[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(guó)人民解放軍國(guó)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(zhǎng)清

本發(fā)明公開了一種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)，該方法包括：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：?jiǎn)文肯鄼C(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。該系統(tǒng)用來實(shí)施上述方法。本發(fā)明具有原理簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、能夠提高抓取可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及到智能機(jī)械手技術(shù)領(lǐng)域，特指一種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)。

背景技術(shù)

機(jī)械臂的高效作業(yè)能力，使得其廣泛應(yīng)用于抓取、焊接、搬運(yùn)等領(lǐng)域。在一些自動(dòng)化應(yīng)用領(lǐng)域采用示教的方式，預(yù)先規(guī)劃好抓取的路徑。抓取的位置固定，抓取方式和種類單一，由于機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過程中存在誤差，誤差無法實(shí)時(shí)修正，故無法達(dá)到較高的精度，且可靠性不高。采用視覺引導(dǎo)的方式可分為眼在手上和眼在手外的方式，有單目視覺以及雙目、多目視覺等方式，在當(dāng)前工業(yè)流水線的工作流程如圖5所示。

現(xiàn)有技術(shù)主要通過視覺引導(dǎo)代替人工實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線產(chǎn)品分揀和上、下料，檢測(cè)精度不高，且無法保證安全可靠抓取，原因主要如下：

(1)相機(jī)測(cè)量時(shí)與被測(cè)物有效工作距離受到相機(jī)參數(shù)，如焦距、光圈等影響。通常的測(cè)量過程中這些參數(shù)固定不變，有效測(cè)量距離也限制在一定范圍內(nèi)。而眼在手上的相機(jī)視野受機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)影響，當(dāng)相機(jī)與被測(cè)物距離變化較大時(shí)，獲取的圖像質(zhì)量不佳，測(cè)量效果不好。

(2)現(xiàn)有視覺引導(dǎo)技術(shù)按其視覺系統(tǒng)可分為采用RGB-D深度相機(jī),以及雙目、單目相機(jī)等。深度相機(jī)通過點(diǎn)云的方式獲取工件的三維信息，精度較低。雙目視覺類似人眼結(jié)構(gòu)，可通過視差原理獲取準(zhǔn)確的深度信息，但是其運(yùn)算量較大，標(biāo)定比較復(fù)雜。

現(xiàn)有視覺引導(dǎo)技術(shù)按照相機(jī)安裝位置，可以分為眼在手上模型以及眼在手外模型，兩種采用較高精度的平面測(cè)量工業(yè)相機(jī)，景深較小，在抓取過程相機(jī)存在視野盲區(qū)。相機(jī)隨拾取器貼近待抓取物視場(chǎng)大小與測(cè)量距離均不滿足成像條件，無法獲取圖像。故相機(jī)只能在指定高度時(shí)進(jìn)行測(cè)量，臨近抓取以及抓取過程中無法實(shí)時(shí)反饋位置信息。

現(xiàn)有技術(shù)抓取作業(yè)，以圖6為例，在測(cè)量獲取待拾取物的幾何信息，以其上的某一特征點(diǎn)P為例。其在像素坐標(biāo)系O_uv-uv上的坐標(biāo)P_pixel(u,v),經(jīng)過坐標(biāo)變化得到待拾取物上的特征點(diǎn)P在世界坐標(biāo)系O_w-X_wY_wZ_w的坐標(biāo)P_w(x_w,y_w,z_w)。獲得待抓取物體在世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)。根據(jù)當(dāng)前拾取器在世界坐標(biāo)系的位置與特征點(diǎn)位置的差值進(jìn)行比較，進(jìn)行抓取路徑的規(guī)劃。

運(yùn)行過程中如果存在誤差，可能導(dǎo)致無法可靠抓取，不適用于精度及安全性要求較高的場(chǎng)合。為了解決這一問題，采用安裝有較高精度的激光位移傳感器，反饋拾取器臨近抓取時(shí)的實(shí)時(shí)相對(duì)距離，增加系統(tǒng)的安全性與可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種原理簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、能夠提高抓取可靠性和穩(wěn)定性的基于單目視覺和激光的三軸機(jī)械臂2D平面安全抓取方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種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，其包括：

步驟S1：機(jī)械臂的拾取器坐標(biāo)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)量值，驗(yàn)證單目相機(jī)測(cè)量深度是否到位；

步驟S3：?jiǎn)文肯鄼C(jī)實(shí)時(shí)采集圖像；