[發明專利]基于多傳感器的服務機器人定位和抓取方法

無效

• 申請號: 201210096743.4
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102848388A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 劉路;李昕;呂小聽;張德興
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及的是一種基于多傳感器的服務機器人定位和抓取方法。

背景技術

在過去五六十年間，研究者們一直在致力研究機器人應用的相關技術。在上世紀60年代早期,隨著工業的發展,機器人用來幫助人們實現危險的操作和任務,然而這些機器人主要在結構環境下工作，只能按照特定的模式進行工作。但是，隨著技術的發展以及人類的日常生活的需求，機器人卻面臨非結構化、復雜化等一系列問題的挑戰。因此為了使機器人能夠模擬一定的家庭環境，可以再日常生活中為人們服務，它應該具備一定的人機交互能力，能夠根據語音指令智能識別物體，然后進行自主定位與導航，并能根據自身感知的環境進行避障，然后抓取指定物品并交給指定的人。

發明內容

本發明的目的在于針對現在技術的不足，提出一種基于多傳感的服務機器人定位和抓取方法，使機器人在一種結構化的環境中為人類提供更加智能化的服務。本方法中機器人可以通過視覺、射頻、超聲、光電等傳感器與外部環境進行智能交互，在射頻標簽構建的網格化環境中，完成自由行走、目標搜索、目標物體手抓跟隨以及靈活抓取等智能行為。

為達到上述目的，本發明的構思是：

本發明所涉及的基于多傳感器的服務機器人定位和抓取方法，其實驗平臺包括雙目圖像采集模塊，RFID收發模塊，底輪運動模塊，以及仿人機械臂控制模塊。射頻（RFID）收發模塊的標簽按照一定的規律放置在地面，構建網格化環境；機器人采用射頻（RFID）與雙目視覺相結合的方法，在構建的網格化環境中機器人自由行走、定位和搜尋目標；將雙目視覺系統所獲取的物體的空間坐標，轉換到手臂坐標系；利用改進的D-H模型對手臂進行建模,獲取仿人手臂的逆解，實現物體的定位與抓取；利用機器視覺的前饋和反饋策略不斷調整手抓抓持器的位置，實現對目標物體的跟隨和精確抓取。

?本發明所涉及的基于多傳感器的服務機器人定位和抓取方法，包括以下功能：

(1)自主導航與定位模塊：融合RFID與雙目攝像頭信息，實現對目標物體的抓取，自主導航與定位。

(2)仿人機械臂開環抓取模塊：首先雙目通過目標物體的顏色、形狀、紋理等特征得到目標物體的三維坐標信息；經過坐標變換后得到目標物體相對于右手機械臂的坐標值；利用改進的D-H模型對退化后的4+1自由度機械臂經行數學建模，再根據作者提出一個新的逆解算法，可以求出手臂各關節的角度，按照特定的軌跡抓取目標物體。

(3)?仿人機械臂閉環抓取模塊：機器視覺可以計算出手爪和目標物兩者間存在的誤差，利用閉環策略不斷調整手抓抓持器的位置，以減少這兩者間的誤差，實現對目標物體的跟隨和精確抓取。

所述的雙目圖像采集模塊，是指本系統基于雙目立體視覺；所述的RFID收發裝置為無源型射頻標簽，含有環境的坐標信息；所述的底輪運動模塊采用雙輪差動方式，并在底部安裝有兩個色標傳感器；所述的仿人機械臂為6+1自由度，將機械臂從6+1自由度退化為4+1自由度，通過改進的D-H模型進行數學建模，再根據新提出一種逆解算法，求取簡化后的逆運動學方程解，使得機器臂能夠實現對于目標物體的實時跟隨與靈活抓取。

所述的射頻（RFID）收發裝置，包括射頻標簽和射頻感應收發線圈，其中射頻標簽安裝在機器人的底部，標簽按照一定的距離放置在地面，構建網格化的環境，機器人在網格化環境中漫游的情況如圖5所示。

所述的利用射頻標簽構建的網格化環境，對機器人進行初始位置的確定，行進路線的判斷和規劃，以及目標物體前的位置調整，其中，行進路線的判斷與規劃的流程如6所示。

假設機器人轉向角度的計算圖解如圖7所示，機器人所需行走的路徑是A-B-C,在B點需要旋轉的角度θ，可以通過余弦定理解得：

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當機器人遠離目標物體時，可以通過與機器人經行語音交互，得到機器人最終的目的地，從中就可以規劃出機器人的行進路線，當距離目標物體較近（1米左右）時，機器人通過左右調整自己的姿態，控制與目標之間的距離，可以實現精確定位，其算法流程圖如圖7所示。

所述的仿人機械臂為6+1自由度，將機械臂從6+1自由度退化為4+1自由度進行處理，其中6+1自由度和4+1自由度的手臂模型的等效簡化圖如圖8、9所示。