[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

本發明公開了一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法及系統，通過深度圖像信息標記出所有疑似障礙區，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，計算出每個疑似障礙區的點云的幾何中心映射到地平面的點與機械臂末端映射到地平面的點的空間坐標的直線距離作為安全距離，當機械臂與疑似障礙區之間的安全距離小于距離閾值時，將機械臂末端的空間坐標與疑似障礙區的點云的幾何中心的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；能夠降低機械臂在運動軌跡中發生碰撞的概率，從而提高機械臂的使用壽命，從而滿足在復雜的三維環境中主動避開障礙的應用要求，本發明應用于機械臂領域。

技術領域

本發明涉及機械臂防碰撞領域，具體涉及一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法及系統。

背景技術

在復雜的三維環境中，比如有各種儀器設備車間、大規模生產線上，有存在有大量的機械臂和阻礙機械臂移動的障礙物，機械臂難免會發生互相碰撞和運動軌跡沖突。而機械臂防碰撞是在復雜的三維環境中的障礙條件以及起始位姿和目標位姿，要求選擇一條從起始點到目標點的路徑，使機械臂能實時的、安全的降低碰撞障礙的風險。

現有的關于機械臂防碰撞一般通過規劃好的路徑進行防碰撞，路徑規劃有很多方法，如滾動路徑規劃法、遺傳算法、蟻群算法。但是，這些方法僅能用于二維平面中，復雜的三維環境中實現這些算法避障需要增加大量的計算。因此現有的這些方法難以保證機械臂運動軌跡的精確度和穩定性，機械臂在運動軌跡中發生碰撞的概率很大，難以達到在復雜的三維環境中的應用要求。

發明內容

本發明提供一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法及系統，通過深度圖像信息標記出所有疑似障礙區，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，計算出每個疑似障礙區的點云的幾何中心映射到地平面的點與機械臂末端映射到地平面的點的空間坐標的直線距離作為安全距離，當機械臂與疑似障礙區之間的安全距離小于距離閾值時，將機械臂末端的空間坐標與疑似障礙區的點云的幾何中心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，將機械臂末端的空間坐標與下一個疑似障礙區的點云的幾何中心的直線作為第二直線，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。

本發明的目的是針對上述問題，提供一種復雜三維環境中機械臂防碰撞方法及系統，具體包括以下步驟：

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；

其中，疑似障礙區的點云的幾何中心映射到地平面的點為：以點云疑似障礙區的點云的幾何中心投影到地平面上的點；

其中，機械臂末端映射到地平面的點為:以機械臂末端投影到地平面上的點；

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。