[发明专利]一种基于视觉图像分析的机械手及抓紧力智能调节方法

说明书

  

技术领域

本发明涉及一种机械手及其抓紧力的调节方法，特别是涉及一种基于视觉图像分析的机械手及其抓紧力智能调节方法。 

  

背景技术

随着科学与技术的发展，机器人技术水平不断提高，其应用领域也不断扩大，也解决了人们生活中的许多难题。     国内制造业正面临着雇佣劳动力问题：劳动密集型制造企业需要大量雇佣劳务工，但每年长假过后，一线人员总有部分员工流失，有时会干扰正常生产，操作员更替频繁会影响产品质量，增加设备损坏率以及安全隐患事故增多。如今许多工人不愿意到生产线上进行重负荷作业，另外，劳动力成本不断提升。这些问题驱动企业不断引入机器人。     未来家庭机器人应用很多，诸如打扫卫生，照顾老人方面等。据2010年全国第六次人口普查，全国有60岁及以上老年人口的家庭户数为1.23亿户，其中，空巢家庭（子女外出工作或学习，老人独居）为0.43亿户，随着家用服务机器人技术的不断成熟，家用清洁和医疗陪护智能机器人的应用将越来越多。     但目前关键问题是：人可以根据经验判断出手抓取一个物体大概需要多少抓紧力和举起力，从而能保证把要抓举的物品抓紧并举起，涉及两个问题：第一不打滑掉下，第二举起力是多少。而且可以在抓举的过程中根据情况变化，如打滑，重量大等，通过大脑反应自动增加抓紧力和举起力，这是人智能的优势。而目前机械手还无法做到这一点，只是利用各种传感器技术等来努力向这一方向发展。    例如：在机械手抓取一些物品（体），如光滑的杯子、饼干，香烟，矿泉水等这类软包装、怕压坏的物品时，如何保证机械手在抓起它们，如一个装有水的圆柱形、光滑的玻璃杯时，既能抓起，又不至于抓紧力过大把被子压碎，使抓紧力恰到好处，这是一个难题。同时，还要能根据体积大小和不同材料，作出判断其重量，调整抓紧和移动（举起等）力是另一个关键性的难题。本专利基于视觉图像功能解决这两大问题。 

另在家庭机器人方面，特别是要处理一些常见、但不断变化的物品中有重要意义和作用。如一会拿杯子，一会拿纸巾，一会拿小孩橡胶玩具，一会拿水果香蕉等，家庭机器人需要判别出这些常用物品，从而合理施力。 

  

发明内容

    本发明的目的在于提供了一种基于视觉图像分析的机械手及其抓紧力的智能调节方法，其具有成本低，反应灵敏等特点，可用于家庭机器人的物品抓取活动，也可用于工业生产。 

本发明的技术方案如下： 

一种基于视觉图像分析的机械手，所述机械手包括中央处理器、控制单元及机械手臂，其特征在于：

所述机械手还包括视觉图像采集系统及数据库；所述视觉图像采集系统拍集机械手将要抓握的物体的3D实体图像，并同时扫描被采集物体的尺寸信息，获得体积大小，传送至中央处理器；

所述数据库存储有各类物品的图像资料及材质的密度、粗糙度、摩擦系数参数；

所述中央处理将采集的3D实体图像与数据库中的图像资料比较判断，确定被抓握物体的种类，尺寸和体积，并调出该物体的材质的密度、粗糙度、摩擦系数参数，中央处理器根据上述参数输出抓举力信息至控制单元，所述控制单元控制机械手臂的抓紧力与举起力。

进一步的，所述视觉图像采集系统包括一光学扫描系统，所述光学扫描系统包括两个CCD相机及光栅发生器； 

所述两个CCD相机按不同角度安装在机器人头部，所述光栅发生器将多组光栅条纹投影到物体表面，不同角度的两个CCD相机同时拍摄物体表面的条纹图案，并将条纹图像输入到中央处理器中。

进一步的，所述机械手指端上安装有位移传感器，当检测到有微小滑移时，中央处理器根据滑移程度增加抓紧力。 

进一步的，所述数据库不断更新新的物品图像资料及材质信息，并记忆已抓取物品的特征在下次重复抓取时调用。 

  

一种机械手抓紧力智能调节方法，所述方法步骤如下：

（1）视觉图像采集系统拍摄机械手将要抓握的物体的3D实体图像，并同时扫描被采集物体的尺寸信息，获得体积大小，并传送至中央处理器；

（2）中央处理器将采集的实体图像与数据库比较判断，确定被抓握物体的材质的密度、粗糙度、摩擦系数等参数，中央处理器根据上述参数输出抓举力信息至控制单元，所述控制单元控制机械手臂的抓紧力与举起力。

进一步的，所述步骤（1）中，视觉图像采集系统的光学扫描步骤方法如下：