本發(fā)明涉及的是一種基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人，屬于智能服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，特別適用于形狀顏色差異較大的物體的搬運(yùn)。

背景技術(shù)：

近年來我國迅猛發(fā)展，信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、圖像處理技術(shù)等早已融入到我們的生活當(dāng)中，在我們的生活水平提高上起到了無法替代的作用，也為智能機(jī)器人的發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

隨著人工智能計(jì)劃的提出，現(xiàn)在正處于智能設(shè)備的發(fā)展的黃金時(shí)期，小距離自動(dòng)運(yùn)輸市場(chǎng)的要求，人力勞動(dòng)已經(jīng)不能滿足人們生產(chǎn)速度的需要，機(jī)器自動(dòng)化剛好能夠彌補(bǔ)這一不足；盡管現(xiàn)在有很多智能機(jī)器，載貨能力強(qiáng)、高識(shí)別率、高工作效率，但那大都是針對(duì)于大型的企業(yè)的，很多小型的企業(yè)或者剛起步的企業(yè)資金周轉(zhuǎn)不過來，根本買不起這種設(shè)備，本發(fā)明針對(duì)識(shí)別分類要求較高但是重復(fù)工作耗時(shí)較長的工作，可以幫助中小型企業(yè)大大節(jié)省制造成本，從根本上提高質(zhì)量和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出的是一種基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人，其目的旨在提供一種能夠自動(dòng)搬運(yùn)貨物的機(jī)器人，降低企業(yè)的制造成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案：基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括機(jī)械部分和電子部分；其中，電子部分包括終端設(shè)備、傳感器單元、圖像采集模塊、主控制器系統(tǒng)、信息顯示模塊、供電系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息提示模塊；終端設(shè)備的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第一信號(hào)輸入端相連，傳感器單元的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第二信號(hào)輸入端相連，圖像采集模塊的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第三信號(hào)輸入端相連，供電系統(tǒng)的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第四信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第一信號(hào)輸出端與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第二信號(hào)輸出端與信息顯示模塊的信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第三信號(hào)輸出端與信息提示模塊輸入端相連。

優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明載貨機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單科學(xué)，拼裝快捷，能適應(yīng)不同的場(chǎng)合環(huán)境，能自動(dòng)識(shí)別貨物并送到該類貨物對(duì)應(yīng)的區(qū)域；

2）本發(fā)明采用圖像識(shí)別技術(shù)通過圖像識(shí)別獲得當(dāng)前局部的交通情況及準(zhǔn)備下個(gè)動(dòng)作，動(dòng)作切換不會(huì)發(fā)生遲鈍或過度的情況，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)⑦\(yùn)行的狀態(tài)，運(yùn)行的時(shí)間較為直觀的顯示在lcd12864上面；

3）本發(fā)明能極大降低企業(yè)成本，同時(shí)有很高的質(zhì)量，具有較好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。

附圖說明

附圖1是基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人的電子部分結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2是基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人的機(jī)械部分結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3是執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主控制系統(tǒng)的連接示意圖。

附圖中1是亞克力板支架，2是萬向輪，3是電機(jī)固定位置，4是通道，5是a伺服電機(jī)固定位置，6是機(jī)械手，7是螺絲桿，8是機(jī)械臂，9是機(jī)械臂頂部。

具體實(shí)施方式

基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)包括機(jī)械部分和電子部分；其中，電子部分包括終端設(shè)備、傳感器單元、圖像采集模塊、主控制器系統(tǒng)、信息顯示模塊、供電系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信息提示模塊；終端設(shè)備的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第一信號(hào)輸入端相連，傳感器單元的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第二信號(hào)輸入端相連，圖像采集模塊的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第三信號(hào)輸入端相連，供電系統(tǒng)的信號(hào)輸出端與主控制器系統(tǒng)的第四信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第一信號(hào)輸出端與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第二信號(hào)輸出端與信息顯示模塊的信號(hào)輸入端相連，主控制器系統(tǒng)的第三信號(hào)輸出端與信息提示模塊輸入端相連。

所述終端設(shè)備為手機(jī)、電腦、平板等電子產(chǎn)品中的一種或幾種，具體是哪種電子產(chǎn)品對(duì)于終端設(shè)備并沒有很嚴(yán)格的要求；終端設(shè)備輸入的參數(shù)包括機(jī)器人工作的時(shí)間、待識(shí)別的物體的特征、機(jī)器人的安全距離、移動(dòng)的大概距離等。

