[發(fā)明專利]一種機(jī)器人自動(dòng)排障方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710455042.8
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN107315410B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧金鳳;劉祥勇;紀(jì)亞強(qiáng);唐煒;章瑋濱;劉操;張瑋文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種機(jī)器人自動(dòng)排障方法，所述的機(jī)器人包括全向移動(dòng)底盤(10)、機(jī)械手排障裝置(20)、圖像采集裝置(30)、機(jī)器人控制系統(tǒng)；所述的全向移動(dòng)底盤(10)包括Mecanum輪(12)、減速電機(jī)(14)、H型懸架(11)、車身(17)、避震器(13)；

所述的車身(17)：設(shè)置有機(jī)器人控制系統(tǒng)、內(nèi)嵌顯示屏(16)、四周裝有測(cè)距傳感器(15)；所述車身(17)通過(guò)H型懸架(11)與Mecanum輪(12)及減速電機(jī)(14)相連；

所述的機(jī)械手排障裝置(20)包括末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(21)、六自由度機(jī)械臂(22)，所述六自由度機(jī)械臂(22)安裝在車身(17)的頂部前端；所述末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(21)上設(shè)置有視覺標(biāo)識(shí)物；

所述的圖像采集裝置(30)包括固定在車身(17)下面的支架(31)、安裝在支架(31)上面的雙目攝像機(jī)(32)；圖像采集裝置(30)可通過(guò)支架(31)來(lái)調(diào)節(jié)雙目攝像機(jī)(32)的位置，并將圖像實(shí)時(shí)傳輸給控制系統(tǒng)處理分析；

所述機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)置有ARM處理器，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與PC機(jī)進(jìn)行通信；

所述機(jī)器人控制系統(tǒng)包括欠壓報(bào)警模塊，圖像采集模塊，測(cè)距模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，所述欠壓報(bào)警模塊用以對(duì)電源檢測(cè)并作欠壓提示，所述測(cè)距模塊用以檢測(cè)在機(jī)械手操作空間范圍的物體并給控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)停止前進(jìn)，

其特征在于：

所述圖像采集模塊用以將雙目攝像機(jī)采集圖像信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)和PC機(jī)處理；所述驅(qū)動(dòng)模塊用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)全向移動(dòng)；

所述方法包括以下步驟：

步驟1，開啟機(jī)器人控制系統(tǒng)，并選擇其工作模式，通過(guò)對(duì)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(21)上視覺標(biāo)識(shí)物的角點(diǎn)檢測(cè)，利用視覺反饋對(duì)六自由度機(jī)械臂(22)的初始化位置進(jìn)行確定；包括以下過(guò)程：

S11：首先對(duì)雙目攝像機(jī)(32)進(jìn)行標(biāo)定，并獲取雙目攝像機(jī)(32)內(nèi)外參數(shù)，建立圖像坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，確定六自由度機(jī)械臂(22)初始化位置O(x₁,y₁,z₁)；

S12：開啟機(jī)器人控制系統(tǒng)，對(duì)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(21)上視覺標(biāo)識(shí)物進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，計(jì)算出與初始位置M(x₂,y₂,z₃)的偏差(Δx,Δy,Δz)，并反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)形成視覺閉環(huán)控制回路以控制六自由度機(jī)械臂(22)準(zhǔn)確到達(dá)初始位置；

步驟2，首先進(jìn)行排障工作模式選擇：包括自主控制和人工模式；然后所述的ARM處理器對(duì)步驟1所獲取圖像進(jìn)行初步處理分析以獲取抓取點(diǎn)坐標(biāo)，并將該圖像實(shí)時(shí)傳輸給PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理分析識(shí)別，以便獲得判斷結(jié)果；

步驟3，PC機(jī)與ARM處理器通信并傳輸所述的判斷結(jié)果，機(jī)器人控制系統(tǒng)依據(jù)該判斷結(jié)果進(jìn)行下一步工作；

步驟4，在排障作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(21)上視覺標(biāo)識(shí)物的角點(diǎn)檢測(cè)，利用視覺反饋控制六自由度機(jī)械臂(22)趨近并抓取目標(biāo)物；

