一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法与流程

本发明涉及矿用机械手领域，特别是涉及一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法。

背景技术：

1、无人采矿以及运输是21世纪采矿技术发展的重要领域之一，目前无人矿山在国内的无人采矿技术仍处于的初期阶段，人们希望尽快研制开发适合我国的先进的无人采矿、运输系统及其设备,这可以提高我国采矿工艺的可靠性和安全性，使采矿行业能够适应激烈的国际竞争。

2、现有的无人矿车运输多基于五轴或六轴机械臂进行上料作业，此类机械机构磨损较大，且矿石本身由于表面较为粗糙，夹持作业往往会出现接触面较小而矿石自重较大，造成的提升不稳定问题，造成额外的作业危险。而采用板式提升，例如叉车式或铲车式结构，其工作端往往难以匹配矿石表面结构，有由于在保障装置强度的前提下工作端必须存在一定厚度，故其上料困难。

3、现需一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有技术中现有的无人矿车运输多基于五轴或六轴机械臂进行上料作业，此类机械机构磨损较大，且矿石本身由于表面较为粗糙，夹持作业往往会出现接触面较小而矿石自重较大，造成的提升不稳定问题，造成额外的作业危险，而采用板式提升，例如叉车式或铲车式结构，其工作端往往难以匹配矿石表面结构，有由于在保障装置强度的前提下工作端必须存在一定厚度，故其上料困难的问题，提供了一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，通过动态叉端配合提升板体在机械视觉判定的适宜的提升角度作业，解决了上述问题。

2、本发明提供了一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，包括以下步骤：

3、s1、绕待搬运矿石进行底部拍照并标记拍照角度；

4、s2、拟合各照片内拍照中矿石的底部曲线，对各曲线进行直线的线型回归，基于回归直线计算各曲线方差；

5、s3、选取方差最大的曲线对应的照片，提取拍摄角度；

6、s4、将提升机设置在矿石的该拍摄角度上；

7、s5、提升机顶出顶出叉装载矿石；

8、s6、顶出叉收回，将矿石运送至托板上；

9、s7、托板竖向提升至装载高度；

10、s8、多轴机械臂配合下料；

11、提升机包括座体、竖向滑轨、滑块、液压缸、托板、一对伺服限位杆、若干顶出叉、顶出块和驱动装置，座体设置于底面，座体内设置有配重，竖向滑轨竖向设置在座体一侧，滑块为液压驱动装置，滑块设置在提升滑轨上，液压缸设置在座体上，液压缸输出端连接滑块，滑块底端向外水平设置托板，托板为板结构，两伺服限位杆相互平行，通过伺服机构设置在托板上方，伺服限位杆沿托板横向方向设置，伺服限位杆伺服移动方向垂直伺服限位杆轴向，顶出叉设置在托板和伺服限位杆之间，顶出叉为水平设置的杆体，各顶出叉相互平行，顶出叉尖端向外设置，顶出叉跟端设置在接触顶出块，顶出块设置在托板内侧上方，驱动装置输出端连接顶出块，顶出块通过驱动装置沿垂直伺服限位杆方向移动，驱动装置为伺服驱动装置，顶出叉杆体上设置有配合伺服限位杆的限位凸起，顶出块设置有与顶出叉配合的沉孔，托板设置有若干顶出叉导轨，顶出叉导轨为弧形导轨，顶出叉导轨弧形面圆心半径大于顶出叉半径。

12、本发明所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，作为优选方式，顶出叉包括杆体、锥头、限位块、半球头、第一阶梯杆和碟型活动块，杆体两端分别设置锥头和第一阶梯杆，锥头、第一阶梯杆、杆体共轴线，第一阶梯杆直径小于杆体直径，半球头设置在第一杆体自由端，半球头为弧面为粗糙表面的半球结构，半球头轴线与第一阶梯杆共线，半球头平面连接第一阶梯杆，限位块设置在杆体上，碟型活动块为带有通孔的碟型结构，碟型活动块沿垂直轴线的面对称，碟型活动块由端部向对称面直径依次增大，碟型活动块内径大于等于第一阶梯杆直径且小于等于半球头最大直径和杆体直径。

13、本发明所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，作为优选方式，顶出块包括导向片、块体、若干拉伸孔、若干扣件腔、限位扣件和定位弹簧，块体为长方体板结构，导向片设置于块体一侧表面的上边线位置，导向片为横置的板结构，拉伸孔设置在块体设置导向片的侧面，各拉伸孔共面，拉伸孔轴线所在平面平行于块体下表面，导向片厚度小于块体厚度与拉伸孔直径之差，块体内在拉伸孔上方设置有连通拉伸孔的扣件腔，扣件腔位置配合顶出叉完全伸入拉伸孔时第一阶梯杆位置，扣件腔长度小于拉伸孔长度，限位扣件设置在扣件腔内，定位弹簧设置在扣件腔上边和限位扣件上表面之间，限位扣件下表面中部设置有贯通方向与拉伸孔轴线相同的通槽，通槽深度大于等于杆体半径与第一阶梯杆半径之和且小于杆体直径，通槽深度小于半球头最大直径，限位扣件长度小于第一阶梯杆长度减去碟型活动块厚度之差。

14、本发明所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，作为优选方式，伺服限位杆包括第一伺服滑块、第二伺服滑块、第一滑轨、第二滑轨、限位杆体，第一滑轨和第二滑轨相互平行设置于托板两侧面，第一伺服滑块设置在第一滑轨上，第二伺服滑块设置在第二滑轨上，限位杆体固定在第一伺服滑块顶端和第二伺服滑块顶端。

15、本发明所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，作为优选方式，多轴机械臂为夹爪式机械臂。

