[發明專利]基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統的方法

有效

• 申請號: 201910011866.5
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109397249B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 柏龍;黃志鵬;李鑫;陳曉紅
• 申請（專利權）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

本發明公開了一種基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統的方法，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，將偏差信息轉化為速度信息，并根據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；求解出機械臂驅動電機的轉角；驅動電機輸出該轉角帶動機械臂末端執行器運動到被抓取物體后完成夾持動作。

技術領域

本發明涉及多自由度機器人控制算法領域，特別涉及一種基于視覺識別二維碼的全向移動平臺的移動定位與四自由度機械臂抓取算法。

背景技術

基于視覺的移動機器人自主導航是指移動機器人平臺的圖像采集系統獲取機器人當前狀態下的環境信息,通過對環境圖像分析確定環境對象和機器人在環境中的位置。由于圖像有較高分辨率,環境信息完整,符合人類的認知習慣,因此，近些年來，基于視覺的移動機器人自主導航被得到廣泛關注和認可，并且在理論和實踐方面已取得相當多的成果。現有技術中，已經存在有基于二維碼實現移動小車定位的算法，用于控制移動小車向目標二維碼移動。另外，在現有技術中，研究者將機器視覺和機械臂結合起來，為機械臂增加了智能的“眼睛”，可以大大增加機械臂的環境感知能力和智能決策能力，使機械臂可以輕松實現物品的抓取和放置等動作。但是目前未發現有將機械臂與移動平臺相結合的視覺識別抓取算法；

因此，需要一種基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統的方法，該算法結合PID算法的移動平臺定位算法和機械臂逆運動學求解，提升了機械臂逆解的求解效率，較傳統基座固定的機械臂，結合使用機械臂與移動平臺，增加機械臂的操作范圍和動作靈活性，采用二維碼定位，提升抓取成功率。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統的方法，該算法實現基于視覺識別二維碼的移動定位抓取動作，得以快速完成遠處目標的抓取，增大傳統基座固定機械臂的抓取范圍，提升機器人的靈活性。

本發明的基于視覺識別的二維碼定位抓取機器人系統的方法，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，則結合PID算法，將偏差信息轉化為速度信息，并根據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；經過坐標變換，求解出機械臂驅動電機的轉角；驅動電機輸出該轉角帶動機械臂末端執行器運動到被抓取物體后完成夾持動作；

進一步的，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[qx_current qy_currentqz_current qw_current]^T；

進一步的，步驟s3包括：

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