本發(fā)明涉及自動化，具體地說，涉及一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)及其開關方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的罐車人孔裝置蓋體主要有翻轉(zhuǎn)和平移兩種開合方式，其一般采用3點或者6點卡爪定位進行緊固，開合過程需要人工操作，且由于蓋體具有較大的自重，人工操作費時費力，此外，人孔裝置一般設置于罐體頂部，離地面高度較大，特別是雨雪天氣時，罐頂作業(yè)使相關操作具有較大的安全隱患。

2、其中，自動開蓋式的機械臂在制造車間中用于完成各類搬運和上下料等任務，例如，在特魯門公司設計的木箱自動開蓋機械手方案中，桁架機械手配合生產(chǎn)線，根據(jù)系統(tǒng)指令快速將木箱產(chǎn)品的箱蓋搬運到指定位置，實現(xiàn)木箱自開蓋過程；同時，自動開蓋機械臂還廣泛應用于汽車制造、電子電器、食品飲料、金屬加工、船舶制造、航空航天等領域。在汽車制造中，它們用于車門、車前蓋、輪胎等部件的裝配；在電子電器行業(yè)中，用于零件的精確抓取和放置；在食品飲料行業(yè)中，用于產(chǎn)品的包裝和封口等操作。

3、雖然市面上的機械臂種類繁多，但是大部分依然存在許多問題：比如結(jié)構(gòu)復雜，精準度差，缺乏對旋轉(zhuǎn)開蓋力度的掌控的問題。

4、為了應對上述問題，現(xiàn)亟需一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)及其開關方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)及其開關方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，提供了一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)，包括信息采集模塊、上位機和對接ai模塊，所述信息采集模塊包括激光雷達和攝像機并對罐口和機械臂的位置信息進行實時采集，所述對接ai模塊包括軌跡規(guī)劃模塊、插補計算模塊和實時控制模塊，所述信息采集模塊將拍攝到的實時畫面?zhèn)鬏數(shù)缴衔粰C，上位機通過內(nèi)置的指令模塊向?qū)觓i模塊發(fā)送若干個指令組合，所述對接ai模塊對指令組合按照生成順序形成指令緩存，由所述軌跡規(guī)劃模塊按照指令生成的順序?qū)χ噶钸M行路徑規(guī)劃，由插補計算模塊對路徑進行處理，所述實時控制模塊接收插補計算處理后的路徑并實時控制機械臂完成打開或關閉罐口的操作。

3、進一步的，所述信息采集模塊還包括視覺傳感器、深度傳感器、距離傳感器、力矩傳感器、觸覺傳感器和位置傳感器，所述視覺傳感器安裝在機械臂末端，利用攝像頭獲取罐口的圖像并通過3d視覺定位罐口和灌蓋的位置；

4、所述深度傳感器與視覺傳感器配合用于提供罐口與周圍物體的深度信息；

5、所述距離傳感器安裝在機械臂不同關節(jié)上，用于檢測罐口和其他物體的距離；

6、所述位置傳感器安裝在機械臂的關節(jié)以及末端執(zhí)行器上，用于測量機械臂各個關節(jié)的角度和末端執(zhí)行器的位置信息；

7、所述力矩傳感器安裝在機械臂末端執(zhí)行器上，用于檢測機械臂在抓取、轉(zhuǎn)動灌蓋時的力以及扭矩；

8、所述觸覺傳感器安裝在機械臂的夾爪上。

9、一種罐車罐口自助開關方法，應用于所述的罐車罐口自助開關系統(tǒng)，包括以下步驟：

10、步驟一：信息采集模塊對罐口和機械臂的位置信息進行實時采集；

11、步驟二：設定機械臂的基礎參數(shù)，同時對機械臂的關節(jié)和基座進行進行局部坐標系定位，并使用d-h參數(shù)法構(gòu)建從基座到末端執(zhí)行器的每一個連桿的齊次變換矩陣；

12、

13、其中，為兩個相鄰連桿z軸之間的距離，為相鄰兩個連桿z軸之間的夾角，為沿著當前連桿z軸到下一個連桿x軸的距離，為繞當前連桿z軸旋轉(zhuǎn)的角度，即關節(jié)變量；

14、步驟三：計算從基座坐標系到末端執(zhí)行器坐標系的整體變換矩陣 tn+1， tn+1= t1? t2?...? tn；

15、步驟四：分別計算出第個關節(jié)的線性速度和角速度，其中線性速度，角速度，其中是第個連桿的z軸方向向量，是末端執(zhí)行器的位置向量，是第個連桿末端的位置向量；

