一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)及其操作方法
【專利說(shuō)明】一種基于k i nect的新型分揀系統(tǒng)及其操作方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)及其操作方法，利用低成本的kinect體感傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]目前隨著生產(chǎn)生活的需要，物體識(shí)別抓取已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。工件分揀是工業(yè)產(chǎn)品批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)重要的組成部分。傳統(tǒng)生產(chǎn)線上，分揀常采用人工分揀的方法，或者采用昂貴的工業(yè)攝像頭進(jìn)行物體識(shí)別，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀。前者要求極高的人力成本資源，并且不能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)，效率低，差錯(cuò)率高。而對(duì)于后者，工業(yè)攝像頭成本高，維護(hù)困難，操作復(fù)雜。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)及其操作方法，具有價(jià)格低廉，分揀智能化等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間低成本自動(dòng)分揀。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)，包括傳送帶以及支架，傳送帶從支架下穿過(guò)，支架位于傳送帶的后方，在傳送帶前方側(cè)部設(shè)置kinect體感傳感器，在支架的頂部吊裝有并聯(lián)機(jī)械手，并聯(lián)機(jī)械手通過(guò)固定平臺(tái)固定在支架上，在kinect體感傳感器的一側(cè)設(shè)有PC端，PC端控制kinect體感傳感器以及并聯(lián)機(jī)械手。
[0008]進(jìn)一步地，并聯(lián)機(jī)械手包括單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)組件、運(yùn)動(dòng)臂組件、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及機(jī)械爪，步進(jìn)電機(jī)組件包括步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)控制器；在固定平臺(tái)的頂面上設(shè)置有單片機(jī)以及三個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在固定平臺(tái)的底面上設(shè)置有三個(gè)步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)一運(yùn)動(dòng)臂組件動(dòng)作，每個(gè)運(yùn)動(dòng)臂組件的下端同時(shí)固定在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底面上設(shè)有機(jī)械爪，PC端控制單片機(jī)，單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器以及機(jī)械爪，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)。
[0009]進(jìn)一步地，運(yùn)動(dòng)臂組件包括連接臂、上運(yùn)動(dòng)臂、下運(yùn)動(dòng)臂、上連接軸、下連接軸、關(guān)節(jié)球以及連接塊，連接臂的一端套接在步進(jìn)電機(jī)的軸上并隨步進(jìn)電機(jī)一同轉(zhuǎn)動(dòng)，其另一端與上運(yùn)動(dòng)臂的上端連接，上連接軸活動(dòng)地套接在上運(yùn)動(dòng)臂的下端，關(guān)節(jié)球分別套在上連接軸以及下連接軸上，且分別位于上運(yùn)動(dòng)臂以及下運(yùn)動(dòng)臂的兩側(cè)，下運(yùn)動(dòng)臂的上端通過(guò)關(guān)節(jié)球與上連接軸連接，其下端通過(guò)另一關(guān)節(jié)球與下連接軸連接，連接塊一端與下連接軸連接，其另一端與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接。
[0010]本發(fā)明還提供一種基于前述的一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)的操作方法，包括如下步驟:(1)操作者在PC端中輸入需要分揀的物體信息；(2)然后開(kāi)啟傳送帶，待分揀的物體放置在傳送帶上運(yùn)輸；(3)當(dāng)待分揀的物體移動(dòng)到設(shè)定位置時(shí)，被kinect體感傳感器掃描到；(4)kinect體感傳感器將掃描信息發(fā)送至PC端，PC端與存儲(chǔ)的需要分揀的物體信息進(jìn)行對(duì)比，若兩者信息匹配則進(jìn)入下一步驟；若不匹配，則此過(guò)程終止，對(duì)傳送帶上的下一個(gè)物體進(jìn)行上一步驟；(5) PC端對(duì)機(jī)械爪進(jìn)行抓取運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，計(jì)算出抓取軌跡；(6) PC端發(fā)送指令給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)三個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，按照抓取軌跡實(shí)施物體的抓取。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)及其操作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)利用低成本的kinect體感傳感器進(jìn)行分揀，達(dá)到人工所不能達(dá)到的長(zhǎng)時(shí)間分揀狀態(tài)，減少人力成本。并且不需要工業(yè)攝像頭的支持就能夠精確的識(shí)別物體，在某些危險(xiǎn)場(chǎng)合還能夠通過(guò)識(shí)別人體手勢(shì)進(jìn)行機(jī)械手操控。
