[發(fā)明專利]基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211348376.2
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN115816442A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫志杰;范世珣;范大鵬;陳雨康;徐克輝;陳寧;張連超;謝馨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J19/02
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務(wù)所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于，包括：

步驟S1：機(jī)械臂的拾取器位置初始化，獲得拾取器在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；

步驟S2：距離判定：激光測(cè)距傳感器返回測(cè)量的距離信息，驗(yàn)證深度是否到位；

步驟S3：單目相機(jī)實(shí)時(shí)采集圖像；

步驟S4：根據(jù)圖像獲取擬合得到的特征輪廓的中心像素坐標(biāo)，根據(jù)標(biāo)定的結(jié)果，得到待拾取物的世界坐標(biāo)；

步驟S5：根據(jù)待拾取物以及拾取器的世界坐標(biāo)進(jìn)行路徑規(guī)劃；所述拾取器根據(jù)路徑規(guī)劃進(jìn)行抓取。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述單目相機(jī)在工作之前先進(jìn)行標(biāo)定流程：單目相機(jī)拍攝多張照片，進(jìn)行標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)外參數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述多自由度機(jī)械臂為三自由度機(jī)械臂，所述步驟S1的流程包括：

步驟S101：多自由度機(jī)械臂復(fù)位，此時(shí)定義多自由度機(jī)械臂拾取器在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P₀(0，0，0)；

步驟S102：三自由度機(jī)械臂進(jìn)入測(cè)量工位，此時(shí)三自由度機(jī)械臂上拾取器在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為P₁(x₁，y₁，z₁)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步驟S3的流程包括：

步驟S301：獲取灰度圖像；

步驟S302：獲取圖像匹配區(qū)域ROI；

步驟S303：根據(jù)所獲得的ROI，進(jìn)行特征查找。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步驟S302中包括：采用高斯函數(shù)進(jìn)行濾波，根據(jù)被測(cè)物預(yù)先設(shè)置后特征的模板，以待拾取物上外圓輪廓為模板進(jìn)行模板匹配，獲取圖像匹配區(qū)域ROI。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述特征查找是通過從設(shè)定的特征區(qū)域中心點(diǎn)出發(fā)沿圓周生成多組卡尺，沿特征輪廓梯度的方向搜索，根據(jù)各卡尺搜索到的輪廓點(diǎn)，利用最小二乘法進(jìn)行特征輪廓的擬合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步驟S5的流程包括：

步驟S501：控制機(jī)械臂使拾取器運(yùn)動(dòng)至待拾取物上方指定高度h₀，此時(shí)拾取器坐標(biāo)為(x_obj，y_obj，z_obj+h₀)；

步驟S502：拾取器下落，根據(jù)拾取器在貼近待抓取物時(shí)兩者之間的距離實(shí)時(shí)控制拾取器；

步驟S503：根據(jù)反饋高度信息與Z軸方向位置指令偏差在閾值范圍內(nèi)，拾取器下落至完全抓取待拾取物。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步驟S502中，所述激光位移傳感器開始測(cè)量，實(shí)時(shí)反饋高度信息；與機(jī)械臂控制系統(tǒng)中Z軸方向位置指令比較，如果高度變化與位置指令信號(hào)存在偏差，達(dá)到一定閾值，拾取器停止下落，拾取器上提，系統(tǒng)及時(shí)停機(jī)。

9.基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取系統(tǒng)，其特征在于，包括：多自由度機(jī)械臂、拾取器及組合視覺單元，所述拾取器安裝于多自由度機(jī)械臂上，用來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)完成對(duì)待拾取物的拾??；所述組合視覺單元包括相機(jī)、激光位移傳感器及激光測(cè)距傳感器，所述激光測(cè)距傳感器用來完成在抓取過程拾取器的距離待抓取物深度信息的實(shí)時(shí)獲取，所述激光位移傳感器用來完成拾取器在貼近待抓取物時(shí)兩者之間距離的獲取。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取系統(tǒng)，其特征在于：根據(jù)待拾取物測(cè)量結(jié)果，以及拾取器在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，進(jìn)行路徑規(guī)劃；所述拾取器根據(jù)路徑規(guī)劃進(jìn)行下落抓取。