[发明专利]用于物料分拣的多吸盘可移动机械手及其控制系统

权利要求书

1.用于物料分拣的多吸盘可移动机械手，其特征在于：包括并联机器人(1)，并联机器人(1)的动平台通过ISO夹具接口(2)与执行机构搭载平台(3)连接，执行机构搭载平台(3)呈水平设置的平板状，将执行机构搭载平台(3)的长度方向定义为x轴方向，宽度方向定义为y轴方向；

所述执行机构搭载平台(3)的底面设有多个沿y轴延伸的直线模组(4)，且多个直线模组(4)沿x轴间隔排列；执行机构搭载平台(3)沿y轴方向的两端边缘设有向下的折边，折边上间隔设有多个用于安装直线模组(4)的丝杆定位安装孔；所述直线模组(4)包括滑块、电机以及相互平行的直线导轨和丝杆，直线导轨设置在执行机构搭载平台(3)底面，丝杆可转动地设置在丝杆定位安装孔内，滑块的顶部可滑动地设置在直线导轨上，滑块的底部设有供丝杆穿置的丝杆螺母座，电机设置在丝杆一端；滑块(5)底部设有真空吸盘(6)，真空吸盘(6)能对目标物进行吸附；真空吸盘(6)通过气体管路与真空发生器连接；

所述电机、真空发生器与PLC控制器电连接，PLC控制器根据目标物的位置信息控制直线模组(4)及滑块的移动、真空发生器及真空吸盘(6)的吸放。

2.如权利要求1所述的用于物料分拣的多吸盘可移动机械手，其特征在于：所述执行机构搭载平台(3)的底面且位于直线模组(4)的一侧设有固定座(7)，固定座(7)上设有用于安置气体管路的穿孔，以避免气体管路发生缠绕。

3.如权利要求1所述的用于物料分拣的多吸盘可移动机械手，其特征在于：所述并联机器人是三轴并联机器人。

4.基于权利要求1-3中任意一项所述的用于物料分拣的多吸盘可移动机械手的控制系统，其特征在于：包括运载平台、目标识别单元、分拣控制单元和抓取执行单元；

所述运载平台包括流水线，流水线上预设有图像采样区和物品分拣区，图像采样区的上方设有目标识别单元，物品分拣区的上方设有分拣控制单元和抓取执行单元，流水线上设置的目标物可随流水线依次通过图像采样区、物品分拣区；

所述目标识别单元包括工业相机，通过工业相机获取目标物的图像，图像包括语义信息、位置信息和深度信息；目标识别单元将采集到的图像发送至分拣控制单元；

所述分拣控制单元使用训练好的目标检测模型对图像进行识别，得到目标物的预测框大小以及中心点坐标，并根据预测框大小以及中心点坐标计算得到预测框面积数据；设定区分目标物大小的阈值为S1、S2、S3，根据阈值和预测框面积数据对目标物的大小进行区分；同时，根据目标物的大小分类分别设置偏差值为d1、d2、d3，即目标物的预测框中心点坐标位于偏差值范围内，多吸盘可移动机械手的真空吸盘仍能进行吸附抓取动作；偏差值d1、d2、d3计算步骤如下：

S1.1：首先将需分拣目标物所有类别依次放置图样采样区，根据目标识别单元结果，计算目标物的预测框面积数据，根据阈值S1、S2、S3划分为三个区间，将预测框面积小于S1的目标物认定为小物体，将预测框面积处于S1和S2之间的目标物认定为中物体，将预测框面积处于S2和S3之间的目标物认定为大物体；

S1.2：将三种类别的物体分别放置在物品分拣区，设置(0,d_x]内随机数作为偏差值，让其在预测框中点(x₁，y₁)为圆点，偏差值为半径的圆周上再随机取点(x₂，y₂)作为机械手任务点，实行吸附动作，吸附成功则将此数据标签设置为1，反之则为0；

S1.3：进行大量实验数据采集后，将预测框面积S，预测框中心点x₁，y₁坐标，加载偏差值后的任务点x₂，y₂坐标，以及相应的标签作为数据集，利用K-means聚类算法进行聚类，此时K＝6，则是三种目标物大小下吸附成功和吸附失败的类别，得到三种目标物大小下成功吸附时可设置的偏差值区间；

S1.4：将上述得到的吸附区间根据其区间中心点减小至原来的80％，以提高吸附成功率；

由于默认目标物于图像采样区到物品分拣区不发生移动，根据手眼标定的方法，得到各目标物于物品分拣区实时位置信息，物品分拣区为执行机构搭载平台可移动的区域；根据语义信息，单次分拣类别为同一类别物体，确定抓取任务点并发送至抓取执行单元；确定抓取任务点的过程如下：

S2.1若所有分拣对象种类单一，且目标物面积相似，则多吸盘可移动机械手的滑块实际可摆动区间为长为2b，宽为由吸附目标物大小所决定的偏差值d组成的长方形区域，且各长方形中心竖线间隔为a；由此执行机构实际可摆动区间由算法于分拣控制单元计算，即将该区域，于事先划分为S×L网格的物品分拣区内，以步长为t进行循环遍历，查看各目标物中心点是否包含在各个真空吸盘的长方形区域内，且单次覆盖单类目标物数量；单个长方形区域包含目标物一个或多个则数量加1，反之则为0，根据循环遍历后单次覆盖单类目标物数量最多的目标物作为此次任务目标以及确定任务点；

S2.2若所有分拣对象品类较多且复杂，则将多吸盘可移动机械手的真空吸盘可摆动区间更改为长度为2b，且间隔为a的直线；根据目标物大小设定偏差值d，则各目标物允许抓取区域是由中心点为圆心，偏差值d为半径的圆；根据算法循环遍历，查看各直线与目标物区域圆是否存在交集，单个直线于单类目标物存在一个或多个交集则数量加1，反之则为0，计算单次数量最多的目标物，确定分拣类别及确定任务点；

所述抓取执行单元包括多吸盘可移动机械手，抓取执行单元收到任务点信息后，多吸盘可移动机械手的PLC控制器发送信号控制直线模组启动，并根据所交集目标物坐标，若交集多个，优先吸附左侧目标物；真空吸盘提前移动X轴坐标，并对多个目标物进行追踪吸附抓取，转移至目标物的储存装置；与此同时，分拣控制单元重复上述计算过程，确定下一次任务点信息，直至分拣任务全部结束。