CN108555895B - 拿取方法、拿取结构和智能机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化技术领域，公开了拿取方法、拿取结构和智能机械臂，其中拿取方法包括：S01拿取结构作用于目标的第一位置，尝试拿起目标；S02拿取结构上升过程中检测否受到倾斜转矩；S03检测到倾斜转矩，拿取结构下降并释放目标；S04根据倾斜转矩，拿取结构移动位置并作用于目标的第二位置，尝试再次拿起目标；S05重复步骤S02至步骤S04，直至上升时未检测到倾斜转矩；S06输出驱动力将目标拿起。在确定拿起之前，经过多次尝试寻找，使得能够找到合适的施力位置，即使面对重心不规则、拿起过程中不能倾斜的特殊目标，也能平稳的完成拿起、移动的动作。

Description

拿取方法、拿取结构和智能机械臂

技术领域

本发明涉及自动化的技术领域，尤其涉及智能机械臂的智能化拿取目标方法。

背景技术

智能机械臂是一种能够自动化、智能化运行的模拟手臂结构，例如平面多关节机器人、码垛机等，其一般具有多个关节臂和设置在最末关节臂上的执行端，在执行端上安装各种执行部件，通过自动化控制，将执行端在空间上移动至指定的坐标，实现执行部件所提供的功能，例如写字、拿取、测试、激光打印等功能。

当现有技术中的智能机械臂需要拿取目标时，其一般安装夹爪、吸盘等结构，移动至目标上方，通过夹爪夹住目标，或者吸盘吸住目标，将目标提起完成拿取过程。然而，这种拿取方式只能应用于形状和重心规则且对于倾斜没有要求的目标，面对有着特殊形状、拿取要求的特殊目标，例如放置有物品的盘子，直接拿取时盘子很容易倾斜导致物品跌落，或者具有特殊形状的雕塑，其上端无法直接通过吸盘吸住，采用夹爪容易损伤表面等，这类特殊目标难以通过现有技术中的智能机械臂拿取，从而限制了智能机械臂的拿取目标种类。

发明内容

本发明的目的在于提供拿取方法、拿取结构和智能机械臂，旨在解决现有技术中的智能机械臂难以平稳的将重心不规则、移动过程不能倾斜的特殊目标拿起移动的问题。

本发明是这样实现的，提供拿取方法，用于智能机械臂拿取目标，所述智能机械臂包括执行端和安装在所述执行端的拿取结构，包括：

S01所述拿取结构作用于所述目标的第一位置，尝试拿起所述目标；

S02所述拿取结构上升过程中检测否受到倾斜转矩；

S03检测到所述倾斜转矩，所述拿取结构下降并释放所述目标；

S04根据所述倾斜转矩，所述拿取结构移动位置并作用于所述目标的第二位置，尝试再次拿起所述目标；

S05重复所述步骤S02至所述步骤S04，直至上升时未检测到所述倾斜转矩；

S06输出驱动力将所述目标拿起。

进一步地，在所述步骤S03中，所述拿取结构移动位置的方法为：

受到所述倾斜转矩的影响，所述拿取结构朝向其具有转动下降趋势的部位所在方向移动。

进一步地，在所述步骤S03中，所述拿取结构移动位置的方法为：

当第N次尝试拿起时，判断出的移动方向与第N-1次尝试拿起时判断移动方向相反，则其移动的距离应当小于所述目标的第N-1位置和第N位置之间的距离，N为自然数。

进一步地，在所述步骤S04之后，还包括以下步骤：通过检测所述拿取结构与所述目标之间的作用力，改变所述拿取结构与所述目标之间的距离。

进一步地，在所述步骤S03中，还包括以下步骤：检测所述拿取结构与所述目标之间的作用力，作为判断是否将目标完全释放的依据。

本发明还提供了拿取结构，安装于智能机械臂的执行端，包括用于拿取目标的本体，所述本体与所述执行端之间设有安装部，所述安装部包括用于检测所述拿取结构所受倾斜转矩的传感器。

