构会记录所述物体放置位置与形状，在对单个物体完成抓取后，微控制器5会根据放置物体坐标与物体形状确定下次物体最佳放置坐标，并根据最佳放置坐标生成最佳运动轨迹、最佳放置位点和最佳放置方向。
47.基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
48.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型；对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，其特征在于，包括：视觉模块，用于采集和分析所述机构抓取范围存在物体的形状和颜色；所述视觉模块中设有信号收发器，用以向外部设备发送图像信息；微控制器，其与所述视觉模块相连，用以接收和分析所述视觉模块发出的信号并将分析后的信号发送至舵机；舵机在舵机内设有用以接收所述微控制器发出的信号的电子接收板；齿轮轴，其与所述舵机输出轴齿轮连接，用以将所述舵机输出轴的动力传递至机械手；机械手，包括底部转动机构、与底部转动机构相连的第一直臂、与第一直臂相连的第二直臂、与第二直臂相连的第三直臂和与第三直臂相连的抓取机构；机械手底座，其设置在所述机械手底部，用以装载机械手；所述机械手底座设有凹槽，用以放置推力轴承；推力轴承，其设置在所述机械手底座的凹槽中，推力轴承的上端面与所述底部转动机构相连；视觉模块固定结构，其与所述视觉模块相连，用以调整所述视觉模块的位置。2.根据权利要求1所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，其特征在于，所述推力轴承松环与所述机械手底座过盈连接，所述推力轴承紧环与所述底部转动结构过盈连接。3.根据权利要求1所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，其特征在于，所述视觉模块与视觉模块固定结构通过螺栓连接。4.根据权利要求1所述的基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，其特征在于，所述视觉模块与所述微控制器通过串口线连接。

技术总结
本实用新型涉及一种基于图像采集目标的定位抓取搬运的机构，包括视觉模块，微控制器，舵机，传动齿轮，机械手，推力轴承，机械手底座与视觉模块固定结构。本实用新型通过搭建视觉模块与机械手主控之间的通讯，完成机械手坐标系统定义和标定，机械手能通过视觉传感器配合开发的算法获得物品的所在位置的中心坐标，并按照微控制器指令对物体实现抓取与搬运，从而实现对小型物体进行自动搬运的目的。实现对小型物体进行自动搬运的目的。实现对小型物体进行自动搬运的目的。


技术研发人员：王福杰 秦毅 姚智伟 张佳宁 任斌 郭芳
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：2020.08.31
技术公布日：2022/3/8