本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊。

背景技術(shù)：

隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高以及工業(yè)機(jī)器人控制、規(guī)劃、識(shí)別方法的不斷發(fā)展，用工業(yè)機(jī)器人代替人工進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)的程度越來(lái)越高。工業(yè)機(jī)器人最基本的使用方法不安裝任何傳感器，只能通過(guò)示教或者編程在固定的場(chǎng)景中進(jìn)行一些固定的動(dòng)作。隨著機(jī)器人應(yīng)用環(huán)境和目標(biāo)任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜多變，需要在環(huán)境中或者在機(jī)器人本體上安裝一些傳感器，目前遇到以下問(wèn)題：1、在環(huán)境中安裝的各類傳感器需要和機(jī)器人本體進(jìn)行標(biāo)定，數(shù)據(jù)精度難以保證，而且傳感器會(huì)由于機(jī)器人的遮擋產(chǎn)生很多盲區(qū)；2、在機(jī)器人本體上安裝傳感器需要用戶自行非標(biāo)設(shè)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且當(dāng)傳感器數(shù)量增多時(shí)布置困難，各種接線繁亂，可能會(huì)影響機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和各類末端工具的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊，包括殼體、2d相機(jī)、3d相機(jī)、微處理器和電源模塊；所述2d相機(jī)、3d相機(jī)、微處理器和電源模塊均集成在殼體內(nèi)，殼體上開設(shè)有與2d相機(jī)的鏡頭和3d相機(jī)的鏡頭相對(duì)應(yīng)的通孔；所述殼體上設(shè)置有與機(jī)器人末端法蘭盤和末段工具法蘭盤相對(duì)應(yīng)的螺栓孔；所述殼體上具有一個(gè)以太網(wǎng)接口和一個(gè)電源接口，微處理器的io口通過(guò)數(shù)據(jù)總線連接至殼體上的以太網(wǎng)接口，且微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接至2d相機(jī)和3d相機(jī)；所述電源模塊的輸入端通過(guò)電源總線連接殼體上的電源接口，且電源模塊的輸出端通過(guò)電源線連接至2d相機(jī)、3d相機(jī)和微處理器。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：還包括激光器和晶體管開關(guān)，激光器和晶體管開關(guān)均集成在殼體內(nèi)，殼體上開設(shè)有與激光器的鏡頭相對(duì)應(yīng)的通孔，微處理器通過(guò)晶體管開關(guān)控制連接激光器，電源模塊通過(guò)晶體管開關(guān)電性連接激光器。

所述的集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊的使用方法，步驟如下：

1)將該機(jī)器人智能傳感模塊安裝在機(jī)器人末端法蘭盤和末段工具法蘭盤之間，將工控機(jī)的以太網(wǎng)線插入殼體上的以太網(wǎng)接口，將電源線插入殼體上的電源接口；

2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2d相機(jī)和3d相機(jī)變換數(shù)個(gè)位置和姿態(tài)，2d相機(jī)和3d相機(jī)所采集的圖像傳輸至微控制器，微控制器將獲得的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的打包處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線和以太網(wǎng)接口傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)通過(guò)相關(guān)軟件的配合自動(dòng)完成2d相機(jī)和3d相機(jī)的自標(biāo)定工作；

3)在步驟2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，3d相機(jī)通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，從而完成機(jī)器人工作環(huán)境的建模工作；

4)機(jī)器人開始執(zhí)行操作任務(wù)，在此過(guò)程中，3d相機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)掃描感知機(jī)器人環(huán)境的變化協(xié)助機(jī)器人實(shí)時(shí)避障，2d相機(jī)協(xié)助機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)定位、目標(biāo)識(shí)別和目標(biāo)跟蹤工作；

5)微處理器判斷是否存在外部相機(jī)，若存在外部相機(jī)，則微處理器通過(guò)晶體管開關(guān)開啟激光器，激光器輔助機(jī)器人完成與外部相機(jī)之間的自動(dòng)標(biāo)定工作，否則，不動(dòng)作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明機(jī)器人智能傳感模塊，簡(jiǎn)潔輕巧，通過(guò)便捷的安裝就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜場(chǎng)景下所需的多種必需功能，并且能夠適配不同型號(hào)的機(jī)器人和末端工具，適用性強(qiáng)，適合在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域廣泛使用。