所述傳感器單元包括紅外模塊、電子羅盤、超聲波模塊、碼盤；其中，tcrt5000紅外模塊用來識(shí)別小車的軌跡，是小車行進(jìn)的基礎(chǔ)；電子羅盤控制方向，因?yàn)樗a(chǎn)生的誤差不會(huì)疊加，這保證了機(jī)器人在旋轉(zhuǎn)時(shí)候的精度，每次都能夠旋轉(zhuǎn)到指定角度；hc-sr04超聲波模塊用來測(cè)距，測(cè)量車體和周圍物體的距離，當(dāng)小車和周圍物體的距離小于安全距離時(shí)會(huì)觸發(fā)中斷暫停小車，從而避免機(jī)器人發(fā)生故障或環(huán)境突然發(fā)生變化造成財(cái)產(chǎn)損失；光柵碼盤用來計(jì)量機(jī)器人移動(dòng)的距離，這使得機(jī)器人可以到達(dá)指定位置進(jìn)行掃描；傳感器單元中的各個(gè)部分可根據(jù)需要分布在機(jī)器人的不同位置。

所述圖像采集模塊采用實(shí)時(shí)視頻攝像頭；實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片送到主控制器系統(tǒng)進(jìn)行處理，將實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片的敏感區(qū)域的信息提取出紅綠藍(lán)三種顏色所占的比例進(jìn)行顏色區(qū)分；處理獲得灰度圖像，提取黑色邊框得到形狀信息；攝像頭每旋轉(zhuǎn)一定的角度都對(duì)應(yīng)固定的區(qū)域，經(jīng)過對(duì)采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合到攝像頭當(dāng)前位置旋轉(zhuǎn)角度和掃描區(qū)域的關(guān)系，當(dāng)攝像頭角度固定時(shí)掃描區(qū)域的長寬也就固定了，進(jìn)而由待搬運(yùn)物體在實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片中的相對(duì)位置關(guān)系就能得到當(dāng)前攝像頭和待搬運(yùn)物體的橫向距離和縱向距離；經(jīng)過對(duì)實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片的處理得到待搬運(yùn)物體的邊線在實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片上的長度，又因?yàn)閿z像頭角度固定，實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片上的點(diǎn)和實(shí)際點(diǎn)的比例固定，經(jīng)過采樣分析得到實(shí)時(shí)視頻攝像頭采集到的圖片上的一個(gè)區(qū)域和真實(shí)場(chǎng)景的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而就能夠大致得到待搬運(yùn)物體的幾何信息。

所述信息顯示模塊采用lcd12864顯示屏。

所述信息提示模塊主要為揚(yáng)聲器及驅(qū)動(dòng)器，用于播放提示信息。

所述主控制器系統(tǒng)包括nimyrio-1900開發(fā)版和外圍電路。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括直流齒輪馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)電路板、a伺服電機(jī)、b伺服電機(jī)；其中直流齒輪馬達(dá)控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、旋轉(zhuǎn)等基本動(dòng)作，a伺服電機(jī)控制機(jī)械手的垂直高度，b伺服電機(jī)控制機(jī)械手的張合角度及力度；采用型號(hào)為motoradapterfornimyrio驅(qū)動(dòng)電路板對(duì)直流齒輪馬達(dá)進(jìn)行控制，連接關(guān)系如圖3所示.

所述a伺服電機(jī)、b伺服電機(jī)的信號(hào)線直接和主控制器系統(tǒng)中主控板的c號(hào)端口相連。

所述基于機(jī)器視覺工廠載貨機(jī)器人的機(jī)械部分包括四個(gè)通道4、四個(gè)萬向輪2、亞克力板1、機(jī)械手6、螺絲桿7、機(jī)械臂8；其中，四個(gè)通道4固定組合成一個(gè)矩形的底座，底座上固定有亞克力板1，亞克力板1上面用來放置供電系統(tǒng)和主控制系統(tǒng)，底座四角處各有一個(gè)萬向輪2，底座的一條邊上固定有機(jī)械臂8，機(jī)械臂8與底座垂直，機(jī)械臂8背向底座的一側(cè)有左右對(duì)稱分布的兩個(gè)豎直放置的螺絲桿7，在兩個(gè)螺絲桿7上裝有機(jī)械手6，兩個(gè)螺絲桿7的底部連接a伺服電機(jī)，通過a伺服電機(jī)控制螺絲桿7的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)機(jī)械手6在豎直方向上高度的變化；機(jī)械手6與b伺服電機(jī)連接，b伺服電機(jī)控制機(jī)械手的張開角度，使機(jī)械手具備貨物搬運(yùn)能力的基礎(chǔ)。

所述兩個(gè)螺絲桿7的底部為a伺服電機(jī)固定位置5。

所述圖像采集模塊和伺服電機(jī)固定在機(jī)械臂頂部9處。

所述a伺服電機(jī)優(yōu)選連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)，所述的連續(xù)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)和螺絲桿7通過聯(lián)軸器連接在一起。

