[發明專利]一種基于ROS系統的視覺定位及機械臂抓取實現方法

有效

• 申請號: 201710056272.7
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106826822B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 張光肖
• 申請（專利權）人: 南京阿凡達機器人科技有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;劉輝

本發明提出一種基于ROS系統的視覺定位及機械臂抓取實現方法，實現過程如下：首先，相機置于待抓取物體的上方或側上方并獲取被抓取物體及附屬標記的圖像，輸入到上位機；然后在上位機上配置相機驅動，讀取相機的圖像并利用特定的算法進行數據處理，獲取物體相對于相機和機械臂的空間坐標并給出運動規劃參數值發送給下位機；最后下位機接收并解析上位機發送的運動信息，驅動機械臂按照預定動作進行執行抓取。本發明提出的基于ROS系統的單目視覺定位及機械臂抓取實現方法可以有效地利用上位機強大的處理運算能力，又容易實現機械臂及上位機的布局和多機械臂協同工作，同時采用ROS系統可以輕松實現機械臂運動規劃具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于機械臂控制和運動規劃領域，特別是一種基于ROS系統的視覺定位及機械臂抓取實現方法。

背景技術

機械臂是在機器人領域中應用最廣泛的一種自動化裝置，尤其是多自由度機械臂在機械制造、汽車、半導體、醫療、家庭服務等多個領域扮演越來越多的角色，因此機械臂的運動控制一直是研究的熱點。目前，機械手臂最主要的應用場景主要有以下幾個：

1）焊接領域。用于代替人工在不良的焊接環境中執行焊接人物。

2）自動化生產線領域。主要用于執行物品的抓取、翻轉、物品分揀等動作，提高生產效率。

3）醫療領域。主要用于執行精密的醫療操作，如微創手術等。

4）服務領域。配合移動機器人，機械臂已經走入生活之中執行如遞取物品、收拾雜物等任務。

由于條件限制，機械臂的智能性仍然不夠高，更多的是執行機械的示教動作，對于多變的環境應用仍然存在諸多問題，本發明旨在提高機械臂的智能化和環境適應性。

機器視覺屬于人工智能的一個分支，簡而言之，機器視覺就是用相機代替人眼來對周圍環境進行判斷和分析，結合一定的算法來實現智能決策，它是一項綜合技術，包括圖像處理、機械工程技術、控制、電光源照明、光學成像、傳感器、模擬與數字視頻技術、計算機軟硬件技術等。機器視覺從原理上分為單目、雙目、3D視覺等幾個類型，它的引入存在以下幾個優勢：

1）機器視覺相對人眼具有更高得可靠性。機器視覺可以連續采集圖像和連續工作，不會出現視覺疲勞等情況。

2）機器視覺具有更高的精度。配合一定的處理算法，機器視覺可以實現精確測量和誤差檢驗，且有利于數據記錄和集成。

3）機器視覺可以適應復雜環境。在一些不適合人工作業的場合，機器視覺則可以“大展身手”。

將機器視覺和機械臂結合起來，相當于為機械臂增加了智能的“眼睛”，可以大大增加機械臂的環境感知能力和智能決策能力，從而進一步擴展機械臂的應用領域。本發明就是在此基礎上提出了一種基于單目視覺的定位方法，配合機械臂可以輕松實現物品的抓取和放置等動作。

ROS系統（Robot Operating System）是Willow Garage公司2010年發布的開源機器人操作系統。它采用分布式的組織架構，可以大大提高代碼的復用性和環節復雜機器人系統的適應性。ROS系統主要有以下幾個特點：

1）點對點的分布式設計。ROS的點對點設計以及服務和節點管理器等機制可以分散由計算機視覺和語音識別等功能帶來的實時計算壓力，能夠適應多機器人遇到的挑戰。

2）多語言的支持。ROS系統支持C++、Python、Octave和LISP等編程語言，同時提供了其他編程語言的接口。

3）軟件包豐富。ROS系統集成了大量的軟件包，可以快速的實現機器人多種應用的環境配置，如機械臂運動規劃、移動機器人導航、機器人SLAM等。

4）開源且免費。ROS系統的開源特性鼓勵更多的人貢獻自己的工作。