附圖說(shuō)明

圖1為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊的整體外觀示意圖。

圖2為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊的系統(tǒng)示意圖。

圖4為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊中3d相機(jī)對(duì)環(huán)境建模的效果示意圖。

圖5為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊中2d相機(jī)對(duì)物體識(shí)別的示意圖。

圖6為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊配合機(jī)器人吸盤使用的示意圖。

圖7為集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊配合機(jī)器人手爪使用的示意圖。

圖中：1-殼體、2-2d相機(jī)、3-3d相機(jī)、4-激光器、5-微處理器、6-電源模塊、7-晶體管開關(guān)、8-數(shù)據(jù)總線、9-電源總線、10-以太網(wǎng)接口、11-電源接口、12-螺栓孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖1-7，一種集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊，包括殼體1、2d相機(jī)2、3d相機(jī)3、微處理器5和電源模塊6；所述2d相機(jī)2、3d相機(jī)3、微處理器5和電源模塊6均集成在殼體1內(nèi)，殼體1上開設(shè)有與2d相機(jī)2的鏡頭和3d相機(jī)3的鏡頭相對(duì)應(yīng)的通孔，從而使2d相機(jī)2的鏡頭和3d相機(jī)3的鏡頭均能夠從殼體1上相應(yīng)的通孔探出，保證其正常工作；所述殼體1上設(shè)置有與機(jī)器人末端法蘭盤和末段工具法蘭盤相對(duì)應(yīng)的螺栓孔12，該機(jī)器人智能傳感模塊在使用時(shí)安裝在機(jī)器人末端法蘭盤和末段工具法蘭盤之間，在安裝時(shí)，只需要將螺栓穿過(guò)機(jī)器人末端法蘭盤、殼體1上的螺栓孔12和末段工具法蘭盤即可；所述殼體1上具有一個(gè)以太網(wǎng)接口10和一個(gè)電源接口11，微處理器5的io口通過(guò)數(shù)據(jù)總線8連接至殼體1上的以太網(wǎng)接口10，且微處理器5通過(guò)數(shù)據(jù)線分別連接至2d相機(jī)2和3d相機(jī)3，在使用時(shí)，以太網(wǎng)接口10通訊連接至工控機(jī)，2d相機(jī)2和3d相機(jī)3所采集的圖像傳輸至微控制器5，微控制器5將獲得的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的打包處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線8和以太網(wǎng)接口10傳輸?shù)焦た貦C(jī)；所述電源模塊6的輸入端通過(guò)電源總線9連接殼體1上的電源接口11，且電源模塊6的輸出端通過(guò)電源線連接至2d相機(jī)2、3d相機(jī)3和微處理器5，為2d相機(jī)2、3d相機(jī)3和微處理器5供電；所述集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊，還包括激光器4和晶體管開關(guān)7，激光器4和晶體管開關(guān)7均集成在殼體1內(nèi)，殼體1上開設(shè)有與激光器4的鏡頭相對(duì)應(yīng)的通孔，從而使激光器4的鏡頭均能夠從殼體1上相應(yīng)的通孔探出，保證其正常工作，微處理器5通過(guò)晶體管開關(guān)7控制連接激光器4，微處理器5控制激光器4的工作，當(dāng)存在外部相機(jī)時(shí)，微處理器5通過(guò)晶體管開關(guān)7開啟激光器4，以輔助機(jī)器人完成與外部相機(jī)之間的自動(dòng)標(biāo)定工作，電源模塊6通過(guò)晶體管開關(guān)7電性連接激光器4，用于為激光器4的工作進(jìn)行供電。