16、將所有關節(jié)的線性速度和角速度組合起來，從而構(gòu)建出完整的雅可比矩陣j，其表示為；

17、步驟五：計算當前末端執(zhí)行器位置與目標位置之間的差異，利用雅可比矩陣的偽逆或轉(zhuǎn)置來計算更新關節(jié)速度；

18、步驟六：重復步驟三、四、五，直至誤差小于預定閾值或達到最大迭代次數(shù)，最終使得機械臂末端執(zhí)行器精確的到達目標位置；

19、步驟七：實時控制模塊執(zhí)行指令打開或關閉罐口。

20、進一步的，在步驟五中，所述關節(jié)速度的計算公式如下：

21、?θ·?=j+?·δp，其中δp是位置誤差向量，θ·為關節(jié)速度，j+為雅可比矩陣j的偽逆矩陣。

22、進一步的，在步驟三至步驟五中，根據(jù)信息采集模塊所采集的實時的末端執(zhí)行器與罐口的距離來實時計算末端執(zhí)行器到罐口最合適的位置。

23、進一步的，在步驟四中，根據(jù)各個關節(jié)的移動方式可以分為旋轉(zhuǎn)關節(jié)或平移關節(jié)，對于旋轉(zhuǎn)關節(jié)其角速度，對于平移關節(jié)，其角速度為零。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

25、利用圖像處理技術(shù)判斷罐口的類型和大小，在判定機械臂能夠夠到罐口的所在位置后，通過位置傳感器獲取機械臂上各個關節(jié)的旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)角度，通過機械臂的逆運動學模型將關節(jié)角度轉(zhuǎn)換成機械臂末端的位移距離，利用d-h參數(shù)法構(gòu)建連桿的齊次變換矩陣來計算末端執(zhí)行器的絕對位置，以實現(xiàn)絕對精準的定位，同時通過設置在末端執(zhí)行器的觸覺傳感器和力矩傳感器來控制相應的力度，確保罐口蓋子不脫落以及抓握的力度不會太大。

技術(shù)特征：

1.一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)，其特征在于：包括信息采集模塊、上位機和對接ai模塊，所述信息采集模塊包括激光雷達和攝像機并對罐口和機械臂的位置信息進行實時采集，所述對接ai模塊包括軌跡規(guī)劃模塊、插補計算模塊和實時控制模塊，所述信息采集模塊將拍攝到的實時畫面?zhèn)鬏數(shù)缴衔粰C，上位機通過內(nèi)置的指令模塊向?qū)觓i模塊發(fā)送若干個指令組合，所述對接ai模塊對指令組合按照生成順序形成指令緩存，由所述軌跡規(guī)劃模塊按照指令生成的順序?qū)χ噶钸M行路徑規(guī)劃，由插補計算模塊對路徑進行處理，所述實時控制模塊接收插補計算處理后的路徑并實時控制機械臂完成打開或關閉罐口的操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)，其特征在于：所述信息采集模塊還包括視覺傳感器、深度傳感器、距離傳感器、力矩傳感器、觸覺傳感器和位置傳感器，所述視覺傳感器安裝在機械臂末端，利用攝像頭獲取罐口的圖像并通過3d視覺定位罐口和灌蓋的位置；

3.一種罐車罐口自助開關方法，應用于權(quán)利要求1-2任一項所述的罐車罐口自助開關系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

4.其中，為兩個相鄰連桿z軸之間的距離，為相鄰兩個連桿z軸之間的夾角，為沿著當前連桿z軸到下一個連桿x軸的距離，為繞當前連桿z軸旋轉(zhuǎn)的角度，即關節(jié)變量；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)回收系統(tǒng)，其特征在于：在步驟五中，所述關節(jié)速度的計算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)回收系統(tǒng)，其特征在于：在步驟三至步驟五中，根據(jù)信息采集模塊所采集的實時的末端執(zhí)行器與罐口的距離來實時計算末端執(zhí)行器到罐口最合適的位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)回收系統(tǒng)，其特征在于：在步驟四中，根據(jù)各個關節(jié)的移動方式可以分為旋轉(zhuǎn)關節(jié)或平移關節(jié)，對于旋轉(zhuǎn)關節(jié)其角速度，對于平移關節(jié)，其角速度為零。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及自動化技術(shù)領域，具體涉及一種罐車罐口自助開關系統(tǒng)及其開關方法，包括信息采集模塊、上位機和對接AI模塊，信息采集模塊對罐口和機械臂的位置信息進行實時采集，對接AI模塊包括軌跡規(guī)劃模塊、插補計算模塊和實時控制模塊，信息采集模塊將拍攝到的實時畫面?zhèn)鬏數(shù)缴衔粰C，對接AI模塊對指令組合按照生成順序形成指令緩存，由軌跡規(guī)劃模塊按照指令生成的順序?qū)χ噶钸M行路徑規(guī)劃，實時控制模塊接收插補計算處理后的路徑并實時控制機械臂完成打開或關閉罐口的操作，利用D?H參數(shù)法構(gòu)建連桿的齊次變換矩陣來計算末端執(zhí)行器的絕對位置，以實現(xiàn)絕對精準的定位，利用末端執(zhí)行器的觸覺傳感器和力矩傳感器來控制相應的力度，以實現(xiàn)對力度的精準控制。

技術(shù)研發(fā)人員：朱嘉誠
受保護的技術(shù)使用者：南京聯(lián)衡電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9