[發(fā)明專利]一種遙操縱機器人基于視覺的動覺示教控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310011735.X
• 申請日: 2013-01-12
• 公開（公告）號: CN103105851A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪濤;張紅彥;李驍鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: G05D1/00
• 分類號: G05D1/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

1.一種遙操縱機器人基于視覺的動覺示教控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、采用立體視覺技術(shù)對現(xiàn)場的作業(yè)對象及背景環(huán)境即障礙物進行識別與空間信息提取；

S2、以步驟S1中獲取的作業(yè)對象與機器人末端間的位姿關(guān)系為參數(shù)，構(gòu)建作業(yè)對象對機器人的虛擬吸引力；

S3、以步驟S1中獲取的機器人末端沿其速度方向與背景環(huán)境(即障礙物)的距離為參數(shù)，構(gòu)建機器人所受的障礙物排斥力；

S4、將作業(yè)對象虛擬吸引力、障礙物虛擬斥力以及機器人抓取物體時的真實作用力合成機器人示教力；

S5、通過主端系統(tǒng)與從端系統(tǒng)間的雅可比矩陣，將示教力向操作手柄反饋，從而實現(xiàn)對操作者的動覺示教。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操縱機器人基于視覺的動覺示教控制方法，其特征在于，所述步驟S1包括：包括以下步驟：

S11.1、將Bumblebee雙目攝像頭采用eye-to-hand方式固定在現(xiàn)場環(huán)境正上方，光軸與地面垂直，簡稱為環(huán)境相機；

S11.2、根據(jù)環(huán)境相機圖像中各像素點的顏色、灰度或紋理特征，從中剔除機器人區(qū)域及作業(yè)對象區(qū)域，以獲得背景圖像；

S11.3、根據(jù)圖像匹配及攝像機標定的結(jié)果，實時計算背景圖像中各像素點的空間坐標；

S11.4、采用基于空間自相關(guān)性的內(nèi)插方式來預(yù)測估計所剔除的機器人區(qū)域及作業(yè)對象區(qū)域應(yīng)有像素屬性，并結(jié)合背景圖像像素特征，生成背景環(huán)境的高程數(shù)據(jù)模型；

S12.1、將Kinect相機采用eye-in-hand方式固連于機器人末端，簡稱為手部相機；

S12.2、根據(jù)手部相機圖像中各像素點的顏色、紋理特征，采用結(jié)合人口統(tǒng)計與區(qū)域增長的圖像分割方法來提取作業(yè)對象區(qū)域，并采用分裂-合并算法提取該區(qū)域輪廓的近似多邊形，取多邊形的頂點為作業(yè)對象圖像特征；

S12.3、根據(jù)圖像匹配及攝像機標定的結(jié)果，實時計算作業(yè)對象區(qū)域各像素點的空間坐標，并構(gòu)建其OBB(Oriented?Bounding?Box-有向包圍盒)包圍盒模型。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操縱機器人基于視覺的動覺示教控制方法，其特征在于，所述步驟S2包括：設(shè)機器人處于由作業(yè)對象和障礙物構(gòu)成的虛擬勢場V中，根據(jù)Khatib的人工勢場法原理，沿著勢場負梯度方向的虛擬力可保證機器人的運動收斂于系統(tǒng)的低勢能點，由此構(gòu)建作業(yè)對象引力F_G為：

F_G=-(γ₀-γ)。

其中γ₀為機器人末端的當前位姿向量，γ為機器人末端的期望位姿向量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙操縱機器人基于視覺的動覺示教控制方法，其特征在于，所述步驟S3包括：基于與步驟S2同樣的理論，構(gòu)建障礙物虛擬斥力F_O為：

FO=-η(1ρ-1ρ0)1ρ2Vρ≤ρ00ρ>ρ0]]>

其中，ρ為機器人末端與障礙物間的距離；ρ₀為設(shè)定的機器人末端與障礙物的安全距離；η為常數(shù)；V為機器人末端運動速度的單位向量。