[发明专利]柔性机器人位姿测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种柔性机器人位姿测量方法，涉及机器人视觉测量的领域，通过获取初始位姿信息，对测量数据进行扩展卡尔曼滤波，从而得到柔性机器人与充电头的相对位姿信息，并根据相对位姿信息计算机械臂末端的期望速度，进而规划柔性机器人各关节的运动，从而精确对准充电头。通过引入柔性机器人，增大了充电机器人的工作空间并提高了其运动灵活性，并且其多自由度的冗余性非常适合于非结构化的测量环境，并且通过扩展卡尔曼滤波将过去时刻历史累计测量数据对柔性机器人后续运动过程的影响增加到测量结果中，得到补偿后的修正的位姿信息，具有较高的计算精度，无需增加硬件成本，只需一个相机就能获取位姿信息，降低了测量系统的成本，提高了位姿测量的准确性。

技术领域

本发明涉及机器人视觉测量的领域，尤其是一种柔性机器人位姿测量方法及装置。

背景技术

如今对车辆、飞机等交通工具进行自主快速充电已成为研究的热点，智能充电机器人通过机械臂的运动识别车辆飞机等设备的充电头，是近年来工业制造领域的一个新兴方向，其主要利用基于视觉的自主识别和位姿测量方法来完成智能自主充电任务。

为了完成智能自主充电任务，首先要解决的技术难点是：充电头的精准识别与精确测量问题。但是由于待充电的测量目标处在非结构化的环境中，且充电头距离机器人比较远，导致充电头的识别与测量有困难。而且以往常采用刚性臂进行充电头测量，其运动空间受限且运动灵活性差，不适合于非结构化的环境，此外，主要通过提高摄像机的光学分辨率来提高测量的精度，虽然使用高分辨率相机和性能更好的硬件系统可以在一定程度上提高位姿测量的准确性，但是这种方式增加了系统成本以及软件操作负担，不符合智能快速充电机器人低成本、高精度测量的要求。

因此需要提出一种能够增大充电机器人的工作空间，以提高机器人运动的灵活性以及位姿测量算法的准确性，在保证测量稳定性的前提下，提高充电对接精度的同时降低位姿测量成本的一种柔性机器人位姿测量方法是很有必要的。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是为了解决现有的智能充电机器人运动空间受限、运动灵活性差且不适合于非结构化的环境的问题，以及如何在保证测量稳定性的前提下，提高充电对接精度的同时降低位姿测量成本，从而提供一种能够提高精度、节省成本的柔性机器人位姿测量方法和装置。

本发明实施例所采用的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供一种柔性机器人位姿测量方法，包括：

获取充电头图像：通过柔性机器人末端执行器上的视觉测量设备采集充电头图像，所述充电头图像中包括多个圆面；

充电头图像椭圆拟合：根据最小二乘椭圆拟合方法对所述圆面进行椭圆拟合，得到多个椭圆；

获取初始位姿信息：对任意两个所述椭圆进行位姿求解，得到多组参考位姿信息，根据约束条件选择有效参考位姿信息，并根据所述有效参考位姿信息得到所述柔性机器人的初始位姿信息；

获取相对位姿信息：进行多次采集测量，得到多组所述初始位姿信息，进行扩展卡尔曼滤波建模，得到所述柔性机器人末端执行器与所述充电头的相对位姿信息；

获取柔性机器人关节角度数据：获取位姿偏差，根据所述位姿偏差计算所述柔性机器人末端执行器的期望速度，并根据所述期望速度获得所述柔性机器人每个关节的角度数据。

进一步地，还包括对接充电头：

判断所述位姿偏差的值是否大于预设容错阈值；

当所述位姿偏差的值小于所述预设容错阈值时，根据所述每个关节的角度数据，对接所述柔性机器人和所述充电头；

当所述位姿偏差的值大于所述预设容错阈值时，调整所述末端执行器的位姿，重新计算调整后位姿偏差，直至所述调整后位姿偏差的值小于所述预设容错阈值，对接所述柔性机器人和所述充电头。