专利名称：智能装配机器人的避障检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种智能装配机器人，尤其涉及ー种智能装配机器人的避障检测装置。
背景技术：
智能装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由机器人操作机、控制器、末端执行器和传感系统组成。其中操作机的结构类型有水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等；控制器一般采用多CPU或多级计算机系统，实现运动控制和运动编程 ，末端执行器为适应不同的装配对象而设计成各种手爪和手腕等；传感系统又来获取装配机器人与环境和装配对象之间相互作用的信息。而目前智能装配机器人在沿运动轨迹运行时，大都采用红外传感器或者色标传感器用于障碍识别，但是这些传感器通常为单阈值的器件，通常能够分辨两种颜色，但是对多种颜色分辨较为困难。而且，在需要判断多种颜色的情况下，由于临界状态的情况很多很复杂，并且受到外界干扰和机械振动等因素影响，其障碍识别检测的准确率不高。

发明内容
本发明的目的在于提供ー种智能装配机器人的避障检测装置，以提高智能装配机器人的障碍识别检测的准确率。为达到上述目的，本发明提供了ー种智能装配机器人的避障检测装置，包括相同的两个颜色传感器，用于采样获取所述智能装配机器人在运动时所遇障碍物的顔色，将所述顔色转变成对应的颜色频率信号输出；所述相同的两个颜色传感器固定于一 T型套筒内且他们的 初始RGB测量值相同，所述T型套筒固定于所述智能装配机器人上，所述两个顔色传感器之间的安装距离Wb大于所述智能装配机器人的巡线宽度，并且2Wa+Wb〈Zd，其中，Wa为每个所述颜色传感器的宽度，Wb为所述安装距离，Zd为所述所遇障碍物的直径；信号隔离器，用于将所述颜色传感器输出的颜色频率信号进行抗干扰隔离处理后发送至控制器；控制器，用于将接收到的每个所述颜色传感器在若干次连续采样后输出的颜色频率信号分别进行均值滤波，然后将均值滤波处理后的颜色频率信号进行RGB色度值计算，并将计算结果与预设的标准RGB色度值的偏差区间进行比较，如果所述计算结果位于所述偏差区间内，则获取到对应遇障碍物的顔色信号，然后将所述颜色信号发送至所述智能装配机器的上位机供其进行避障处理，其中当所述智能装配机器人满足条件Al吋，则判定所述智能装配机器人当前处于临界位置点，然后控制两个所述颜色传感器进行一次延时检测，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上所述智能装配机器人当前进入另一个颜色区域井上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件Al，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件Al，则判定所述智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动所述智能装配机器人；当所述智能装配机器人满足条件A2吋，则判定所述智能装配机器人当前处于临界位置点或者已进入另ー个顔色区域，然后控制两个所述颜色传感器进行一次延时检測，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上所述智能装配机器人当前进入另一个颜色区域井上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件A2，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件A2，则判定所述智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动所述智能装配机器人；所述条件Al为同一个所述顔色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个所述顔色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值大于所述设定偏差值；所述条件A2为同一个所述顔色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个所述顔色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于所述设定偏差值；所述条件B为同一个所述顔色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值小于设定偏差值，并且两个所述顔色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于所述设定偏差值。本发明的智能装配机器人的避障检测装置中，采用并行双测法判断智能装配机器人是否临界位置点，当判定处于临界位置点吋，采用延时检测法使得智能装配机器人能够快速冲过临界位置点，从而解决了智能装配机器人因临界位置点的影响而产生的误判问题，并且T型套筒固定连接双传感器的结构和均值滤波处理，也減少了智能装配机器人在运动过程中振动引起的测量误差。因此，本发明智能装配机器人的避障检测装置提高了智能装配机器人的障碍识别检测的准确率。


