[發明專利]一種基于模擬器的機械手抓取和操縱方法

在審

• 申請號: 201710141949.7
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106886165A
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 夏春秋
• 申請（專利權）人: 深圳市唯特視科技有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于模擬器的機械手抓取和操縱方法，其特征在于，主要包括模擬初始化(一)；執行仿真任務和數據采集(二)；后期處理(三)。

2.基于權利要求書1所述的模擬初始化(一)，其特征在于，每個模擬需要一個初始對象和手的配置；對象屬性需要被定義，并且需要生成可能的抓取候選列表；包括初始對象、手的配置、屬性和抓取候選數據庫。

3.基于權利要求書2所述的初始對象和手的配置和屬性，其特征在于，從預處理所有對象網格開始；每個對象網格被加載到Python腳本中，并獲得對象質量和慣性中心的估計；

使用這些預處理值，將每個網格加載到機器人仿真模擬軟件(V-REP)中，確定對象的初始靜止姿態和抓手的初始姿態；首先為對象分配一個邊界框，該邊界框通過相對{W}重新定向對象的姿勢，將幀中心分配為對象的幾何中心來估計對象的姿勢；然后沿著{T}的正Z方向放置對象0.3m；相對于{T}，使用純平移分量使對象居中在(x,y)＝(0.0)，保持靜止姿態；

給定該靜止姿態，然后將抓取沿著正Z方向放置在{O}中的初始位置；選擇距離對象的中心米，從局部框架到沿著x,y,z的邊界框邊緣方向；記錄所有對象屬性(包括對象姿勢，對象邊界框和材料)和抓取姿態，并對數據集中的每個對象重復此過程。

4.基于權利要求書2所述的抓取候選數據庫，其特征在于，在模擬中用于覆蓋可能的抓取候選空間的方法，基于對象配置的前后乘法，其被表示為變換矩陣；

給定對象的邊界框和夾具姿態，通過圍繞對象全局地旋轉抓取(預乘)和局部(后乘)來計算離線抓取候選；分別在X，Y和Z軸上乘以3×3旋轉矩陣R_X(α)R_Y(β)R_Z(γ)；省略α,β,γ，根據下式計算變換矩陣：

$Q=R_X{R}_Y{R}_Z{}_G{}^{O}T{R}_X{R}_Y{R}_Z---\left(1\right)$

其中，Q表示抓取坐標系的最終變換；計算抓取候選項在Python腳本中離線執行，并使用對象的估計邊界框，變換矩陣和選擇約束使圍繞Z軸(即每45°)發生8次旋轉，并且局部旋轉將以比全局旋轉稍微更細的尺度發生。

5.基于權利要求書4所述的抓取候選，其特征在于，在計算公式(1)之后，檢查新夾具位置是否合適(如果是，取消夾緊候選)，求解線性方程組，檢查來自夾具手掌的向量法線是否與對象的邊界框相交；如果相交，將抓取候選添加到抓取候選數據庫中，并重復該過程，直到旋轉列表用盡；在數據庫中的所有可能的候選項中，在模擬器中選擇最多10000個驗證。

6.基于權利要求書1所述的執行仿真任務和數據采集(二)，其特征在于，包括不同圖像的抓取映射和并行化；通過將對象加載到模擬中，并且在初始化階段記錄的值初始化其質量，慣性和姿態而開始；對象最初被放置在靜態步驟中，使得當指尖與對象接觸時，對象不移動；加載對象后，模擬器在初始化階段對潛在候選項子集進行采樣以進行測試；由于抓取配置和與工作臺或物體的潛在碰撞，若抓取不可行，則停止當前嘗試并移動到下一個候選處。