[发明专利]一种机械臂关节角度检测方法

摘要

本发明公开了一种机械臂关节角度检测方法，包括步骤：1)采集RGB‑D原始图像；2)提取机械臂轮廓；3)对提取的机械臂轮廓进行平滑处理；4)提取机械臂轮廓骨架；5)定位机械臂关节点；6)计算机械臂关节角度。机械臂轮廓的提取采用的是彩色图像与深度图像结合的阈值分割技术；机械臂关节点的定位是通过细化算法提取出机械臂轮廓骨架，然后结合机械臂各刚体部件的位置关系和骨架线的长度对其关节点定位；机械臂关节角度是根据关节点的三维信息，由向量的可平移性质及方向性将机械臂关节角度计算简化为对空间向量夹角的计算得到。本发明阈值分割效果好，关节点的定位更加准确，能够良好的计算出机械臂各关节角度，鲁棒性较强，简单有效。

主权项

1.一种机械臂关节角度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采集RGB‑D原始图像；步骤二：结合彩色图像与深度图像，用阈值分割的方法提取机械臂目标轮廓图像；步骤三：对提取的机械臂轮廓进行平滑处理；步骤四：通过Zhang并行快速细化算法提取机械臂轮廓骨架；步骤五：结合机械臂各刚体部件的位置关系和骨架线长度对机械臂关节点定位，确定机械臂关节点，机械臂关节点定位具体为：通过遍历幅机械臂骨架图，细化后的机械臂骨架线机械臂骨架部分像素值为1，背景部分为0，机械臂骨架为单位像素宽，找出像素值为1的八邻域只有一个像素值为1的所有像素点，根据机械臂关节位置关系，像素坐标点纵坐标y最大的像素点为机械臂底座关节点位置，像素点横坐标x最小的为机械臂末端执行器的关节点位置；再从机械臂末端执行器关节点的像素位置开始延骨架线遍历，直到遍历到机械臂底座关节点位置截止，遍历路径的像素点总个数为机械臂骨架线长度，再通过机械臂产品规格图，得到机械臂各个关节的比例，其他关节点按照计算的骨架线长度和各个关节的比例关系就可以定位出来；步骤六：通过定位出的机械臂关节点的三维信息和空间向量的可平移性质及方向性计算机械臂各关节角度，将机械臂关节角度计算简化为对空间向量夹角的计算，机械臂关节角度的计算具体为：通过相机建立空间坐标系，将定位出的关节点由图像二维坐标转换为三维坐标，再将机械臂关节角度计算简化为对空间向量夹角的计算；深度图像到空间三维坐标的转换由如下表达式求得：其中，(i，j)为图像二维坐标，(x，y，z)为空间坐标，(δ_x，δ_y)为相机的镜头畸变，(c_x，c_y)为图像中心点，(f_x，f_y)为比例参数，d是深度图像二维坐标(x,y)处的深度值；根据定位出的关节点像素的图像二维坐标和深度值，按上式算出每个关节点的空间坐标；对于任意两个不重合的三维坐标点A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)，转化到传统空间坐标系中组成向量AB，转化公式为：根据以上性质，机械臂关节角度的计算简化为空间向量夹角的计算，如定位出的关节坐标点A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)之间关节角度，直接通过计算空间向量BA和BC 的夹角得出，公式如下：关节点B、C、D、E之间关节角度依次按上述公式计算，对于机械臂基座转动的关节角度计算按以下方式计算：将关节点A初始位置投影到xOz平面A′，以向量EA′为基准，在机械臂转动的过程中将关节点A继续投影到xOz平面A″，通过计算向量EA′和EA″的夹角获得。