[發明專利]適用于六自由度機器人視覺測量的運動規劃方法及系統

有效

• 申請號: 202110291297.1
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113119112B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 丁燁;方田;朱向陽
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種適用于六自由度機器人視覺測量的運動規劃方法及系統，包括建立環境模型、測量工件模型、機器人模型、視覺傳感器模型，進而確定各個模型相互之間的位姿關系，定義視覺傳感器模型的可測視錐，以及測量工件模型在視覺傳感器模型視野中的視錐模型；所述機器人模型有關節空間，在所述關節空間內進行點到點的、滿足約束的隨機路徑規劃；所述隨機路徑規劃中生成有路徑點，對所述路徑點構造B樣條曲線，根據偏離誤差以及關節角速度、加速度、躍度約束進行時間最優的軌跡規劃。本方法可以解決標準商用六自由度機器人在環境約束下進行視覺測量的整套運動規劃問題，并在生成路徑下實現時間最優且滿足到機器人躍度約束的速度規劃。

技術領域

本發明涉及主動視覺測量任務下的機器人運動規劃技術領域，具體地，涉及一種適用于六自由度機器人視覺測量的運動規劃方法及系統。

背景技術

主動視覺傳感器測量規劃問題在21世紀提出并引起各個專業領域的重視，串聯機器人由于具有柔性好、易準確定位和工作空間大等優勢，搭載視覺傳感器進行視覺伺服已經是一個發展比較完整的解決方案。對于復雜零件，單一視角的被動測量已無法滿足測量需求，主動視覺伺服的重要性逐漸被體現。因此，機器人搭載視覺傳感器進行主動視覺伺服的應用，也變得逐漸廣泛。但目前基于機器人的主動視覺伺服存在以下問題：1)沒有考慮到機器人關節角加速度、躍度約束，導致機器人易振動、運動性能差2)大多視覺伺服問題沒有考慮環境的約束，無法進行廣泛運用3)解決路徑規劃問題的方法很多，但缺少完備的軌跡規劃流程，很難用于實際工業需要。

中國專利CN108628310B(申請號：CN201810392600.5)“基于射影單應性矩陣的機器人無標定視覺伺服軌跡規劃方法”，使用的是基于圖像的視覺伺服方法，首先獲取理想圖像與參考圖像，借助初始圖像與理想圖像、參考圖像之間的特征匹配關系，計算初始與理想之間的射影單應性矩陣的真實值以及無窮遠射影單應性矩陣的真實值，根據射影單應性矩陣的真實值在射影單應性矩陣空間內進行軌跡規劃。此方法通過圖像構造的規劃空間是無法考慮視野約束的，所以在產生遮擋時視覺伺服是會發生錯誤甚至失敗的，而且此方法無法考慮機器人自身的物理性約束，大多數應用場合無法適用。

中國專利CN107263484A(申請號：CN201710678376.1)“機器人關節空間點到點運動的軌跡規劃方法”公開了一種根據從起始點到目標點的位移以及速度、加速度、躍度約束，在關節空間內進行的軌跡規劃方法。它以機器人各軸為向量構造n維空間，根據n軸之間的矢量關系，通過投影對機器人各軸的運動參數物理量進行校驗，使得軌跡滿足限制要求。但是此方法只適用于點到點的路徑規劃，無法考慮環境約束以及對給定路徑的軌跡跟蹤。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種適用于六自由度機器人視覺測量的運動規劃方法及系統。

根據本發明提供的一種適用于六自由度機器人視覺測量的運動規劃方法，包括如下步驟：

步驟1：建立環境模型、測量工件模型、機器人模型、視覺傳感器模型，進而確定各個模型相互之間的位姿關系，定義視覺傳感器模型的可測視錐，以及測量工件模型在視覺傳感器模型視野中的視錐模型；

步驟2：所述機器人模型有關節空間，在所述關節空間內進行點到點的、滿足約束的隨機路徑規劃；

步驟3：所述隨機路徑規劃中生成有路徑點，對所述路徑點構造B樣條曲線，根據偏離誤差以及關節角速度、加速度、躍度約束進行時間最優的軌跡規劃。

優選的，所述步驟1包括：

步驟1.1：所述環境模型上放置標定板進行標定，確定桌面坐標系、傳感器坐標系和世界坐標系，利用相機標定得到視覺傳感器模型的參數以及桌面坐標系相對于傳感器坐標系的位姿，再根據手眼標定得到傳感器坐標系到機器人模型末端的末端坐標系，再根據環境標定得到環境模型即既定放置的障礙物模型與測量工件模型相對于世界坐標系的位姿；