[發(fā)明專利]機械臂定位方法及定位機械臂

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711232742.7
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107862716A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石江濤;陳曉東;張如意;汪亞夫
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥泰禾光電科技股份有限公司
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T7/80
• 代理公司: 北京超凡志成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 鄧超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械臂定位技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及機械臂定位方法及定位機械臂。

背景技術(shù)

本部分旨在為權(quán)利要求書及具體實施方式中陳述的本發(fā)明的實施方式提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就承認(rèn)是現(xiàn)有技術(shù)。

機器人技術(shù)在先進制造、物流、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和服務(wù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，而機械臂是機器人技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種自動化裝置。對于機械臂而言，如何在非結(jié)構(gòu)的未知環(huán)境中實現(xiàn)對被處理目標(biāo)的精確定位，這關(guān)系到下一步的處理操作能否成功執(zhí)行，因而顯得尤為重要。

由于條件限制，機械臂的智能化程度不夠高，大多只能按照編程設(shè)定執(zhí)行機械的示教性動作，當(dāng)周圍環(huán)境發(fā)生變化時，機械臂本身不能做出決策調(diào)整。機器視覺的運用，給機械臂提供了對未知環(huán)境的動態(tài)感知能力。將機械臂與機器視覺相配合，可以利用機器視覺的高可靠性、高精度以及較強的適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力，解決機械臂應(yīng)用過程中存在的智能化程度不高、對不同應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性低的問題，進一步拓展機械臂的應(yīng)用領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的基于機器視覺的機械臂定位方法，例如對傳送帶上的目標(biāo)進行抓取時，由于機械臂與傳送帶之間的垂直距離是一定的，只需要根據(jù)目標(biāo)的二維信息，計算目標(biāo)的形心和偏轉(zhuǎn)角度，便可確定目標(biāo)的空間坐標(biāo)信息。

在需要實時提供深度信息的場合，機器視覺通過算法也能實現(xiàn)。基于機器視覺識別算法，通過對特定形狀的標(biāo)識圖像進行視覺標(biāo)識和定位，獲取目標(biāo)的空間信息。這種視覺定位方法需要復(fù)雜的算法支持，同時還需提供具有特定形狀要求的標(biāo)識圖，前期還要對標(biāo)識圖進行識別訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種機械臂定位方法，其能夠降低機械臂定位的復(fù)雜度，提升機械臂的環(huán)境感知能力和智能決策能力。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種定位機械臂，其能夠降低機械臂定位的復(fù)雜度，提升機械臂的環(huán)境感知能力和智能決策能力。

本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：

一種機械臂定位方法，包括：獲得目標(biāo)物體的圖像在圖像坐標(biāo)系內(nèi)的第一坐標(biāo)。根據(jù)目標(biāo)物體的深度信息和第一坐標(biāo)，獲得目標(biāo)物體在相機坐標(biāo)系內(nèi)的第二坐標(biāo)。將第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機械臂坐標(biāo)系內(nèi)的第三坐標(biāo)。其中，圖像坐標(biāo)系以目標(biāo)物體的圖像所在的相機像平面為參考建立，相機坐標(biāo)系以深度相機為參考建立，機械臂坐標(biāo)系以機械臂為參考建立。

進一步地，上述結(jié)合目標(biāo)物體的深度信息和第一坐標(biāo)，獲得目標(biāo)物體在相機坐標(biāo)系內(nèi)的第二坐標(biāo)的步驟包括：利用目標(biāo)物體的圖像的像素點的距離值和與像素點對應(yīng)的第一坐標(biāo)，以得到第二坐標(biāo)。

進一步地，上述將第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機械臂坐標(biāo)系內(nèi)的第三坐標(biāo)的步驟包括：利用第一轉(zhuǎn)換公式將相機坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機械臂坐標(biāo)系。其中，第一轉(zhuǎn)換公式：

(X_T,Y_T,Z_T)表示機械臂坐標(biāo)系，(X_c,Y_c,Z_c)表示相機坐標(biāo)系，R表示第一旋轉(zhuǎn)矩陣，T表示第一平移矩陣。

進一步地，上述將第二坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機械臂坐標(biāo)系內(nèi)的第三坐標(biāo)的步驟包括：建立機械臂基座坐標(biāo)系，并獲得機械臂基座坐標(biāo)系與機械臂坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。通過第二轉(zhuǎn)換公式將相機坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機械臂基座坐標(biāo)系。其中，第二轉(zhuǎn)換公式：

其中，(X_B,Y_B,Z_B)表示機械臂基座坐標(biāo)系，(X_c,Y_c,Z_c)表示相機坐標(biāo)系，R′表示第二旋轉(zhuǎn)矩陣，T′表示第二平移矩陣。

進一步地，上述機械臂定位方法還包括：根據(jù)第三坐標(biāo)生成點云圖，對點云圖進行圖像分割和單個處理目標(biāo)提取。

進一步地，上述對點云圖進行圖像分割和單個處理目標(biāo)提取的步驟之前還包括：利用目標(biāo)物體與背景的深度信息，限定點云圖的深度范圍。

進一步地，上述深度相機為TOF(Time of Flight)深度相機。

進一步地，上述機械臂定位方法還包括在獲得目標(biāo)物體的圖像在圖像坐標(biāo)系內(nèi)的第一坐標(biāo)的步驟之前對深度相機進行安裝和校準(zhǔn)。

進一步地，上述對深度相機進行安裝和校準(zhǔn)的步驟包括背景光校準(zhǔn)補償步驟和目標(biāo)物體反射率校準(zhǔn)補償步驟，背景光校準(zhǔn)補償步驟用于對工作環(huán)境的光線進行校準(zhǔn)補償，目標(biāo)物體反射率校準(zhǔn)補償步驟用于對不同反射率的目標(biāo)進行校準(zhǔn)補償。