[发明专利]移动机器人的机械臂末端执行器自动更换系统和方法

权利要求书

1.一种移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于包括移动机器人平台、多关节机械臂、连接器、接头、末端执行器、工具架、卡座和二维码；

所述系统还包括定位导航系统、多关节机械臂控制系统、末端执行器定位系统以及算法模块，四者均在机器人本体的计算机上运行；

所述多关节机械臂安装在移动机器人平台上，工具架放置在作业环境中，其上设置有多组卡座，每个卡座放置一种末端执行器，二维码设置在所述工具架上；

所述移动机器人通过定位导航系统靠近作业环境中的工具架，利用末端执行器定位系统进行不同末端执行器的精准定位，再根据作业任务的不同，使用多关节机械臂控制系统控制机械臂进行末端执行器的自动切换，进而连续完成需要不同末端执行器才能完成的复杂任务。

2.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，移动机器人平台具有自主移动和定位导航功能，在机械臂需要更换末端执行器时能自主导航移动到工具架附近；移动机器人平台上安装有多关节机械臂控制系统，用于控制安装在其上的多关节机械臂作业以及控制多关节机械臂自动切换末端执行器。

3.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，所述算法模块包括定位导航算法、机械臂控制算法、位置调整算法、末端执行器定位算法和末端执行器更换算法；定位导航算法用于机器人靠近工具架，机械臂控制算法用于控制机械臂运动，位置调整算法用于调整机器人与工具架相对位置，末端执行器定位算法用于计算末端执行器接头中心点坐标，末端执行器更换算法用于实现不同末端执行器的更换；所述由末端执行器定位算法计算末端执行器接头中心点坐标M，根据坐标M作为位置反馈控制机器人移动平台调整位置，直到坐标M进入机械臂的工作空间，机器人停止移动，此时重新计算末端执行器接头中心点在机器人坐标系下的坐标M1，根据坐标M1为目标点，控制机械臂进行末端自动更换。

4.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，所述末端执行器定位系统可以计算末端执行器接头中心点在机器人坐标系下的坐标；末端执行器定位系统安装在移动机器人平台上，包括计算模块，摄像头以及所述末端执行器定位算法。

5.如权利要求4所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，所述摄像头可以是红外摄像头、RGB摄像头、深度摄像头或三者之间的组合，算法可以是二维码识别定位算法、图像识别定位算法和点云识别定位算法；二维码识别定位算法利用摄像头识别工具架上的二维码、计算二维码中心点坐标，然后利用工具架以及末端执行器尺寸计算末端执行器接头中心点在机器人坐标系下的坐标；图像识别定位算法先利用RGB摄像头识别末端执行器轮廓，再根据轮廓利用深度摄像头获取末端执行器点云、计算末端执行器接头中心点在机器人坐标系下的坐标；点云识别定位算法利用深度摄像头获取工具架点云，通过3D物体识别算法识别末端执行器，在计算末端执行器接头中心点在机器人坐标系下的坐标。

6.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，工具架上的卡座中心与二维码中心的相对坐标固定且由工具架结构尺寸确定，工具架上的卡座具有卡紧功能，以便于机械臂连接器自动卸载末端执行器时不至于使末端执行器掉落。

7.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，所述连接器固定在机械臂末关节上，并可以接收控制信号；连接器上安装有电机，通过信号控制，可以自动夹紧和释放接头。

8.如权利要求1所述的移动机器人的机械臂末端执行器自动切换系统，其特征在于，接头固定在末端执行器上，配合连接器实现末端执行器的自动装载和卸载；接头上有机电接口，用于与连接器连接，并连通末端执行器上的电器元件。