【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)主要涉及機(jī)械臂定位領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械臂快速定位抓取方法。
技術(shù)介紹
1、機(jī)械臂抓取技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人應(yīng)用中的重要組成部分。它的重要性體現(xiàn)在多個(gè)方面，包括提高生產(chǎn)效率、保障工作安全性、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操作等。相比于人工操作，機(jī)械臂能夠以更高的速度和精準(zhǔn)度完成抓取任務(wù)。機(jī)械臂可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的路徑和參數(shù)進(jìn)行操作，如抓取物體、移動(dòng)到指定位置等，因此具有高度可編程性和可重復(fù)性。無論是在裝配線上的物料搬運(yùn)、倉儲(chǔ)物流、還是食品加工等領(lǐng)域，機(jī)械臂抓取技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)高效率的生產(chǎn)過程。在危險(xiǎn)環(huán)境或需要處理危險(xiǎn)品的場景中，機(jī)械臂的應(yīng)用可以減少對(duì)人類工作人員的潛在風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械臂可以處理重量大、體積大、高溫物體等對(duì)人體有潛在傷害風(fēng)險(xiǎn)的物體，從而減少工作環(huán)境中的人身傷害風(fēng)險(xiǎn)。此外，機(jī)械臂還可以通過傳感器和智能算法實(shí)現(xiàn)碰撞檢測和避免，保證在與人類共同工作時(shí)的安全。機(jī)械臂由多個(gè)關(guān)節(jié)和執(zhí)行器組成，能夠模擬人的手臂運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高精度的定位和靈活的操作。機(jī)械臂可以通過視覺感知、力傳感器等設(shè)備獲取目標(biāo)物體的信息，根據(jù)其屬性和形狀選擇合適的抓取策略。對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確的視覺定位是機(jī)械臂抓取不可或缺的一個(gè)步驟。它涉及到機(jī)械臂準(zhǔn)確地獲取目標(biāo)物體的位置和姿態(tài)信息。只有通過準(zhǔn)確的工件定位，機(jī)械臂才能進(jìn)行精準(zhǔn)的抓取和操作，從而實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)和自動(dòng)化流程。準(zhǔn)確的視覺定位有助于提高加工精度、保障安全性、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，并提高加工的穩(wěn)定性和一致性。而在工件的視覺定位中，工件的邊緣以及特征點(diǎn)成為我們識(shí)別工件的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
2、本專利技術(shù)所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，所述方法包括：
3、步驟一，獲取標(biāo)志物點(diǎn)云，將標(biāo)志物至于深度相機(jī)視場內(nèi)，通過深度相機(jī)拍攝標(biāo)志物得到標(biāo)志物點(diǎn)云。
4、步驟二，點(diǎn)云預(yù)處理，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行采樣濾波和高斯濾波預(yù)處理，通過在點(diǎn)云中創(chuàng)建三維體素柵格并用重心點(diǎn)表示該體素內(nèi)的點(diǎn)進(jìn)行采樣濾波，通過對(duì)每個(gè)點(diǎn)的鄰域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算所有鄰近點(diǎn)的平均距離進(jìn)行高斯濾波。
5、步驟三，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云分割和點(diǎn)云篩選提取標(biāo)志物點(diǎn)云，在點(diǎn)云中對(duì)初始點(diǎn)在設(shè)定半徑下進(jìn)行臨近點(diǎn)搜索，并在搜索結(jié)果中重復(fù)進(jìn)行搜索操作直至不再增加新的點(diǎn)，并對(duì)搜索得到的點(diǎn)云按平均高度進(jìn)行分類，選取平均高度最高的點(diǎn)云作為標(biāo)志物點(diǎn)云。
6、步驟四，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行主成分分析法計(jì)算標(biāo)志物主軸方向，與模板點(diǎn)云進(jìn)行主軸匹配并計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣，所述標(biāo)志物主軸方向需要計(jì)算點(diǎn)云中心：
7、
8、公式(1)中，pcenter為點(diǎn)云中心，pi為點(diǎn)云，n為點(diǎn)云個(gè)數(shù)，計(jì)算協(xié)方差矩陣為：
9、
10、公式(2)中，cp為點(diǎn)云協(xié)方差矩陣，根據(jù)所述協(xié)方差矩陣進(jìn)行奇異值分解計(jì)算得到主要的特征分量，即點(diǎn)云的主軸方向：
11、cp＝updpvpt(3)
12、公式(3)中，up為特征向量。將標(biāo)志物點(diǎn)云與模板點(diǎn)云進(jìn)行主軸方向匹配后，計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣：
13、
14、公式(4)中，r0為旋轉(zhuǎn)矩陣，t0為平移矩陣，xcenter和ux分別為模板點(diǎn)云的點(diǎn)云中心和特征向量。根據(jù)所述旋轉(zhuǎn)矩陣和所述平移矩陣對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
15、pnew＝p*r0+t0(5)
16、公式(5)中，pnew為轉(zhuǎn)換后的標(biāo)志物點(diǎn)云。
17、7.步驟五，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述標(biāo)志物點(diǎn)云根據(jù)幾何信息計(jì)算位姿。對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云計(jì)算外輪廓，對(duì)所述外輪廓通過擬合直線求交點(diǎn)得到標(biāo)志物點(diǎn)云的角點(diǎn)，通過所述角點(diǎn)計(jì)算標(biāo)志物點(diǎn)云中心點(diǎn)坐標(biāo)得到平移矩陣t1。對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云計(jì)算法向量后，計(jì)算法向量與x軸，y軸，z軸的夾角：
