[發明專利]一種基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法

有效

• 申請號: 201711345292.2
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107901041B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 徐德剛;周雷;沈添天;洪松濤;陽春華;桂衛華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立一個包含眼在手機器人活動區域的空間坐標系，通過圖像處理識別目標物在機器人末端所持相機運動過程中的實時成像位置，并提取圖像中的目標物輪廓，給出機器人任意位姿下目標圖像的特征信息；

S2：根據機器人期望位姿下目標圖像的特征信息得到期望混合矩s^*，再根據步驟S1中得到的機器人當前任意位姿下目標圖像的特征信息構建實時混合矩s，并計算圖像偏差Δs＝(s-s^*)，如果Δs小于預設閾值δ，則機器人末端所持相機對目標物成圖已達到期望混合矩值，也即機器人達到期望位姿，控制流程結束，否則執行步驟S3；

S3：利用步驟S2中得到的實時混合矩s，構建基于實時混合矩的雅克比矩陣L_s；

S4：根據步驟S2中得到的圖像偏差Δs和步驟S3中得到的雅克比矩陣L_s，結合視覺伺服控制器調整機器人末端的位姿；

S5：獲取調整姿態后的機器人末端相機拍攝到的目標圖像的特征信息，返回步驟S2。

2.根據權利要求1中所述的基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，所述步驟S2中構建混合矩的方法為：

S201：根據步驟S1中提取的由一系列像素點組成的目標物輪廓及灰度值，計算目標物成像區域的重心點坐標O(x_g，y_g)以及輪廓擬合邊線的一般表達式l_i：a_ix_i+b_iy_i+c_i＝0，其中i＝1，2，3，…，n；(x_i，y_i)表示位于第i條擬合邊線上的像素點坐標，a_i，b_i，c_i為第i條擬合邊的一般式直線方程參數，且有以重心點O為圓心，重心點到多條擬合邊線的最短距離d＝min{d_i}為半徑，在圖像面目標物投射區域輪廓內作內切圓，其中計算內切圓面積a_g＝πd²；

S202：將機器人調整到期望位姿下對目標物成圖，并根據步驟S201中所述方法得到目標物期望圖像的重心坐標和內切圓面積，記作和據此構建期望混合矩和機器人任意位姿下對目標物成圖的實時混合矩s＝[βx_g/f，βy_g/f，β]，其中f為相機焦距，

3.根據權利要求2所述的基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，所述的步驟S201中，計算重心坐標O(x_g，y_g)的方法為：

其中，Ω為目標在相機中的成像區域，(x，y)為Ω中的像素點坐標，f(x，y)為(x，y)像素坐標處的灰度值。

4.根據權利要求3中所述的基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，所述步驟S3中與實時混合矩相關的雅克比矩陣計算方法為：

S401：根據步驟S201中獲得的重心坐標O(x_g，y_g)特征和內切圓面積a_g特征，構建相關的圖像雅克比矩陣

S402：根據實時混合矩s＝[βx_g/f，βy_g/f，β]，則有圖像雅克比矩陣

因此有

5.根據權利要求4中所述的基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，根據步驟S202中構建的混合矩和步驟S402中推導的雅克比矩陣，通過視覺伺服控制器計算機器人末端相機的運動速度v_camera，用于指導機器人的瞬時運動，其中λ為控制器增益，為L_s的廣義逆矩陣。

6.根據權利要求1-5中任一所述的基于圖像混合矩的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于，所述的眼在手機器人包括設有多個機械臂和用于連接機械臂的關節的機器人、工業相機、運動控制單元和圖像處理單元，其中所述的機器人末端安裝工業相機，所述的運動控制單元將機器人末端位移速度和方向指令映射到各個關節的旋轉速度和角度，所述的圖像處理單元用于計算圖像中目標的重心點坐標和內切圓面積。