[发明专利]基于视力融合的机械臂操作铰接物体的方法

说明书

本发明公开了一种基于视力融合的机械臂操作铰接物体的方法，包括：(1)对机械臂示教，获取机械臂试触与操作铰接物体时相对于铰接物体的第一位姿；(2)利用视觉传感器采集机械臂试触与操作铰接物体时的场景点云数据，并依据场景点云数据确定铰接物体的法向量与粗糙中心；(3)依据铰接物体的法向量与粗糙中心确定铰接物体在视觉传感器坐标系下的粗糙第二位姿；(4)依据第一位姿和粗糙第二位姿，机械臂对铰接物体进行试触，依据机械臂末端的移动距离确定铰接物体的精确中心，该精确中心结合粗糙第二位姿，确定精确第二位姿；(5)依据第一位姿和精确第二位姿，机械臂实现对铰接物体的操作。该方法能够完成对铰接物体的操作。

技术领域

本发明属于机器人智能控制领域，具体涉及一种基于视力融合的机械臂操作铰接物体的方法。

背景技术

互联网和信息化的迅速发展推动了机器人技术的发展，机器人逐渐在各行各业崭露头角，帮助人们完成各式各样的复杂任务。在工业中，机械臂是应用最为广泛的一种工业机器人。机械臂也叫机械手和机械手臂，顾名思义，机械臂有着与人类手臂类似的机械结构，常见的机械臂拥有四个或六个关节。机械臂由三大核心部件组成，分别是电机、减速器与系统，通过系统的示教器来进行编程，使电机传动减速器执行指定的轨迹，完成相应的任务，整个控制过程都由系统统一控制和反馈。机械臂由于其操作的灵活性，可以完成诸如搬运东西、加工产品、设备配套、喷涂油漆、焊接产品、组装打磨等应用。机械臂的优势在于，它不仅可以不厌其烦地完成指定好的各种加工任务，不会感到厌倦或是疲惫，而且，机械臂可以高精度地完成指定的工作，保证了在大规模生产中，产品的质量与性能。

对于机器人来说，要想能够自适应地在不断变化的场景中稳定运行，就需要感知外部环境，获取目标、障碍物等各类信息，根据信息来完成下一步的决策。感知外部信息，就需要各类传感器的帮助。传感器是用于采集各类信息并转换为特定信号的器件，目前常用在机械臂上的传感器有视觉传感器(摄像头、激光雷达)、力觉传感器、触觉传感器等。这些传感器就像人类的眼睛、皮肤，使得机械臂能够像人一样自主地完成各类任务。

近年来，随着视觉算法的不断发展，计算机已经可以根据已有的图片，对其进行图像分类、目标检测、语义分割和实例分割，对于三维场景来说，可以在复杂场景下将各种物体进行分类，并估计其位姿。借助这些算法，计算机可以控制机械臂主机，使其完成对目标物体的抓取，摆放，或者抓取工具进行简单的任务操作。不过，上述内容都是针对单个物体作为整体来操作的，事实上，除了这些类似于物块、工具等作为整体使用的单个物体，现实生活还中有许多物体是由多个部分组成，并通过铰接的方式连接，操作各个部分会带来不同的效果，这类物体也被称为铰接物体。常见的铰接物体有门、纸箱、窗户、抽屉等等，对其常见的操作即为对其铰接部分沿着轴的方向进行移动，比如开门、关上箱子、推开窗户、拉开抽屉等等。如何让计算机识别这类物体，如何让机械臂自主地适应并操作这一类的物体，是目前机器人智能控制研究领域的迫切需要解决的问题。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于视力融合的机械臂操作铰接物体的方法，借助于视力融合信息使机械臂在未知环境中自主识别铰接物体，并完成对铰接物体的操作。

本发明实施例提供的技术方案为：

一种基于视力融合的机械臂操作铰接物体的方法，包括以下步骤：

(1)对机械臂示教，获取机械臂试触与操作铰接物体时相对于铰接物体的第一位姿；

(2)利用视觉传感器采集机械臂试触与操作铰接物体时的场景点云数据，并依据场景点云数据确定铰接物体的法向量与粗糙中心；

(3)依据铰接物体的法向量与粗糙中心确定铰接物体在视觉传感器坐标系下的粗糙第二位姿；

(4)依据第一位姿和粗糙第二位姿，机械臂对铰接物体进行试触，依据机械臂末端的移动距离确定铰接物体的精确中心，该精确中心结合粗糙第二位姿，确定精确第二位姿；