[发明专利]一种非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法

说明书

技术领域

本发明属于机器人视觉伺服及目标信息获取领域，具体涉及一种非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法。

背景技术

“福岛核电站事故”对核电的安全可靠性提出了警钟，“福岛核电站事故”各国均对核电的安全可靠性及发展核电的必要性进行了深入探讨。在这种情况下，通过装载视觉系统的智能特种机器人替代人力进入这些高危的环境中开展自主监测和维护工作成为一种有效方法和热门趋势。

由于机器人工作的环境是一种非结构化环境，非结构化环境的特征是表面材质性能不均，结构及尺寸变化不规律且不稳定，环境信息非固定、不可知、不可描述。因此，机器人工作的环境是一种未知、复杂的环境。

现有的装载视觉系统自主抓取作业机器人中根据摄像机与机器人的相互位置的不同，分类分为Eye-in-Hand系统和Eye-to-Hand系统。Eye-in-Hand系统的摄像机安装在机器人手部末端，在工业机器人中的应用比较广泛。但是在非结构化环境应用中，系统视场处在变化之中，不能保证作业目标一直在视场中，有时会存在丢失作业目标的现象。Eye-to-Hand系统的摄像机安装在视野包含目标物区域的某一固定位置，由于摄像机不随之一起移动，使用该方案的机器人进入非结构化环境进行自主作业的空间范围有限。

同时，传统机械臂自主控制中，机械臂末端夹具的控制依靠机械臂运动控制电机转动实现，并且只能通过计算控制电机转动过程及转动量计算当前机械臂末端夹具在空间移动量和旋转量，因此，末端夹具在当前环境中的相对位置和姿态是未知的。同时，传统的机械臂末端的动作完成，依据机械臂的路径规划伺服发出指令直接执行相应动作，无法实现实时反馈动作执行过程是否会发生碰撞等意外情况。

发明内容

本发明提供了一种非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法，可以为移动机器人在非结构化环境下对目标物实现无碰撞的自主抓取提供相应的位姿信息。

本发明的一个实施例提供了非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法，包括：

创建机器人当前工作空间的实时三维模型；

在机器人机械臂末端夹具上设置位姿标记板，位姿标记板与夹具同轴转动；

在位姿标记板上画标记直线箭头，标记直线箭头与夹具的夹缝呈垂直关系；

获取标定直线箭头的矢量坐标，计算得到机械臂末端夹具当前的位置和夹具旋转角度；

测量机器人机械臂伸缩的最长纵向和横向距离，提取三维点云坐标值中Z方向绝对值小于最长纵向距离并且Y方向绝对值小于最长横向距离三维点云进行位姿标记板检索；

利用三维点云图存储的彩色信息，将RGB值归一化，根据标定板颜色，对比CIE1931-RGB标准色度表成功检索到位姿标记板；

对检索到的位姿标记板三维点云图区域进行灰度化和滤波去噪处理，并采用Canny算子对所述图像进行二值化处理，及检测图像的轮廓；

利用霍夫变换方法提取二值化图像中直线箭头的三维点云信息；以及

根据直线箭头的三维点云信息，计算机械臂末端夹具在相机坐标系中的位置和姿态。

本发明的有益效果为：

1.本发明的位姿测量方法提高了机器人在非结构化环境下自主抓取的可行性和精确度，既可以避免Eye-in-Hand系统的位姿测量方法存在的丢失作业目标的缺点，也可以避免Eye-to-Hand系统的位姿测量方法作业的空间范围有限的缺点；可实时反馈机械臂在机器人当前工作区间的相对位置和姿态，有效实现机械臂对目标物实现无碰撞的自主抓取。

2.基于视觉的机械臂末端夹具的位姿测量方式适用于任意形状的夹具，具有应用广泛的优点。

3.视觉系统在安装选定的相机之初进行一次相机参数标定后，可在任意未知非结构化环境中，无需相机标定，实时为机械臂自主抓取提供目标物相对位置和姿态信息。

附图说明

图1所示为本发明的一种非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法100的流程图；

图2所示为本发明的创建机器人当前工作空间的实时三维模型的方法200的流程图；

图3所示为本发明的直线箭头姿态测量示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。

参考图1，图1所示为本发明的一种非结构环境下机器人作业的位姿信息测量方法100的流程图。实施例100包括如下步骤101至109。