[0012]
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的立體示意圖；
圖2本發(fā)明實(shí)現(xiàn)抓取物體的流程示意圖。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明一種基于kinect的新型分揀系統(tǒng)的較佳實(shí)施例，包括傳送帶I以及支架2，傳送帶I從支架2下穿過(guò)，支架2位于傳送帶I的后方。
[0017]在傳送帶I前方側(cè)部約70-100厘米處設(shè)置kinect體感傳感器3，給Kinect體感傳感器3接上220V的家用電源。kinect體感傳感器3是一種3D體感攝影機(jī)，同時(shí)它導(dǎo)入了即時(shí)動(dòng)態(tài)捕捉、影像辨識(shí)、麥克風(fēng)輸入、語(yǔ)音辨識(shí)、社群互動(dòng)等功能。在支架2的頂部吊裝有并聯(lián)機(jī)械手4，并聯(lián)機(jī)械手4通過(guò)固定平臺(tái)5固定在支架2上。
[0018]在kinect體感傳感器3的一側(cè)設(shè)有PC端5，kinect體感傳感器3與PC端5通過(guò)配有電源適配器的usb串口通信線相連。PC端5控制kinect體感傳感器3以及并聯(lián)機(jī)械手4。Kinect體感傳感器3實(shí)時(shí)采集物體的RGB數(shù)據(jù)以及通過(guò)紅外傳感器獲得的depth數(shù)據(jù)經(jīng)USB串口輸送至PC端5。PC端5進(jìn)行抓取運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，繼而控制并聯(lián)機(jī)械手4采取相關(guān)的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)分揀。
[0019]為了使Kinect體感傳感器3對(duì)物體的掃描達(dá)到精確識(shí)別，通過(guò)建立一個(gè)識(shí)別物體點(diǎn)云的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)相關(guān)的掃描識(shí)別算法，達(dá)到對(duì)物體很好的識(shí)別。可是，理論效果和實(shí)際會(huì)存在一定的誤差，因此使用相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助軟件，從而達(dá)到精確的反饋再矯正的效果。特征物在本發(fā)明中為傳送帶I上待分揀的物體。識(shí)別傳送帶上物體的基礎(chǔ)為存有特征物信息的信息庫(kù)。由于特征物的點(diǎn)云數(shù)量龐大，帶來(lái)了特征物識(shí)別匹配處理數(shù)據(jù)多，反應(yīng)速度慢等弊病。因此，在此之前需要對(duì)待識(shí)別的特征物特征點(diǎn)進(jìn)行提取。大致的建立過(guò)程如下:掃描待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物的點(diǎn)云、對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行特征點(diǎn)提取、將特征點(diǎn)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。
[0020]如圖2所示，當(dāng)傳送帶I上的物體移動(dòng)到特定位置時(shí)，被kinect體感傳感器3掃描到，提取出其點(diǎn)云信息、運(yùn)用相關(guān)算法進(jìn)行去噪處理、同時(shí)提取其特征點(diǎn)、與點(diǎn)云庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)物信息進(jìn)行匹配(特征點(diǎn)評(píng)估)，從而得到傳送帶I上物體的信息。
[0021]抓取運(yùn)動(dòng)規(guī)劃包括如下步驟:
對(duì)于其運(yùn)動(dòng)行程的規(guī)劃是一個(gè)高維的非線性復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)于這些運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的種類建立相應(yīng)的模型，然后對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行規(guī)劃，通過(guò)參數(shù)插值的方式假設(shè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軌跡，再根據(jù)幾何關(guān)系推出其它關(guān)節(jié)的軌跡，最后通過(guò)優(yōu)化算法根據(jù)穩(wěn)定性最高或者能量最少等各項(xiàng)優(yōu)化指標(biāo)來(lái)確定最優(yōu)軌跡。優(yōu)化軌跡時(shí)，需要進(jìn)化算