[發(fā)明專利]三維壁面可抓取位置判別算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711068221.2
• 申請(qǐng)日: 2017-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN107908841B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐豐羽;孟凡昌;王貝;蔣國(guó)平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/10;G06T7/00;G06T3/40
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

本本發(fā)明公開了一種三維壁面可抓取位置判別算法，包括步驟為：定義最小可用角度；獲取初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)；獲取插值后的點(diǎn)云樣本；尋找可接觸三角形的點(diǎn)集合；確定所有的接觸三角形：求解尖鉤球心坐標(biāo)、尖鉤球心坐標(biāo)的確定、接觸三角形的確定；計(jì)算接觸三角形法向量；計(jì)算接觸角度；抓取條件判定；獲得所有可抓取點(diǎn)。本算法可以判斷并找出較大范圍粗糙壁面內(nèi)的可抓取點(diǎn)的位置，為爬壁機(jī)器人實(shí)現(xiàn)抓取真實(shí)粗糙壁面提供了實(shí)用性算法，是對(duì)二維壁面輪廓上的抓附研究成果的改進(jìn)，提高了機(jī)器人抓取粗糙壁面合適位置的的準(zhǔn)確度，從而提高了機(jī)器人對(duì)粗糙壁面抓附的穩(wěn)定性，可以有效克服高空風(fēng)載和壁面振動(dòng)對(duì)機(jī)器人爬壁性能的部分影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種爬壁機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種三維壁面可抓取位置判別算法。

背景技術(shù)

以理想化模型對(duì)尖鉤與壁面的接觸進(jìn)行理論分析，雖然能直觀、準(zhǔn)確的得到尖鉤與壁面的接觸角度，進(jìn)而判斷是否可以穩(wěn)定抓取，但在實(shí)際的工程應(yīng)用中，鉤爪抓取式爬壁機(jī)器人面對(duì)的工作環(huán)境通常是凹凸不平的壁面，難以用統(tǒng)一的形狀進(jìn)行描述。二維、三維壁面的輪廓信息均可以通過粗糙表面測(cè)量?jī)x進(jìn)行提取，分別以輪廓曲線、點(diǎn)云的方式呈現(xiàn)，國(guó)外學(xué)者在二維壁面輪廓信息采集的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M的方式對(duì)尖鉤截面在二維壁面輪廓上的抓附進(jìn)行了相關(guān)研究。

上述尖鉤截面在二維壁面輪廓上的抓附分析，以尖鉤截面為圓形，二維壁面輪廓中以線段代替相鄰兩點(diǎn)進(jìn)行分析。然而，在實(shí)際中，尖鉤末端為球面，尖鉤與壁面為面接觸。因此，本發(fā)明旨在他人研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)尖鉤截面與二維壁面輪廓上點(diǎn)的接觸分析，提出一種基于三維壁面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可抓取位置判別算法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種三維壁面可抓取位置判別算法，該三維壁面可抓取位置判別算法能夠判斷并找出較大范圍粗糙壁面內(nèi)的可抓取點(diǎn)的位置，為爬壁機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真實(shí)粗糙壁面的抓附提供了一種實(shí)用性算法，是對(duì)二維壁面輪廓上的抓附研究成果的改進(jìn)，提高了機(jī)器人抓取粗糙壁面合適位置的的準(zhǔn)確度，從而提高了機(jī)器人對(duì)粗糙壁面抓附的穩(wěn)定性，可以有效克服高空風(fēng)載和壁面振動(dòng)對(duì)機(jī)器人爬壁性能的部分影響。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種三維壁面可抓取位置判別算法，包括如下步驟。

步驟1，定義最小可用角度θ_min：假設(shè)θ_b代表尖鉤的圓心軌跡法向與壁面法向之間的夾角，當(dāng)θ_b≥θ_min時(shí)，尖鉤能夠完成鉤附；其中，最小可用角度θ_min的計(jì)算公式如下：

θ_min＝θ_load+arccot(μ) (3.1)

式中，θ_load為尖鉤的載荷角，μ為尖鉤與壁面的摩擦系數(shù)。

步驟2，獲取初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)：采用粗糙表面測(cè)量?jī)x器提取粗糙壁面的表面特征，對(duì)壁面輪廓進(jìn)行測(cè)量，采集粗糙壁面特征點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)采集整理，獲得初始的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)M₂₁[x_set,y_set,z_set]；其中，x_set為壁面輪廓上點(diǎn)的x坐標(biāo)值集合，y_set為與之對(duì)應(yīng)的y坐標(biāo)值集合，z_set為與之對(duì)應(yīng)的z坐標(biāo)值集合，x與y坐標(biāo)表示粗糙壁面表平面，z坐標(biāo)表示粗糙壁面凹凸起伏的變化。

步驟3，獲取插值后的點(diǎn)云樣本：假設(shè)機(jī)器人用于抓取的尖鉤半徑為r，根據(jù)尖鉤半徑r對(duì)步驟2獲取的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行插值操作，得到插值后的點(diǎn)云樣本M₂₁[x_set,y_set,z_set]；插值后，應(yīng)使得連續(xù)兩個(gè)點(diǎn)云之間的間距小于2r。