[发明专利]一种三维视觉引导机械手抓取的方法及系统

说明书

本发明提供了一种三维视觉引导机械手抓取方法及系统，整个系统在空间中是固定的，视野不会因为机械臂的移动而变化，目标物体不易脱离摄像机的观察视野；通过离线标定的方式获取，系统模型结构就能进行重复标定，以保证长期作业任务中的作业精度；机器人能够对环境进行感知，利用3D机器视觉扫描和点云特征识别分析技术，引导机器人完成一些无序物体的识别和抓取任务，使得人们从重复性高、危险的劳动中解放出来。

技术领域

本发明属于视觉引导技术领域，具体涉及一种三维视觉引导机械手抓取的方法及系统。

背景技术

随着社会的发展，机械手越来越普遍地用于替代人工劳动。视觉技术作为一种重要的机器人感知方式，模仿人的视觉功能，通过分析三维视觉模组扫描的信息来感知客观的环境，从而实现测量与判断，实现与客观环境交互。对于高精度灵活的作业，必须借助机器智能识别来完成，帮助机械手主动到达三维空间中非固定目标作业点位。研究给机械手添加三维视觉引导功能是十分必要的。

现有技术中，机械手无法自主识别三维空间中非固定目标作业点的问题。

因此,现有技术还需要进一步改进和发展。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种三维视觉引导机械手抓取的方法及系统,以面向工业的精确抓取为背景，围绕着基于视觉的手眼协同展开方法和控制系统设计，旨在解决现有技术中，机械手无法自主识别三维空间中非固定目标作业点的问题。

所采用的技术方案为：一种三维视觉引导机械手抓取方法，包括以下步骤：

A、搭建Eye-To-Hand三维视觉引导系统；

B、控制机械手取标定点位，保持标定板固定不动，用三维视觉模组对其进行扫描，利用扫描模块和机械手获取到的标定点信息进行手眼标定；

C、用三扫描模块扫描工作区内的待抓取物体，用手眼标定信息将扫描模块坐标系下的物体点云转换到机械手坐标系下；

D、处理三维扫描点云，得到待抓取物体的位置和姿态信息；

E、将待抓取物体的位置和姿态信息发送给机械手，使机械手完成物体的抓取。

步骤A具体为：在工作平台及环境固定的情况下，机器人基座不发生运动，在与机械手基座相对固定的位置安装扫描模块。

步骤B具体为：控制机械手取标定点位，保持标定板固定不动，用扫描模块对其进行扫描，利用扫描模块和机械手获取到的标定点信息进行手眼标定；每次机械手取标定点位要得到机器人基坐标系下末端坐标系的位姿以及在相机坐标系下标定板坐标系的位姿，取到的标定点信息；通过机械手取标定点坐标然后求解出机械手相对于标定板的位姿转换矩阵，从而计算出机械手相对于摄像机的位姿转换矩阵，完成手眼标定。

步骤C具体为：扫描模块扫描工作区内的待抓取物体，用手眼标定得到的转换矩阵，将扫描模块坐标系下的物体点(X_i，Y_i，Z_i)(i∈[0，N])转换到机械手坐标系下。

步骤D具体为：要对目标物体进行抓取操作，对物体进行位姿估计，采用的是基于模板匹配的方法对物体进行位姿估计，匹配前先用一个模板生成一个模型，对实时三维扫描的点云进行模板匹配，得到待抓取物体的位置和姿态信息。

三维视觉引导机械手抓取系统包括：扫描模块、手眼标定模块、物体识别算法模块、通信模块和工业机械手；

所述扫描模块，用于将编码光栅结构光投射到目标物体表面，利用拍摄的光栅编码物体图像，解析得到物体的三维点云；

所述手眼标定模块，标定涉及工具坐标系、机械手基座坐标系、扫描模块坐标系和标定板坐标系四个坐标系，通过标定板坐标系，获取扫描模块与机械手之间的空间关系，使得机械手模块可以利用扫描模块所获取的三维物体信息；