进一步地，所述安装部包括能够插入所述执行端的凸块，所述传感器包括安装于所述安装部各侧壁的多个压力传感器。

进一步地，所述本体为托盘，所述安装部位于所述托盘下端和所述执行端上端之间。

进一步地，所述本体包括能够开合的夹爪，所述安装部位于所述本体一侧和所述执行端一侧之间。

本发明还提供了智能机械臂，包括多个关节臂和设置在任一所述关节臂上的执行端，以及上述拿取结构。

与现有技术相比，本发明中提供的拿取方法、拿取结构和智能机械臂，在需要拿起目标时，每次尝试拿取后，根据拿取结构所受倾斜转矩的影响改变拿取部位，直至找到目标的重心位置，判断拿起时不再受到倾斜转矩后，输出稳定的力将目标完全拿起，由于在确定拿起之前，经过多次尝试寻找，使得能够找到合适的施力位置，即使面对重心不规则、拿起过程中不能倾斜的特殊目标，也能平稳的完成拿起、移动的动作。

附图说明

图1为本发明实施例一中尝试拿取时的状态结构示意图；

图2为本发明实施例一中确定拿取时的状态结构示意图；

图3为本发明实施例二中尝试拿取时的状态结构示意图；

图4为本发明实施例二中确定拿取时的状态结构示意图；

图5为本发明实施例一、二中拿取方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于叙述，在下文中对各步骤进行编号，该编号仅用于在文字叙述中指代该步骤，所代表的步骤之间并没有编号逻辑上的先后顺序关系，相关步骤并不一定按照编号的数字关系依次、线性的进行，各步骤之间的逻辑关系、进行方式以具体文字叙述为准。

以下结合具体附图对本实施例的实现进行详细的描述。

实施例一：

如图1、图2和图5所示，在本实施例中提供了拿取方法，用于智能机械臂拿取目标2，智能机械臂包括执行端12和安装在执行端12的拿取结构11。

本实施例中的目标为放置在合适位置的盘子2，采用托起的方式将其拿起，拿取方法具体包括以下步骤：

S01拿取结构11作用于目标的第一位置，由于采用托起的方式，因此选择的第一位置为盘子2下端面上的某一点。拿取结构11接触至第一位置后，以较小的力并且缓慢的尝试将盘子2托起。

S02在拿取结构11上升的过程中，检测其否受到倾斜转矩T；例如在图1所示的状态下，拿取结构11上升时必然会受到倾斜转矩T。具体可以采用力反馈传感器作为检测倾斜转矩T的元件。

S03检测到倾斜转矩T，说明拿取结构11并未准确地找到盘子2的重心，此时如果继续上升，必然会导致盘子2倾覆跌落，因此拿取结构11下降并释放离开盘子2。

S04根据倾斜转矩T，拿取结构11移动位置并作用于盘子2的第二位置，即盘子2下端面上的另一个点。

S05重复以上的步骤S01至步骤S04，直至上升时未检测到倾斜转矩T，如图2所示，表明拿取结构11已经找到了盘子2的重心位置。

S06输出驱动力将盘子2拿起，完成托起盘子2的动作。

容易理解的是，如果在S03中未检测到倾斜转矩T，则直接进入步骤S06中。

从上述的过程可以看出，本实施例中的拿取方法，经过多次尝试托起，根据转矩力反馈的检测，寻找到盘子2的重心位置，最终能够平稳的将盘子2托起，完成拿取步骤。

虽然在图示中并未示出，但是容易理解的是，盘子2上放置有不同物品时，其重心必然会改变，采用本实施中的拿取方法，根据多次尝试自动寻找重心位置，而且在整个拿取的过程中不会出现盘子2倾覆的问题，能够实现将盘子2这种特殊目标托起的目的。本实施中以盘子2为例，由于采用的是托起的方式，在实际应用中，也可以用于其他重心不规则的目标，例如雕塑作品等。

在上述的步骤S03中，拿取结构11移动位置的方法为：

受到倾斜转矩的影响，拿取结构11朝向其具有转动下降趋势的部位所在方向移动。例如在图1中，拿取结构11受到倾斜转矩后，其右端具有转动下降的趋势，说明盘子2的重心应该在其右方，因此拿取结构11朝向右方移动

如果在1次尝试拿起时判断的移动方向为右，而在第2次尝试拿起时判断的移动方向为左，则说第2次尝试拿起选择作用点超过重心的位置，重心应该在第一位置和第二位置之间，因此第2次尝试后移动的距离应当小于第一位置和第二位置之间的距离。优选的，推而广之，在步骤S03中，拿取结构11移动位置的方法为：

