[发明专利]结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂装置及使用方法有效

专利信息
申请号: 201910796670.1 申请日: 2019-08-27
公开(公告)号: CN110497437B 公开(公告)日: 2020-12-25
发明(设计)人: 王韵楚;陈梅林;佘注廷;顾大强;卢慧芬;吴敏;朱新杰 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: B25J15/08 分类号: B25J15/08;B25J9/16
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 林超
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 结合 视觉 识别 针对 茶具 抓取 机械 装置 使用方法
【权利要求书】:

1.一种结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂装置,其特征在于:包括机械臂、机械臂控制系统、机械臂末端执行器、视觉装置(9)和抓取辅助结构(10);机械臂控制系统用于控制机械臂完成作业;

机械臂末端执行器包括法兰基座(1)、第一撑脚(4)、第二撑脚(5)、第一气动手指(2)、第二气动手指(3)、第一夹具(6)、第二夹具(7)和相机托架(8);法兰基座(1)通过螺栓固定于机械臂末端,法兰基座(1)底部两侧分别通过第一撑脚(4)和第二撑脚(5)的外侧面安装有第一气动手指(2)和第二气动手指(3),第一气动手指(2)末端夹爪安装有夹取抓取辅助结构(10)的第一夹具(6),第二气动手指(3)末端夹爪安装有第二夹具(7);第二撑脚(5)内侧面通过相机托架(8)固定有视觉装置(9),视觉装置(9)远离第二气动手指(3)的一面安装有摄像头,视觉装置(9)内部安装有图像处理软件,视觉装置(9)在机械臂抓取过程中拍摄待抓取物;

第二夹具(7)由两根长条状夹取棒组成,两根夹取棒通过第二气动手指(3)末端夹爪控制闭合和分离以实现第二夹具(7)的抓取功能;

抓取辅助结构(10)一端开有嵌装固定茶壶(11)手柄的通槽,另一端设有便于第一夹具(6)夹取的把手,抓取辅助结构另一端上端面涂覆有两块对称的识别框(12),两块识别框(12)的颜色为抓取辅助结构(10)整体颜色的互补色。

2.根据权利要求1所述的一种结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂装置,其特征在于:第一气动手指(2)和第二气动手指(3)型号为MHZ2-20D,机械臂采用三菱RV-2F-D垂直多关节型工业机器人,机械臂控制系统采用CR751-D型机器人控制器。

3.根据权利要求1所述的一种结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂装置,其特征在于:视觉装置(9)具体型号采用OpenMV3模块;机械臂控制系统的输出OUT1通过信号线经继电器与OpenMV3模块的P1端口连接,机械臂控制系统的输入IN1~IN6通过信号线经光耦模块分别与OpenMV3模块的P2~P7端口连接,机械臂控制系统的24V电源和GND经24V转5V模块为OpenMV3模块供电。

4.采用权利要求1-3任一所述机械臂装置的一种结合视觉识别并针对茶具抓取的机械臂使用方法,其特征在于,包括茶壶(11)的抓取与茶水倾倒:

具体步骤如下:

步骤1):标定视觉装置(9)拍摄画面:机械臂控制系统控制第一夹具(6)处于第一夹具(6)的抓取准备位姿,将此时视觉装置(9)拍摄画面中抓取辅助结构(10)的抓取中心和抓取轴线标定为视觉装置(9)拍摄画面的标定中心、标定线;

所述第一夹具的抓取准备位姿为第一夹具沿第一夹具中心轴轴向插补24mm后能夹取抓取辅助结构(10)把手的位置;抓取准备位姿包括抓取准备位置和抓取准备姿态;

步骤2):通过示教获取第一夹具(6)的抓取准备位置在世界坐标系下的三维坐标点,将三维坐标点输入机械臂控制系统获得机械臂的运动轨迹,机械臂按规定运动轨迹运动至抓取第一夹具的抓取准备位置;

步骤3):机械臂控制系统输出图像处理开启信号至视觉装置(9),视觉装置(9)拍摄到含有抓取辅助结构(10)的画面,视觉装置(9)根据抓取辅助结构(10)中识别框(12)位置调整第一夹具抓取准备姿态,调整结束后发出完全补正信号至机械臂控制系统;

步骤4):机械臂控制系统接收到完全补正信号后,控制第一夹具(6)沿第一夹具(6)中心轴轴向直线插补24mm,闭合抓手,完成抓取辅助结构(10)的夹取;

步骤5):通过示教获取茶壶(11)壶嘴到达茶杯上方时壶嘴的位姿一,将壶嘴的位姿一输入机械臂控制系统后获得机械臂的运动轨迹,机械臂根据运动轨迹运动的同时带动茶壶(11)运动至壶嘴的位姿一,此时茶壶(11)处于水平位置;

步骤6):通过示教获取茶壶(11)内茶水倾倒于茶杯内时壶嘴的位姿二,对壶嘴的位姿一与壶嘴的位姿二进行直线插补获得机械臂带动茶壶(11)倾倒茶水的运动轨迹,机械臂根据运动轨迹运动的同时带动茶壶(11)运动至壶嘴的位姿二,停留设定时间T,完成茶水倾倒。

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