[发明专利]基于多方位视觉定位的机械手臂抓取控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人自动化控制技术领域，具体涉及一种基于多方位视觉定位的机械手臂抓取控制系统及方法。

背景技术

工业机械手臂是近代自动控制领域中的一项重要技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。机械手臂涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手臂的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，工业自动化控制要求的不断提高，机械手臂的结构也得到了适应地改进，能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广适应性较强，在产品批量生产中获得广泛的引用。

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，准确地定位到某一位置点进行作业。其中，对目标物体实施定位抓取，就是机械手臂最常见的作业任务之一。

机械手臂实施抓取任务的操作通常由机械手臂控制机构加以控制。在现有技术中，控制机械手臂实施定位抓取任务时，通常借助一台固定设置于载物平面正上方的二维摄像机，正向拍摄载物平面的二维图像，通过对二维图像中的待抓取目标物体加以图像识别，确定待抓取目标物体在载物平面上的二维位置坐标并传送给机械手臂控制机构，进而由机械手臂控制机构根据该二维位置坐标控制机械手臂对载物平面上的待抓取目标物体实施抓去操作。但这样的机械手臂控制方式仅适用于对固定载物平面上目标物体实施定位抓取任务，如果应用于对三维立体空间中任意位置的目标物体实施定位抓取时，则会因为根据二维摄像机获取的二维图像难以确定目标物体所在位置的平面高度，而难以准确地对目标物体实施抓取。不仅如此，在实际的应用环境过程中，目标物体在所处环境中可能会因为撞击、震动等不可控原因而发生位置、姿态的改变。如果在控制机械手臂实施抓取任务的过程中目标物体的位置突然发生改变，则可能出现机械手臂“抓空”的现象，致使定位抓取任务执行失败；另一方面，由于摄像机通常需要在较远的距离全局拍摄较大范围的载物空间，以便于机械手臂控制机构根据摄像机的拍摄图像进行目标物体识别来判断目标物体在载物空间中的位置，但由于受到拍摄角度、摄像机分辨率等因素的影响，很难有效的辨别目标物体的外观轮廓和具体姿态，如果目标物体为菱角较多的不规则形状，并且在实施抓取任务的过程中目标物体因被撞击等原因姿态发生改变，此时机械手臂控制机构若再按照之前预期的抓取方向控制机械手臂对目标物体进行抓取，则可能会因为抓取操作中对目标物体的夹持方向与目标物体的姿态方向不相适应（例如夹持位置位于目标物体的菱角处），导致抓取过程中目标物体从机器手臂的夹持部松脱，致使定位抓取任务执行失败；此外，在机械手臂靠近目标物体进行抓取的过程中，摄像机对载物空间区域中目标物体的拍摄实现也可能被运动的机械手臂所遮挡，从而失去对目标物体的定位，影响定位抓取任务的执行。可见，在这些特殊情况下，采用现有的机械手臂控制方式，更是难以很好的完成对目标物体的定位抓取任务。这些因素，使得现有技术中的机械手臂在很多领域的应用都受到了限制。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于多方位视觉定位的机械手臂抓取控制系统，用以对三维立体空间中任意位置的目标物体实施定位抓取，并且能够在待抓取目标物体发生位置、姿态改变的情况下有效完成定位抓取任务，提高机械手臂实施定位抓取任务的灵活性和准确性，以解决现有技术中机械手臂对三维立体空间中目标物体的定位抓取准确性差、容易因环境因素导致定位抓取任务执行失败等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术手段：

基于多方位视觉定位的机械手臂抓取控制系统，包括机械手臂，以及用于控制机械手臂执行抓取操作的机械手臂控制机构；

所述机械手臂具有一臂部，以及一可旋转地设置于所述臂部前端的夹持手，由机械手臂控制机构控制所述臂部的位姿以及所述夹持手的旋转角度和抓取动作；