当第N次尝试拿起时，判断出的移动方向与第N-1次尝试拿起的移动方向相反，则其移动的距离应当小于目标的第N-1位置和第N位置之间的距离，其中N为自然数。

优选的，在步骤S03中，需要清楚的判断盘子2已经充分被释放，以保证能够移开拿取结构11后盘子2不会跌落，因此在该步骤中还包括以下步骤：通过检测拿取结构11与盘子2之间的作用力，作为判断是否将盘子2完全释放的依据。如果检测到拿取结构11依然与盘子2之间存在作用力，则表明盘子2没有完全被释放放置，直接移走拿取结构11可能会导致盘子2跌落。如果检测到拿取结构11与盘子2之间完全没有作用力，则表明盘子2已经被安稳的放置在平面上，此时即可安全的移走拿取结构11。在这一步中，可以采用力反馈传感器作为具体的检测元件。

本实施例中还提供了拿取结构11，安装于智能机械臂的执行端12，包括用于拿取目标2的本体，本体与执行端12之间设有安装部111a，安装部111a包括用于检测拿取结构11所受转矩的传感器。

由于本实施例中采用的拿取方法具体为托起，因此本实施例中的执行部件为下端安装于执行端12的托盘11a。执行端12移动至盘子2的下方，向上驱动移动托盘11a，多次尝试后选择重心所在位置，将盘子2稳稳的托起。

在执行端12上开设有安装腔121，安装部111a设置在托盘11a下方，其插入执行端12内后，托盘11a被固定在执行端12的上方。传感器包括在其安装部111a的各个侧壁上设置有多个压力传感器13。当托盘11a受到倾斜转矩时，其对应的侧壁与执行端12之间的压力必然出现异常，通过压力传感器13即可检测并判断倾斜转矩T的方向和大小，作为判断移动方向和距离的参考数据。

优选的，为了使托盘11a能够具有一定的偏斜行程，便于检测到倾斜转矩，其安装部111a与执行端12之间可以构成间隙配合，能够在较小角度范围内出现一定的倾斜。

优选的，安装部111a包括末端为圆弧形的抵接头112a，其插入执行端12后，抵接头112a时托盘11a能够在一范围内倾斜转动。在其他的实施例中，也可以在执行端12内设置圆弧面，通过电学传感器检测圆弧面和抵接头112a之间的接触情况，检测出倾斜转矩T。

本实施例中还提供了智能机械臂，包括多个关节臂(未示出)和上述的执行端12，多个关节臂在相关电路和伺服电机的驱动下，能够控制执行端12沿着指定的轨迹、输出确定的力、在规定的时间达到指定的空间坐标点上，结合上述的拿取方法和拿取部件11，能够在多次尝试下找到盘子2的重心，稳稳的将其拿起。

实施例二：

如图3至图5所示，本实施例中的目标为放置在合适位置的盘子2，采用夹持其边缘的方式将其拿起，拿取方法具体包括以下步骤：

S01拿取结构11作用于盘子2的第一位置，由于采用夹持的方式，因此选择的第一位置为盘子2边沿上的某一点。拿取结构11接触至第一位置后，夹住固定，并且以较小的力并且缓慢的尝试将盘子2拿起。

S02在拿取结构11上升的过程中，检测其否受到倾斜转矩T；例如在图3所示的状态下，拿取结构11上升时必然会受到倾斜转矩T。

S03检测到倾斜转矩T，说明拿取结构11并未准确地找到盘子2的重心，此时如果继续上升，必然会导致盘子2倾覆跌落，因此拿取结构11下降并释放离开盘子2。

S04根据倾斜转矩T，拿取结构11移动位置并作用于盘子2的第二位置，即盘子2边沿上的另一个点。

S05重复以上的步骤S01至步骤S04，直至上升时未检测到倾斜转矩T，如图2所示，表明拿取结构11已经找到了盘子2的重心位置。

S06输出驱动力将盘子2拿起，即完成拿起盘子2的动作.

从上述的过程可以看出，本实施例中的拿取方法，经过多次根据转矩力反馈结果的尝试，寻找到盘子2的重心位置，最终能够平稳的将盘子2拿起，完成拿取步骤。本实施例中采用盘子2为例，由于采用抓持边沿的方式，在实际应用中，也可以用于其他具有边沿的目标，例如桌子、具有边沿的盆子等。

容易理解的是，如果在S03中未检测到倾斜转矩T，则直接进入步骤S06中。

由于采用了夹持的方式拿起盘子2，因此本实施例中与实施例一的差别在于，本实施例中采用夹持的方式，实际上并未在整个平面上移动，而只是沿着盘子2的边缘移动，能够近似看做在一个平面上沿着一个方向左或者右移动，相比实施例一而言，判断更加简单。

