[发明专利]基于视觉伺服的机械臂目标导引方法

说明书

本发明属于视觉伺服领域，具体涉及一种基于视觉伺服的机械臂目标导引系统、方法，旨在解决视觉伺服中目标成像存在遮挡、脱离视野的问题。本系统方法包括获取机械臂本体与被抓取目标的标志物图像，提取特征点，计算标志物之间的相对位姿；基于相对位姿，使用度量函数获取pan‑tilt相机平台最佳观测位置；基于pan‑tilt相机平台的水平和垂直视野区域约束，将小车移动至最佳观测位置；基于pan‑tilt相机平台的相机的水平和垂直视野区域约束，以及相对位姿，控制机械臂本体的功能部位向目标物体移动。本发明能够避免传统的视觉伺服中出现的目标成像被遮挡、大小不合适、目标脱离相机视野等情况。

技术领域

本发明属于视觉伺服领域，具体涉及一种基于视觉伺服的机械臂目标导引系统、方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人在感知、思维、效应方面逐渐发展成全面模拟人的机器系统，承担着越来越复杂和多样性的任务。传统的机器人在感知、识别、推理、规划等方面功能比较单一，有较强的局限性，只适应于特定环境下的特定作业。视觉伺服控制系统充分利用计算机技术和图像处理技术的发展，基于视觉信息进行反馈，经视觉信号处理后，能更精确、灵活、自主地对机器人进行控制，从而具有非特定环境下的作业能力。

视觉伺服控制在技术上包括基于图像的、基于位置的、基于2.5D的视觉伺服控制方法，另外还有无标定视觉伺服控制等；在结构上包括Eye-in-Hand方式和Eye-to-Hand方式等。Eye-in-Hand相机安装在机械臂上，随机器人一起运动，缺陷是：目标的成像有时会在图像边缘甚至脱离视野，存在遮挡问题，尤其在靠近目标时目标的成像大小有时不合理，过大或者过小。Eye-to-Hand一般是相机固定在工作空间内，同时观测目标和机器人，缺点是感知空间范围固定，也存在目标特征遮挡现象。

针对Eye-in-Hand方式和Eye-to-Hand方式的缺陷，本发明设计了一种新型的视觉伺服配置Eye-in-Vehicle。该系统由移动机器人和机械臂系统两部分构成。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决视觉伺服中目标成像存在遮挡、脱离视野的问题，本发明第一方面，提出了一种基于视觉伺服的机械臂目标导引系统，该导引系统包括移动机器人和机械臂系统；所述移动机器人包括pan-tilt相机平台、一个差动式移动小车；所述机械臂系统包括机械臂本体、机械臂控制系统；所述机械臂本体可移动一端的端部设置有标志物；

所述pan-tilt相机平台固设于所述差动式移动小车；

所述的差动式移动小车可以围绕机械臂本体移动，以通过pan-tilt相机平台获取包含被抓取目标标志物和机械臂本体上标志物的图像。

在一些优选的实施例中，所述机械臂本体上设置的标志物与所述被抓取目标上设置的标志物一致。

在一些优选的实施例中，所述标志物为矩形，该矩形上设置有四个标志点，四个标志点分别关于该矩形长度方向、宽度方向的中线对称。

本发明的第二方面，提出了一种基于视觉伺服的机械臂目标导引方法，基于上述的基于视觉伺服的机械臂目标导引系统，包括以下步骤：

步骤S10，通过pan-tilt相机平台获取包括第一标志物、第二标志物的图像，提取该图像中各标志物对应图像的特征点，并计算第一标志物、第二标志物的相对位姿；所述第一标志物为机械臂本体上设置的标志物，所述第二标志物为目标物体上设置的标志物；

步骤S20，基于所述相对位姿，使用度量函数获取pan-tilt相机平台的最佳观测位置；

步骤S30，基于pan-tilt相机平台的相机的水平和垂直视野区域约束，将所述差动式移动小车移动至所述的最佳观测位置；基于pan-tilt相机平台的相机的水平和垂直视野区域约束，以及所述相对位姿，控制机械臂本体的功能部位向目标物体移动。