[發(fā)明專利]基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統(tǒng)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910011866.5
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109397249B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 柏龍;黃志鵬;李鑫;陳曉紅
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/10;B25J9/16
• 代理公司: 重慶項乾光宇專利代理事務所(普通合伙) 50244
• 代理人: 高姜

1.一種基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟：

s1.識別設有二維碼的被抓取物體；

s2.提取所述二維碼幾何中心的位姿信息；

s3.設定到所述二維碼相對位姿靜止的目標值；計算當前時刻二維碼位姿與設定的位姿目標之間的偏差，并將該偏差與設定的閾值做比較；若偏差超過閾值，則結(jié)合PID算法，將偏差信息轉(zhuǎn)化為速度信息，并根據(jù)該速度信息控制麥輪平臺運動到位姿目標后靜止；若偏差未超過閾值，則保持麥輪平臺靜止；

s4.利用所述二維碼位姿信息進行機械臂的逆運動學求解，使機械臂末端機械手的中心夾持位置達到二維碼中心；經(jīng)過坐標變換，求解出機械臂驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)角；驅(qū)動電機輸出該轉(zhuǎn)角帶動機械臂末端執(zhí)行器運動到被抓取物體后完成夾持動作；

步驟s2中，采用開源二維碼識別算法軟件包ar_track_alvar或visp，提取二維碼幾何中心的位姿信息[x_current y_current z_current]^T以及四元數(shù)[qx_current qy_current qz_current qw_current]^T；

步驟s3包括：

s31.通過所述四元數(shù)[qx_current qy_current qz_current qw_current]^T得到二維碼幾何中心的偏航角yaw_current，

s32.設定[x_goal y_goal yaw_goal]^T為相機與二維碼之間的目標位姿；

設定[x_threshold y_threshold yaw_threshold]^T為當前二維碼位姿與設定的目標位姿之間的差值臨界閾值；

設定[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t)為當前時刻二維碼位姿與設定的目標位姿之間的偏差；

設定[v_x v_y w_z]^T_(t)為相機坐標系O_cameraXYZ下，當前時刻麥輪移動平臺幾何中心的速度；

s33.計算當前時刻二維碼位姿與設定的目標位姿之間的偏差[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t),其計算公式為：

s34.若當前時刻二維碼位姿與設定的目標位姿之間的偏差[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t)超過所述閾值[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t)，則根據(jù)麥輪移動平臺幾何中心的速度[v_x v_yw_z]^T_(t)控制麥輪平臺運動，結(jié)合PID算法，以加快麥輪平臺向目標點移動，所述麥輪移動平臺幾何中心的速度[v_x v_y w_z]^T_(t)的計算公式如下

若當前時刻二維碼位姿與設定的目標位姿之間的偏差[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t)小于所述閾值[x_offset y_offset yaw_offset]^T_(t)，則麥輪平臺保持靜止狀態(tài)，即

s35.將相機坐標系O_cameraXYZ的速度信息變換到麥輪平臺坐標系O_{mecanum_base}XYZ，變換公式為：

其中，表示相機坐標系下O_cameraXYZ求得的速度；

表示麥輪平臺坐標系下O_{mecanum_base}XYZ，麥輪平臺運動中心的速度；

s36.根據(jù)得到的麥輪平臺幾何中心的速度信息轉(zhuǎn)換為每個麥克納姆輪的角速度[w₀ w₁ w₂ w₃]^T，轉(zhuǎn)換公式為：

其中，a為麥輪平臺的寬度，b為麥輪平臺的長度，R為麥輪大輪的半徑；

s37.將求解出的角速度[w₀ w₁ w₂ w₃]^T分別傳送給控制麥輪的電機，驅(qū)動麥輪平臺的運動。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統(tǒng)的方法，其特征在于，步驟s4包括：

s41.求解H點在相機坐標系O_cameraXYZ的位置，求解公式為：

^cameraH＝[^camerax_current-L_GH^cameray_current^cameraz_current]^T；

求解H點在機械臂底座旋轉(zhuǎn)坐標系O_{arm_base}XYZ的位置：

機械臂局部坐標系M_localXYZ的X軸與機械臂底座旋轉(zhuǎn)坐標系O_{arm_base}XYZ的y軸的夾角

s42.求解點H在機械臂局部坐標系M_localXYZ的位置:

^localH_y＝0；

^localH_z＝^arm_baseH_z-l_{a_l}；

其中，d_{a_l}為機械臂底座旋轉(zhuǎn)坐標系O_{arm_base}XYZ與局部坐標系M_localXYZ兩者Z軸之間的距離；

l_{a_l}為機械臂底座旋轉(zhuǎn)坐標系O_{arm_base}XYZ與局部坐標系M_localXYZ兩者的XOY平面在Z軸方向上的距離；

s43.求解出L₁在機械臂局部坐標系M_localXYZ與X軸的夾角θ₁，

求解出L₂在機械臂局部坐標系M_localXYZ與X軸的夾角θ₂，

其中，