18、
19、公式(6)中，(x1,y1,z1)為所述標(biāo)志物點(diǎn)云的法向量，(x2,y2,z2)依次表示x軸，y軸和z軸，θ為向量之間的夾角，通過所述夾角計(jì)算得到旋轉(zhuǎn)矩陣r1，根據(jù)式(5)進(jìn)行轉(zhuǎn)換之后完成機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)平移到位，可進(jìn)行抓取等動(dòng)作。
20、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：
21、1)本專利技術(shù)通過將標(biāo)志物點(diǎn)云根據(jù)主成分分析法的主軸方向與模板點(diǎn)云進(jìn)行匹配，再根據(jù)標(biāo)志物點(diǎn)云輪廓提取矩形特征和直線特征，通過對(duì)幾何特征進(jìn)行計(jì)算得到轉(zhuǎn)換矩陣，用于引導(dǎo)機(jī)械臂的旋轉(zhuǎn)和平移。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)使用主成分分析法快速的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云匹配，通過幾何特征能夠快速準(zhǔn)確的計(jì)算標(biāo)志物點(diǎn)云位姿。
22、2)本專利技術(shù)通過獲得標(biāo)志物的點(diǎn)云，識(shí)別標(biāo)志物點(diǎn)云的位姿，能夠快速地計(jì)算機(jī)械臂末端到標(biāo)志物的轉(zhuǎn)換矩陣，通過轉(zhuǎn)換矩陣能夠快速的與其他工件建立關(guān)系，實(shí)現(xiàn)固定工件的抓取任務(wù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)通過先識(shí)別標(biāo)志物的位姿，并建立與其他固定工件的轉(zhuǎn)換矩陣，在預(yù)先標(biāo)定后，能夠快速的引導(dǎo)機(jī)械臂到達(dá)工作位。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種機(jī)械臂快速定位抓取方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟S1中，將標(biāo)志物至于深度相機(jī)視場內(nèi)，通過深度相機(jī)拍攝標(biāo)志物得到標(biāo)志物點(diǎn)云。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟S2中，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行采樣濾波和高斯濾波預(yù)處理，所述采樣濾波是在點(diǎn)云中創(chuàng)建三維體素柵格并用重心點(diǎn)表示該體素內(nèi)的點(diǎn)，所述高斯濾波是對(duì)每個(gè)點(diǎn)的鄰域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算所有鄰近點(diǎn)的平均距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟S3中，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云分割和點(diǎn)云篩選提取標(biāo)志物點(diǎn)云，所述點(diǎn)云分割為對(duì)初始點(diǎn)在設(shè)定半徑下進(jìn)行臨近點(diǎn)搜索，并在搜索結(jié)果中重復(fù)進(jìn)行搜索操作直至不再增加新的點(diǎn)，所述點(diǎn)云篩選為對(duì)搜索得到的點(diǎn)云按平均高度進(jìn)行分類，選取平均高度最高的點(diǎn)云作為標(biāo)志物點(diǎn)云。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟S4中，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行主成分分析法計(jì)算標(biāo)志物主軸方向后，與模板點(diǎn)云進(jìn)行主軸匹配并計(jì)算轉(zhuǎn)換矩陣，所述標(biāo)志
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟S5中，對(duì)轉(zhuǎn)換后的所述標(biāo)志物點(diǎn)云根據(jù)幾何信息計(jì)算位姿。對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云計(jì)算外輪廓，對(duì)所述外輪廓通過擬合直線求交點(diǎn)得到標(biāo)志物點(diǎn)云的角點(diǎn)，通過所述角點(diǎn)計(jì)算標(biāo)志物點(diǎn)云中心點(diǎn)坐標(biāo)得到平移矩陣T1。對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云計(jì)算法向量后，計(jì)算法向量與X軸，Y軸，Z軸的夾角：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種機(jī)械臂快速定位抓取方法，所述方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟s1中，將標(biāo)志物至于深度相機(jī)視場內(nèi)，通過深度相機(jī)拍攝標(biāo)志物得到標(biāo)志物點(diǎn)云。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟s2中，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行采樣濾波和高斯濾波預(yù)處理，所述采樣濾波是在點(diǎn)云中創(chuàng)建三維體素柵格并用重心點(diǎn)表示該體素內(nèi)的點(diǎn)，所述高斯濾波是對(duì)每個(gè)點(diǎn)的鄰域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算所有鄰近點(diǎn)的平均距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂快速定位抓取方法，其特征在于：所述步驟s3中，對(duì)所述標(biāo)志物點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云分割和點(diǎn)云篩選提取標(biāo)志物點(diǎn)云，所述點(diǎn)云分割為對(duì)初始點(diǎn)在設(shè)定半徑下進(jìn)行臨近點(diǎn)搜索，并在搜索結(jié)果中...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁海森，黃揚(yáng)，高興宇，張志強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：桂林電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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