本發(fā)明的工作原理是：所述集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊，通過(guò)將螺栓穿過(guò)機(jī)器人末端法蘭盤、殼體1上的螺栓孔12和末段工具法蘭盤，將該機(jī)器人智能傳感模塊安裝在機(jī)器人上。安裝完畢后，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，帶動(dòng)2d相機(jī)2和3d相機(jī)3變換數(shù)個(gè)位置和姿態(tài)，2d相機(jī)2和3d相機(jī)3所采集的圖像傳輸至微控制器5，微控制器5將獲得的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的打包處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線8和以太網(wǎng)接口10傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)通過(guò)相關(guān)軟件的配合自動(dòng)完成2d相機(jī)2和3d相機(jī)3的自標(biāo)定工作。標(biāo)定完成后，3d相機(jī)3通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，從而完成機(jī)器人工作環(huán)境的建模工作，所構(gòu)建的環(huán)境模型示意圖如圖4所示。隨后，機(jī)器人就能夠正常進(jìn)行抓取任務(wù)，在機(jī)器人執(zhí)行抓取任務(wù)的過(guò)程中，3d相機(jī)3能夠通過(guò)實(shí)時(shí)掃描感知機(jī)器人環(huán)境的變化實(shí)現(xiàn)機(jī)器人實(shí)時(shí)避障的功能。2d相機(jī)2主要用于進(jìn)行目標(biāo)定位、目標(biāo)識(shí)別和目標(biāo)跟蹤等工作，其中對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行識(shí)別的示意圖如圖5所示。當(dāng)存在外部相機(jī)時(shí)，工控機(jī)可以向微處理器5發(fā)出控制指令，微處理器5通過(guò)晶體管開關(guān)7開啟激光器4，激光器4輔助機(jī)器人完成與外部相機(jī)之間的自動(dòng)標(biāo)定工作。

本發(fā)明所述集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊能夠配合不同類型的機(jī)器人使用，圖6為本發(fā)明智能傳感模塊配合機(jī)器人吸盤使用的示意圖。圖7為本發(fā)明智能傳感模塊配合機(jī)器人手爪使用的示意圖。本發(fā)明智能傳感模塊在配合不同類型的機(jī)器人工作時(shí)，使用方式類型，區(qū)別僅僅在于2d相機(jī)2所進(jìn)行的目標(biāo)識(shí)別工作。在應(yīng)用于機(jī)器人手爪時(shí)，2d相機(jī)2用于識(shí)別物體整體的形狀、距離等數(shù)據(jù)，以便于機(jī)器人手爪準(zhǔn)確抓取物品，在應(yīng)用于機(jī)器人吸盤時(shí)，2d相機(jī)2用于識(shí)別物體表面的形狀、距離等數(shù)據(jù)，從而使得機(jī)器人吸盤準(zhǔn)確吸起物體。

所述集成了2d、3d相機(jī)和激光器的機(jī)器人智能傳感模塊的使用方法，步驟如下：

1)將該機(jī)器人智能傳感模塊安裝在機(jī)器人末端法蘭盤和末段工具法蘭盤之間，將工控機(jī)的以太網(wǎng)線插入殼體1上的以太網(wǎng)接口10，以實(shí)現(xiàn)該機(jī)器人智能傳感模塊與工控機(jī)的數(shù)據(jù)連接，將電源線插入殼體1上的電源接口11，以為該機(jī)器人智能傳感模塊供電；

2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)2d相機(jī)2和3d相機(jī)3變換數(shù)個(gè)位置和姿態(tài)，2d相機(jī)2和3d相機(jī)3所采集的圖像傳輸至微控制器5，微控制器5將獲得的圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的打包處理后，通過(guò)數(shù)據(jù)總線8和以太網(wǎng)接口10傳輸?shù)焦た貦C(jī)，工控機(jī)通過(guò)相關(guān)軟件的配合自動(dòng)完成2d相機(jī)2和3d相機(jī)3的自標(biāo)定工作；

3)在步驟2)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，3d相機(jī)3通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，從而完成機(jī)器人工作環(huán)境的建模工作；

4)機(jī)器人開始執(zhí)行操作任務(wù)，在此過(guò)程中，3d相機(jī)3通過(guò)實(shí)時(shí)掃描感知機(jī)器人環(huán)境的變化協(xié)助機(jī)器人實(shí)時(shí)避障，2d相機(jī)2協(xié)助機(jī)器人進(jìn)行目標(biāo)定位、目標(biāo)識(shí)別和目標(biāo)跟蹤工作；

5)微處理器5判斷是否存在外部相機(jī)，若存在外部相機(jī)，則微處理器5通過(guò)晶體管開關(guān)7開啟激光器4，激光器4輔助機(jī)器人完成與外部相機(jī)之間的自動(dòng)標(biāo)定工作，否則，不動(dòng)作。

本發(fā)明機(jī)器人智能傳感模塊，簡(jiǎn)潔輕巧，通過(guò)便捷的安裝就可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在復(fù)雜場(chǎng)景下所需的多種必需功能，并且能夠適配不同型號(hào)的機(jī)器人和末端工具，適用性強(qiáng)，適合在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域廣泛使用。

上面對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。