图1为本发明的智能装配机器人的避障检测装置的电路结构示意图；图2为本发明的智能装配机器人的避障检测装置中的T型套筒连接双传感器结构的结构示意；图3为图2的左视图；图4为本发明的智能装配机器人的避障检测装置中智能装配机器人的避障场地示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述參考图1所示，本实施例的智能装配机器人的避障检测装置包括两个型号为TCS230的顔色传感器、与两个颜色传感器配合的信号隔离器和二分频器、作为控制器的型号为AT89C51的单片机和液晶显示屏。每个颜色传感器的SO端和SI端接VCC。信号隔离器为基于三极管构成的开关电路，三极管的基极通过第一电阻Rl与对应颜色传感器的输出端相连，三极管的集电极通过第二电阻R2接VCC，三极管的发射极接地。二分频器采用D触发器，D触发器的CP端与对应开关电路的三极管的集电极相连，D触发器的$端与其D端相连。而单片机的外部中断端与对应D触发器的Q端相连，单片机的I/O端与对应颜色传感器的S3端和S2端 对应相连。如图2至图4所示，上述两个颜色传感器其固定于ー T型套筒内并且他们的初始RGB测量值相同(具体实现吋，先将两个顔色传感器安装到T型套筒内的近似相同高度，然后根据控制器的读数调整顔色传感器的安装高度，当两个颜色传感器对同样颜色测得的初始RGB测量值相同时，停止调整，将其稳固在T型套筒内)，该T型套筒固定于智能装配机器人上，从而构成了ー个T型套筒连接双传感器结构。由于智能装配机器人的巡线运动是在栅格状的场地运动，为保证采样可靠，两个顔色传感器之间的安装距离Wb大于智能装配机器人的巡线宽度，并且2Wa+Wb〈Zd，其中，Wa为每个颜色传感器的宽度，Wb为安装距离，Zd为所遇障碍物的直径。而包括信号隔离器、D触发器和单片机在内的信号检测处理模块也设置于该T型套筒内，由于T型套筒具有防尘、阻隔外部杂光和干扰信号、保证两传感器同一高度和减弱振动等作用，从而有利于进一歩消除误差以提高颜色检测的准确度，并且该T型套筒与双传感器和信号检测处理模块结构配合，占用智能装配机器人的空间较少，安装方便。此外，信号检测处理模块和对应的连接线都统一安放在T型套筒内，也減少了连接线可能引起的拉拽。上述两个颜色传感器用于分别采样获取智能装配机器人在运动时所遇障碍物的顔色，将颜色转变成对应的颜色频率信号输出。而信号隔离器用于将颜色传感器输出的颜色频率信号进行抗干扰隔离处理以防止后端信号对前端的干扰，然后发送至单片机。为提高单片机的测周精度，在信号隔离器将抗干扰隔离处理后的颜色频率信号发送至单片机之前，先通过D触发器将信号隔离器输出的颜色频率信号进行二分频处理，分频的主要原因是后端的单片机测频测得的是信号的高电平的持续时间，而高电平的持续时间只是周期的一半，二分频后高电平持续时间正好为整周期，而且二分频后由于高电平持续时间长，从而有利于提高单片机的测周精度，通过D触发器分频处理后的颜色频率信号送入单片机的外部中断端，例如INTO端ロ，当颜色频率信号的下降沿到来时，在单片机TMOD中置TO定时器门控位GATE=1，C/T=0, TRO=I, MlMO=Ol,由于门控位为1，而此时外部中断0的信号为低电平，所以此时并不启动定时器，当信号的上升沿到来吋，自动启动定时器计时，当信号下降沿到来时，关闭定时器TO结束定吋，将定时器内的数值取出乘以定时间隔就是所测信号周期。由于颜色频率信号被二分频，其周期是原来的两倍。由于颜色是由光的三基色构成，所以每种颜色都含有三种颜色成分，单片机将每个颜色传感器在若干次连续采样(例如连续采样五次)后输出的颜色频率信号分别进行均值滤波，由于智能装配机器人在运动时顔色传感器与地面的距离会有一定波动，检测信号的周期也会发生变化，采用均值滤波能够从一定程度上消除距离变化产生的影响，可信度増加，单片机将均值滤波处理后获得的颜色频率信号进行RGB色度值计算(即获取三基色的成分含量)，并将计算结果与预设的标准RGB色度值的偏差区间进行比较，如果计算结果位于偏差区间内，则获取到对应遇障碍物的顔色信号，然后将顔色信号发送至智能装配机器的上位机供其进行避障处理。同时，与单片机相连的液晶显示屏接收单片机输出的顔色信号并将其输出显示。由于智能装配机器人需要检测的几种颜色的周期差异较大，远超过动静态过程距离影响所产生的測量偏差范围，所以通过设置一定的标准RGB色度值的偏差区间能够帮助智能装配机器人准确的区分出需要识别的几种颜色。需要注意的是，由于智能装配机器人在完成巡线运动的过程中肯定会遇到临界位置点，例如从某ー红色区进入另ー蓝色区，在红蓝交界过度处就是一个临界位置点，而智能装配机器人位于临界位置点时极容易产生误判识别。因此，为了减小临界位置点的误判，我们需要首先对临界位置点进行判別，然后再采取措施。在本实施例中当智能装配机器人满足条件Al吋，则判定智能装配机器人当前处于临界位置点，然后控制两个颜色传感器进行一次延时检测，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上智能装配机器人当前进入另一个颜色区域井上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件Al，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件Al，则判定智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动智能装配机器人。当智能装配机器人满足条件A2吋，则判定智能装配机器人当前处于临界位置点或者已进入另ー个顔色区域，然后控制两个颜色传感器进行一次延时检测，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上智能装配机器人当前进入另一个颜色区域井上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件A2，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件A2，则判定智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动智能装配机器人。其中，上述的条件Al为同一个颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个颜色传感器之间在当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值大于设定偏差值。上述的条件A2为同一个颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个颜色传感器之间在当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于设定偏差值。