在实际应用中，如图3和图4所示，由于盘子2为圆形或者椭圆形，因此在单向移动后，拿取结构11与盘子2边沿之间距离必然发生变化，在该种情况下，可配合其他的力反馈检测，判断拿取结构11和盘子2之间的距离，改变该距离使得拿取结构11与盘子2之间的距离回到合适的区间内，施力后能够稳稳的将盘子2拿起，适用于重心不规则、过程不能倾斜的特殊目标的拿取。

本实施例中其他步骤和优选步骤，与实施例一近似，不做赘述。

由于本实施例中采用的拿取方法具体为夹持，因此本实施例中的拿取结构11为安装于执行端12上的夹爪11b，执行端12移动至盘子2的一侧，夹爪11b接近盘子2，张开然后合拢，夹爪11b紧紧夹住盘子2边沿，然后开始向上驱动移动夹爪11b，多次尝试后选择重心所在位置，将盘子2稳稳的拿起。

在执行端12上开设有安装腔121，夹爪11b的安装部111b插入执行端12内，传感器包括在其安装部111b的各个侧壁上设置有多个压力传感器13，当夹爪11b受到倾斜扭曲时，位于其各侧壁上的压力传感器13必然检测到不同的压力，即可判断出其所受的倾斜扭矩方向。

优选的，在安装部111b的底面也设有压力传感器13，能够检测夹爪11b与盘子2之间是否存在相互压力，预设压力范围(a，b)，其中a为大于零的数，如果二者之间的相互压力位于(a，b)内说明能够将盘子2夹紧拿起，如果小于a，则说明夹爪11b与盘子2距离较远，无法将盘子2夹紧，如果大于b则所述已经过于抵接盘子2，可能会将盘子2推动，大于或小于压力范围的两种异常情况，需要调节执行端12和盘子2之间距离，以使夹爪11b和盘子2之间的相互压力回到(a，b)内。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.拿取方法，用于智能机械臂拿取目标，所述智能机械臂包括执行端和安装在所述执行端的拿取结构，其特征在于，包括：

S01所述拿取结构作用于所述目标的第一位置，尝试拿起所述目标；

S02所述拿取结构上升过程中检测否受到倾斜转矩；

S03检测到所述倾斜转矩，所述拿取结构下降并释放所述目标；

S04根据所述倾斜转矩，所述拿取结构移动位置并作用于所述目标的第二位置，尝试再次拿起所述目标；

S05重复所述步骤S02至所述步骤S04，直至上升时未检测到所述倾斜转矩；

S06输出驱动力将所述目标拿起；

所述目标为盘子，所述拿取结构通过托起的方式将所述盘子拿起；

在所述步骤S03中，所述拿取结构移动位置的方法为：受到所述倾斜转矩的影响，所述拿取结构朝向其具有转动下降趋势的部位所在方向移动；

当第N次尝试拿起时，判断出的移动方向与第N-1次尝试拿起时判断移动方向相反，则其移动的距离应当小于所述目标的第N-1位置和第N位置之间的距离，N为自然数。

2.如权利要求1所述的拿取方法，其特征在于，在所述步骤S04之后，还包括以下步骤：通过检测所述拿取结构与所述目标之间的作用力，改变所述拿取结构与所述目标之间的距离。

3.如权利要求1所述的拿取方法，其特征在于，在所述步骤S03中，还包括以下步骤：检测所述拿取结构与所述目标之间的作用力，作为判断是否将目标完全释放的依据。

4.拿取结构，安装于智能机械臂的执行端，其特征在于，包括用于拿取目标的本体，所述本体与所述执行端之间设有安装部，所述安装部包括用于检测所述拿取结构所受倾斜转矩的传感器；

所述安装部包括能够插入所述执行端的凸块，所述传感器包括安装于所述安装部各侧壁的多个压力传感器；所述安装部与执行端之间构成间隙配合。

5.如权利要求4所述的拿取结构，其特征在于，所述本体为托盘，所述安装部位于所述托盘下端和所述执行端上端之间。

6.如权利要求4所述的拿取结构，其特征在于，所述本体包括能够开合的夹爪，所述安装部位于所述本体一侧和所述执行端一侧之间。

7.智能机械臂，包括多个关节臂和设置在任一所述关节臂上的执行端，其特征在于，还包括权利要求4-6任一项所述的拿取结构。

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