[發明專利]機械臂在復雜環境下的快速分割方法

有效

• 申請號: 201911276429.2
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN112991356B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 姜勇;王洪光;侯趙磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/50
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 王倩

1.機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對深度相機進行手眼標定；

2)通過標定后的深度相機分別獲取機械臂工作空間的深度圖像的深度信息以及彩色圖像的RGBA信息、二維坐標信息，并將上述信息進行融合，得到機械臂工作空間的點云數據；

3)建立機械臂的正運動學模型，獲取機械臂各關節和連桿上若干點的坐標；

4)根據機械臂關節和連桿上點的坐標，建立包絡球，機械臂某個關節或連桿上某個點的坐標對應一個包絡球，機械臂所有關節和連桿上所有點的坐標對應的所有包絡球組成安全區域，濾除安全區域外的點云數據；

5)對安全區域內的點云數據進行分割；

6)根據分割結果，提取機械臂；

步驟2)為：

遍歷深度圖像中的每一個像素點P_i，將P_i從深度圖像映射到彩色圖像得到像素點P_c，每一個P_i與P_c為一一映射關系，如果P_c在彩色圖像的坐標范圍內，則保存P_c的彩色圖像的RGBA信息；將P_i從深度圖像直接轉換到相機坐標系下得到相機空間中的坐標P_a，如果P_a在彩色圖像的坐標范圍內，則保存P_a的三維坐標信息，將P_c與P_a進行融合，得到機械臂工作空間的點云數據；

步驟4)為：

以機械臂各關節和連桿上若干點的位置為球心，半徑為r建立一系列包絡球，將機械臂工作空間任意一點到最近的包絡球球心的距離小于r的點的集合，作為安全區域，將安全區域外的點云數據進行濾除。

2.根據權利要求1所述的機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，所述對深度相機進行手眼標定為，采用最小二乘法，獲取機械臂基坐標系和相機坐標系之間的齊次變換矩陣。

3.根據權利要求1所述的機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，所述深度相機包括深度攝像頭以及彩色攝像頭，深度攝像頭采集圖像的深度圖像，彩色攝像頭采集圖像的彩色圖像。

4.根據權利要求1所述的機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，步驟3)為：

對機械臂運用D-H參數分析法建立各個關節的連桿坐標系，其連桿之間的變換矩陣為：

其中，a_i-1表示沿軸，從移動到的距離，d_i表示沿軸，從移動到的距離，α_i-1表示繞軸，從旋轉到的角度，θ_i表示關節空間中第i個關節的旋轉角度，為連桿i相對于連桿i-1的坐標變換矩陣，cosθ_i簡寫為cθ_i，sinθ_i簡寫為sθ_i，cos簡寫為c，sin簡寫為s，若連桿i坐標系下一個點的坐標為P_d＝(x_i?y_i?z_i?1)^T，根據可以得到P_d在基坐標系下的位置，結合步驟1)標定的結果得到P_d在相機坐標系下的坐標。

5.根據權利要求1所述的機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，所述對安全區域內的點云數據進行分割采用LCCP算法。

6.根據權利要求1所述的機械臂在復雜環境下的快速分割方法，其特征在于，步驟6)為：

對安全區域內的點云進行基于超體聚類的過分割，在超體聚類的基礎上利用CC判據以及SC判據進行再聚類，得到機械臂的點云數據。