上述的条件B为同一个颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值小于设定偏差值，并且两个颜色传感器之间在当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于设定偏差值。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，包括 相同的两个颜色传感器，用于采样获取所述智能装配机器人在运动时所遇障碍物的颜色，将所述颜色转变成对应的颜色频率信号输出；所述相同的两个颜色传感器固定于一 T型套筒内且他们的初始RGB测量值相同，所述T型套筒固定于所述智能装配机器人上，所述两个颜色传感器之间的安装距离Wb大于所述智能装配机器人的巡线宽度，并且2Wa+Wb〈Zd，其中，Wa为每个所述颜色传感器的宽度，Wb为所述安装距离，Zd为所述所遇障碍物的直径； 信号隔离器，用于将所述颜色传感器输出的颜色频率信号进行抗干扰隔离处理后发送至控制器； 控制器，用于将接收到的每个所述颜色传感器在若干次连续采样后输出的颜色频率信号分别进行均值滤波，然后将均值滤波处理后的颜色频率信号进行RGB色度值计算，并将计算结果与预设的标准RGB色度值的偏差区间进行比较，如果所述计算结果位于所述偏差区间内，则获取到对应遇障碍物的颜色信号，然后将所述颜色信号发送至所述智能装配机器的上位机供其进行避障处理，其中 当所述智能装配机器人满足条件Al时，则判定所述智能装配机器人当前处于临界位置点，然后控制两个所述颜色传感器进行一次延时检测，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上所述智能装配机器人当前进入另一个颜色区域并上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件Al，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件Al，则判定所述智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动所述智能装配机器人； 当所述智能装配机器人满足条件A2时，则判定所述智能装配机器人当前处于临界位置点或者已进入另一个颜色区域，然后控制两个所述颜色传感器进行一次延时检测，如果在延时检测后发现满足条件B，则确认上所述智能装配机器人当前进入另一个颜色区域并上报给上位机；而如果在延时检测后发现仍满足条件A2，则再次延时检测，如此，如果经过三次延时检测后发现仍满足条件A2，则判定所述智能装配机器人出现车身倾斜并进行停车校正，然后再次启动所述智能装配机器人； 所述条件Al为同一个所述颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个所述颜色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值大于所述设定偏差值； 所述条件A2为同一个所述颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值大于设定偏差值，并且两个所述颜色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于所述设定偏差值； 所述条件B为同一个所述颜色传感器当前时刻输出所对应的RGB色度值与其前一时刻输出所对应的RGB色度值之间的差值小于设定偏差值，并且两个所述颜色传感器之间在所述当前时刻输出所对应的RGB色度值的差值小于所述设定偏差值。
2.根据权利要求1所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，还包括 二分频器，其用于将所述信号隔离器输出的颜色频率信号进行二分频处理后发送至所述控制器。
3.根据权利要求2所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，所述相同的两个颜色传感器的型号为TCS230，每个所述颜色传感器的SO端和SI端接VCC。
4.根据权利要求3所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，所述信号隔离器为基于三极管构成的开关电路，所述三极管的基极通过第一电阻(Rl)与对应颜色传感器的输出端相连，所述三极管的集电极通过第二电阻(R2)接VCC，所述三极管的发射极接地。
5.根据权利要求4所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，所述二分频器为D触发器，所述D触发器的CP端与对应开关电路的三极管的集电极相连，所述D触发器的Q端与其D端相连。
6.根据权利要求5所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，所述控制器包括型号为AT89C51的单片机，所述单片机的外部中断端与对应D触发器的Q端相连，所述单片机的I/O端与对应颜色传感器的S3端和S2端对应相连。
7.根据权利要求6所述的智能装配机器人的避障检测装置，其特征在于，还包括液晶显示屏，其与所述单片机相连，用于接收所述单片机输出的颜色信号并将其输出显示。
全文摘要
本发明公开了一种智能装配机器人的避障检测装置，包括相同的两个颜色传感器，其固定于一T型套筒内且他们的初始RGB测量值相同，T型套筒固定于智能装配机器人上；还包括信号隔离器和控制器；控制采用并行双测法判断智能装配机器人是否临界位置点，当判定处于临界位置点时，采用延时检测法使得智能装配机器人能够快速冲过临界位置点，从而解决了智能装配机器人因临界位置点的影响而产生的误判问题，并且T型套筒固定连接双传感器的结构和均值滤波处理，也减少了智能装配机器人在运动过程中振动引起的测量误差。因此，本发明智能装配机器人的避障检测装置提高了智能装配机器人的障碍识别检测的准确率。
文档编号G01J3/46GK103048049SQ20121055585
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月19日 优先权日2012年12月19日
发明者邹华东, 谢发忠, 陈小林 申请人:安徽国防科技职业学院