所述機(jī)械手6通過齒輪與b伺服電機(jī)連接，b伺服電機(jī)通過齒輪控制機(jī)械手的張開角度，使機(jī)械手具備貨物搬運(yùn)能力的基礎(chǔ)。

b伺服電機(jī)優(yōu)選485伺服電機(jī)。

如圖2，所述直流齒輪馬達(dá)通過u型支架固定在底座四個(gè)腳的電機(jī)固定位置3處，直流齒輪馬達(dá)通過控制底座四個(gè)腳上的四個(gè)萬向輪2就能控制車子的移動(dòng)速度和方向。

所述直流齒輪馬達(dá)與底座平面呈45度角。

所述四個(gè)通道等長。

所述四個(gè)通道4通過連接器連接固定組合成一個(gè)矩形的底座，所述的連接器為扁平狀。

工作時(shí)，終端設(shè)備和主控制器系統(tǒng)相連進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和在線調(diào)試，終端設(shè)備將參數(shù)送到主控制器系統(tǒng)；傳感器單元、圖像采集模塊、信息顯示模塊及供電系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別與主控制器系統(tǒng)相連，主控制器系統(tǒng)將傳感器單元和圖像采集模塊輸送的信息進(jìn)行處理，然后對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)下發(fā)指令，并且將處理過的參數(shù)輸送到信息顯示模塊進(jìn)行顯示。

本發(fā)明的這款機(jī)器人和傳統(tǒng)的比起來要智能很多，可以節(jié)省大量的勞動(dòng)力，并且工作時(shí)間較長，工作效率和準(zhǔn)確率也很高；采用無線傳輸?shù)姆绞剑梢詫⒉杉降男畔鬏數(shù)蕉鄠€(gè)終端，如手機(jī)、電腦、平板等，可以在線觀察當(dāng)前的情況，也可以在線調(diào)試。

下面介紹基于機(jī)器視覺的工廠載貨機(jī)器人具體工作時(shí)的應(yīng)用實(shí)例：

現(xiàn)在需要將a區(qū)域紅色包裹送到b區(qū)，將a區(qū)的黑色包裹送到c區(qū)；機(jī)器人從0區(qū)開始出發(fā)，具體工作方法如下：

1）用平板或電腦等多個(gè)終端連接局域網(wǎng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；本次需要設(shè)置0abc四個(gè)區(qū)域之間的距離和走法，將待識(shí)別的物體的特征存儲(chǔ)到庫中，設(shè)置查找范圍；

2）當(dāng)機(jī)器人到達(dá)取貨區(qū)域時(shí)攝像頭在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下在指定范圍成s型巡回查找，確定貨物的數(shù)量位置然后開始搬運(yùn)；如果在誤差范圍內(nèi)沒有找到待搬運(yùn)的物體，機(jī)器人利用蜂鳴器發(fā)出警報(bào)指示參數(shù)錯(cuò)誤，持續(xù)三秒后語音提示模塊提示具體的錯(cuò)誤；

3）在預(yù)先規(guī)劃好的路上尋跡配送，目標(biāo)區(qū)域會(huì)貼上相應(yīng)的標(biāo)志，當(dāng)機(jī)器人按照預(yù)定路程到達(dá)目標(biāo)區(qū)域時(shí)，機(jī)器人開始掃描標(biāo)志，如果掃描到相應(yīng)的標(biāo)志，機(jī)器人將貨物放下；若沒有檢測(cè)到相應(yīng)的標(biāo)志，則發(fā)出警告，擴(kuò)音器發(fā)出提示語音；

4）機(jī)器在前進(jìn)過程中會(huì)有一些唯一選擇的路程，如必須左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、直行等，在這樣的地方擺放相應(yīng)的交通標(biāo)志，在遇到此類標(biāo)志時(shí)機(jī)器人要絕對(duì)執(zhí)行；

5）機(jī)器人在移動(dòng)過程中有前進(jìn)后退左右旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，在移動(dòng)過程中根據(jù)傳感器提供的值作為調(diào)節(jié)機(jī)器人動(dòng)作的依據(jù)，配合位置式pid算法；位置式pid算法首先根據(jù)光電碼盤返回值進(jìn)行比例運(yùn)算，這個(gè)可以保證機(jī)器人整體的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)不會(huì)出錯(cuò)，反應(yīng)比較迅速；然后進(jìn)行積分運(yùn)算，將一直以來的誤差累計(jì)分析對(duì)返回值進(jìn)行進(jìn)一步處理；最后進(jìn)行微分運(yùn)算，預(yù)估機(jī)器人下一步的動(dòng)作；這樣動(dòng)作不會(huì)出現(xiàn)過度調(diào)節(jié)，動(dòng)作過快等問題。