[发明专利]一种基于多深度摄像机增强的机器人工作台

说明书

技术领域

本发明属于计算机智能技术领域，具体涉及一种基于多深度摄像机增强的机器人工作台。

背景技术

随着智能机器人的快速发展，智能机器人广泛地运用于工业、医疗、服务等各种行业。机械手在机器人任务完成中起着至关重要的作用，结合机械手自身结构的特点，根据自身的自由度，可以完成特定的任务，比如移动到目标物体的位置、实现对物体的抓取等操作。为了使机械手更加地智能化，为机械手安装外部传感器，非接触传感器比如摄像机和激光扫描器对于机器人感知外界环境有着重要的作用。视觉传感器可以使机械手更好地感知周围的环境，从而机械手可以更好地和人进行交互，提供更多的服务。

视觉在物体的识别、检测、跟踪等方面已经有了很成熟的应用。视觉系统在智能机器人、移动机器人有着广泛的应用，它可以使机器人更好地感知周边环境，为机器人提供位置信息，比如Willow GaragePR2机器人，它可以通过机器人配置的双目摄像头进行物体的识别、实现对物体的抓取操作。

单目摄像头和双目摄像头普遍应用于机器人的视觉系统上。基于单目视觉的实际室内环境Pioneer3机器人在环境地图中是实现移动机器人全局定位。单目摄像头结构简单，但是不能获取物体的三维信息。双目摄像头可以得到物体的三维位置信息，从而对于目标物体的匹配、移动机器人的路径规划提供位置信息。运用加拿大Point Grey公司的Bumblebee2作为双目视觉传感器的一种家庭服务机器人通过目标物体的颜色信息进行HSV(hue-saturation-value)阈值分割，得到目标物体的三维坐标。双目摄像头在获取物体的三维信息时，需要对摄像头进行标定、矫正，标定产生的误差会影响到后续的物体匹配上，进而影响物体三维坐标的准确度。在双目或者单目视觉系统中，摄像头安装在机器人，对于机器人面临的环境进行感知，而无法获取机器人后面或者周边的环境。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于多深度摄像机增强的机器人工作台，能够实现深度摄像机和机器人之间的自动定标，机器人根据布置在工作台上的不同角度的多个深度摄像机识别和定位目标物体的准确位置，移动到目标物体的位置并抓取。

一种基于多深度摄像机增强的机器人工作台，包括：工作平台、设于工作平台上的机械手、布置于工作平台四周的多台深度摄像机以及一台控制处理器；所述的机械手带有机械爪，机械爪的掌心设有二维码，该二维码包含有位于机械手可触及空间范围内不在同一平面上的四个标定点在机器人坐标系下的位置信息；

所述的深度摄像机用于对工作平台进行图像采集，并将采集到的图像提供给控制处理器；对于任一台深度摄像机，所述的控制处理器对其采集到的图像进行处理，识别出工作平台上的目标物体以确定其在该摄像机坐标系下的三维位置信息，同时对该摄像机坐标系和机器人坐标系自动定标，通过坐标转换计算出目标物体在机器人坐标系下的三维位置信息，进而使机械手移动到目标物体附近并控制机械爪抓取目标物体。

所述深度摄像机的台数大于等于3，深度摄像机采用Kinect摄像机。

所述的控制处理器识别目标物体以确定其在摄像机坐标系下的三维位置信息，具体过程如下：

首先，获取关于目标物体的多个模板；

然后，对深度摄像机采集到的图像进行裁剪，得到ROI区域；

最后，根据所述的模板在ROI区域内对目标物体进行搜索匹配以找到目标物体，进而确定目标物体在摄像机坐标系中的三维位置信息。

所述的控制处理器对深度摄像机采集到的图像进行裁剪即去除图像中机械手无法触及到的空间区域。

所述的控制处理器根据模板利用Affine-SIFT算法在ROI区域内对目标物体进行搜索匹配。

所述的控制处理器对摄像机坐标系和机器人坐标系自动定标即计算两者之间的旋转矩阵和平移向量。

所述的控制处理器对摄像机坐标系和机器人坐标系自动定标的具体过程如下：

首先，控制处理器对出现在图像中的二维码进行解析，得到四个标定点在机器人坐标系下的位置信息，进而控制机械手逐个到达这四个标定点；

当机械手到达任一标定点后，控制处理器利用深度摄像机通过图像采集获取当前二维码中心点在摄像机坐标系下的位置信息，进而结合该标定点在机器人坐标系下的位置信息，计算出当前二维码中心点在机器人坐标系下的位置信息；依此遍历四个标定点；