在所述步驟2中，若排障工作模式選擇為自主控制時(shí)，其過(guò)程包括：

S22、ARM處理器對(duì)圖像進(jìn)行第一步處理分析以獲取抓取點(diǎn)坐標(biāo)，其過(guò)程為：

S221、利用一個(gè)DP算法獲得大致輪廓；

S222、對(duì)視差圖像進(jìn)行二值化分割，再進(jìn)行閉運(yùn)算，然后再計(jì)算障礙物的凸包，求出凸包面積，對(duì)面積小于閾值的障礙物進(jìn)行去噪；

S223、對(duì)輪廓橫縱坐標(biāo)進(jìn)行加權(quán)處理繼而獲得一個(gè)圖像點(diǎn)二維坐標(biāo)；

S224、將圖像點(diǎn)二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)械臂三維坐標(biāo)T(x,y,z)；

S225、遍歷所有y值，選擇最小的作為抓取點(diǎn)坐標(biāo)；

S225、對(duì)y值設(shè)置了閾值N_y，若|y|＜N_y，則橫向右移，移動(dòng)時(shí)間若|y|＞N_y，則橫向左移，移動(dòng)時(shí)間其中W₁、W₂、W₃、W₄為全向移動(dòng)底盤(10)的四個(gè)Mecanum輪(12)轉(zhuǎn)速；

S23、在ARM處理器將所述圖像實(shí)時(shí)傳輸給PC機(jī)后，PC機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理分析識(shí)別獲得識(shí)別結(jié)果，其過(guò)程包括：采用了改進(jìn)Canny與SIFT組合算法進(jìn)行特征點(diǎn)提取，進(jìn)而作為輸入進(jìn)入一個(gè)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行圖像識(shí)別，所述的改進(jìn)Canny與SIFT組合算法包括以下步驟：

(1)尺度空間極值檢測(cè)：通過(guò)不同尺度因子的高斯核函數(shù)的差分和圖像的卷積得到，計(jì)算公式為：

D(x,y,σ)＝(G(x,y,kσ)-G(x,y,σ))*I(x,y)

＝L(x,y,kσ)-L(x,y,σ)

式中，D(x,y)為高斯差分尺度空間，為一個(gè)變化尺度的高斯函數(shù)，L(x,y)為一個(gè)圖形的尺度空間，I(x,y)為圖像數(shù)據(jù)，*為卷積，k為相鄰尺度空間倍數(shù)的常數(shù)，σ是尺度空間因子；

(2)檢測(cè)尺度空間中的關(guān)鍵點(diǎn)：將尺度空間上的每個(gè)特征點(diǎn)與周圍以及上下層共26個(gè)鄰域點(diǎn)比較，如果此點(diǎn)為最大或是最小點(diǎn)，則確定為關(guān)鍵點(diǎn)，否則舍棄；

(3)邊緣檢測(cè)算法獲得邊緣點(diǎn)：采用各向異性高斯濾波器進(jìn)行去噪工作平滑圖像，采用與所述關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)相同的5X5鄰域 計(jì)算梯度幅值和方向，通過(guò)線性插值進(jìn)行非極大值抑制，運(yùn)用Ostu自適應(yīng)設(shè)定高低閾值，對(duì)經(jīng)過(guò)非極大抑制后的梯度圖像檢測(cè)和連接邊緣得到邊緣點(diǎn)；

(4)精確關(guān)鍵點(diǎn)：對(duì)上述兩步中的關(guān)鍵點(diǎn)和邊緣點(diǎn)進(jìn)行比較，判斷是否去除關(guān)鍵點(diǎn)；

S231、對(duì)檢測(cè)出的候選關(guān)鍵點(diǎn)，利用高斯函數(shù)濾掉一部分邊緣響應(yīng)點(diǎn)，然后再計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)在原圖中的位置；

S232、對(duì)檢測(cè)出的每一個(gè)邊緣點(diǎn)計(jì)算出其3X3鄰域內(nèi)的位置點(diǎn)；

S233、對(duì)在S231和S232兩步中所述的關(guān)鍵點(diǎn)與邊緣點(diǎn)進(jìn)行比較，判斷位置坐標(biāo)是否相等，若相等則舍棄關(guān)鍵點(diǎn)；若不相等則將關(guān)鍵點(diǎn)繼續(xù)與邊緣點(diǎn)鄰域點(diǎn)集比較，若相等則舍棄，不相等則關(guān)鍵點(diǎn)繼續(xù)與步驟S23檢測(cè)出其它邊緣點(diǎn)位置比較，相等則舍棄，否則保留；

S234、得到的特征點(diǎn)集作為輸入進(jìn)入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像識(shí)別以獲得判斷結(jié)果。