[發明專利]一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法及系統

有效

• 申請號: 202010699801.7
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111958590B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張彩霞;王斯琪
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 蔡偉杰

1.一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

S100：實時采集三維環境場景的深度圖像；

S200：標記出深度圖像中的RGB圖像的像素矩陣的所有疑似障礙區；

S300：實時的通過位置傳感器采集機械臂末端的空間坐標；所述位置傳感器設置于機械臂的末端；

S400：在機械臂往目標位置移動的過程中，通過深度圖像中的深度信息得到所有疑似障礙區的點云，將每個疑似障礙區的點云的幾何中心映射到地平面的點作為點云端點；將機械臂末端映射到地平面的點作為機械臂端點；將每個點云端點與機械臂端點的直線距離作為安全距離；

S500：當機械臂與疑似障礙區之間的安全距離小于距離閾值時，將連接機械臂端點與當前疑似障礙區的點云端點的直線作為第一直線，沿機械臂往目標位置移動的前進方向，選取所述疑似障礙區的下一個疑似障礙區，將；連接機械臂端點與下一個疑似障礙區的點云端點的直線作為第二直線；

S600：將第一直線與第二直線之間的夾角作為電機轉角；驅動機械臂的電機按照電機轉角驅動機械臂轉向并繼續移動。

2.根據權利要求1所述的一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法，其特征在于，在S100中，采集三維環境場景的深度圖像的方法為通過TOF相機、Kinect傳感器或激光雷達測距對場景進行深度圖像采集。

3.根據權利要求1所述的一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法，其特征在于，在S300中，所述位置傳感器包括直線位移傳感器和角位移傳感器中任意一種。

4.根據權利要求1所述的一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法，其特征在于，在S400中，在機械臂往目標位置移動的過程，通過滾動路徑規劃法、遺傳算法、蟻群算法中任意一種方法規劃的路徑進行移動，所述目標位置為機械臂的移動目標。

5.一種復雜三維環境中機械臂防碰撞系統，其特征在于，所述系統包括：存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序運行在該系統的以下單元中：

深度圖像采集單元，用于實時采集三維環境場景的深度圖像；

疑似障礙標記單元，用于分別從深度圖像中的RGB圖像的像素矩陣的橫坐標和縱坐標開始搜索與第1個像素的RGB顏色值不相同的RGB顏色值所在的坐標區域，將所述不相同的RGB顏色值所在的坐標區域標記為疑似障礙區；遍歷完一個疑似障礙區后，再從像素矩陣中剩下的像素點找下一個疑似障礙區，一直到搜索完像素矩陣為止，標記出所有疑似障礙區；

空間坐標采集單元，用于實時的通過位置傳感器采集機械臂末端的空間坐標；所述位置傳感器設置于機械臂的末端；

安全距離計算單元，用于在機械臂往目標位置移動的過程中，通過深度圖像中的深度信息得到所有疑似障礙區的點云，將每個疑似障礙區的點云的幾何中心映射到地平面的點作為點云端點；將機械臂末端映射到地平面的點作為機械臂端點；將每個點云端點與機械臂端點的直線距離作為安全距離；

夾角線選取單元，用于當機械臂與疑似障礙區之間的安全距離小于距離閾值時，將連接機械臂端點與當前疑似障礙區的點云端點的直線作為第一直線，沿機械臂往目標位置移動的前進方向，選取所述疑似障礙區的下一個疑似障礙區，將連接機械臂端點與下一個疑似障礙區的點云端點的直線作為第二直線；

機械臂轉向單元，用于將第一直線與第二直線之間的夾角作為電機轉角；驅動機械臂的電機按照電機轉角驅動機械臂轉向并繼續移動。