16、本装置通过不同角度视觉拍摄，选取凹凸度最大的方向，通过顶出叉顶出，配合矿石底部形状上料，通过顶出块顶出，由于半球头较粗糙，故顶出叉会排列为矿石底部形状，部分进入矿石底部形成托架，再通过顶出块全部顶入，上料更省力，顶出叉通过控制限位杆体实现定位，当顶出叉全部进入矿石下层后，限位杆体限制顶出叉的球头部分被限位扣件限位，而碟型活动块不接触限位扣件。后整体回缩，使矿石至托板上方。装置此时可以进行提升，配合机械臂下料。下料完成后，这时限位杆体变化，使碟型活动块可接触限位扣件，碟型活动块穿过限位扣件，限位杆体再向外拉伸顶出叉，碟型活动块通过斜面将半球头带出限位扣件限位区域。

17、本发明有益效果如下：

18、(1)本装置通过机械视觉，判断上料动作空间最大方位。基于上料空间进行顶出，顶出叉差位顶出，使空间较大位置顶出叉可以先进入矿石底部，形成预支撑，避免矿石滚动，同时上料更省力；

19、(2)本装置上下料控制通过机械结构实现，稳定性更高；

20、(3)本装置通过托起动作配合夹持动作，避免夹持提升接触面小造成为不稳定风险问题。

技术特征：

1.一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述顶出叉(7)包括杆体(71)、锥头(72)、限位块(73)、半球头(74)、第一阶梯杆(75)和碟型活动块(76)，所述杆体(71)两端分别设置所述锥头(72)和所述第一阶梯杆(75)，所述锥头(72)、所述第一阶梯杆(75)、所述杆体(71)共轴线，所述第一阶梯杆(75)直径小于所述杆体(71)直径，所述半球头(74)设置在所述第一杆体(71)自由端，所述半球头(74)为弧面为粗糙表面的半球结构，所述半球头(74)轴线与所述第一阶梯杆(75)共线，所述半球头(74)平面连接所述第一阶梯杆(75)，所述限位块(73)设置在所述杆体(71)上，所述碟型活动块(76)为带有通孔的碟型结构，所述碟型活动块(76)沿垂直所述轴线的面对称，所述碟型活动块(76)由端部向对称面直径依次增大，所述碟型活动块(76)内径大于等于所述第一阶梯杆(75)直径且小于等于所述半球头(74)最大直径和所述杆体(71)直径。

3.根据权利要求2所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，其特征在于：顶出块(8)包括导向片(81)、块体(82)、若干拉伸孔(83)、若干扣件腔(84)、限位扣件(85)和定位弹簧(86)，所述块体(82)为长方体板结构，所述导向片(81)设置于所述块体(82)一侧表面的上边线位置，所述导向片(81)为横置的板结构，所述拉伸孔(83)设置在所述块体(82)设置所述导向片(81)的侧面，各所述拉伸孔(83)共面，所述拉伸孔(83)轴线所在平面平行于所述块体(82)下表面，所述导向片(81)厚度小于所述块体(82)厚度与所述拉伸孔(83)直径之差，所述块体(82)内在所述拉伸孔(83)上方设置有连通拉伸孔(83)的所述扣件腔(84)，所述扣件腔(84)位置配合所述顶出叉(7)完全伸入所述拉伸孔(83)时所述第一阶梯杆(75)位置，所述扣件腔(84)长度小于所述拉伸孔(83)长度，所述限位扣件(85)设置在所述扣件腔(84)内，所述定位弹簧(86)设置在所述扣件腔(84)上边和所述限位扣件(85)上表面之间，所述限位扣件(85)下表面中部设置有贯通方向与所述拉伸孔(83)轴线相同的通槽，所述通槽深度大于等于所述杆体(71)半径与所述第一阶梯杆(75)半径之和且小于所述杆体(71)直径，所述通槽深度小于所述半球头(74)最大直径，所述限位扣件(85)长度小于所述第一阶梯杆(75)长度减去所述碟型活动块(76)厚度之差。

4.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述伺服限位杆(6)包括第一伺服滑块(61)、第二伺服滑块(62)、第一滑轨(63)、第二滑轨(64)、限位杆体(65)，所述第一滑轨(63)和所述第二滑轨(64)相互平行设置于所述托板(5)两侧面，所述第一伺服滑块(61)设置在所述第一滑轨(63)上，所述第二伺服滑块(62)设置在所述第二滑轨(64)上，所述限位杆体(65)固定在所述第一伺服滑块(61)顶端和所述第二伺服滑块(62)顶端。

5.根据权利要求1所述的一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，其特征在于：所述多轴机械臂为夹爪式机械臂。

技术总结本发明公开了一种基于视觉定位的矿用井下机械臂抓取控制方法，包括以下步骤：S1、绕待搬运矿石进行底部拍照并标记拍照角度；S2、拟合各照片内拍照中矿石的底部曲线，对各曲线进行直线的线型回归，基于回归直线计算各曲线方差；S3、选取方差最大的曲线对应的照片，提取拍摄角度；S4、将提升机设置在矿石的该拍摄角度上；S5、提升机顶出顶出叉装载矿石；S6、顶出叉收回，将矿石运送至托板上；S7、托板竖向提升至装载高度；S8、多轴机械臂配合下料。本装置通过机械视觉，判断上料动作空间最大方位。基于上料空间进行顶出，顶出叉差位顶出，使空间较大位置顶出叉可以先进入矿石底部，形成预支撑，避免矿石滚动，同时上料更省力。技术研发人员：陈宏伟,黄明亮,吕静,丁明辉,徐恒雷受保护的技术使用者：中国黄金集团建设有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2