[发明专利]机械臂在复杂环境下的快速分割方法

权利要求书

1.机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对深度相机进行手眼标定；

2)通过标定后的深度相机分别获取机械臂工作空间的深度图像的深度信息以及彩色图像的RGBA信息、二维坐标信息，并将上述信息进行融合，得到机械臂工作空间的点云数据；

3)建立机械臂的正运动学模型，获取机械臂各关节和连杆上若干点的坐标；

4)根据机械臂关节和连杆上点的坐标，建立包络球，机械臂某个关节或连杆上某个点的坐标对应一个包络球，机械臂所有关节和连杆上所有点的坐标对应的所有包络球组成安全区域，滤除安全区域外的点云数据；

5)对安全区域内的点云数据进行分割；

6)根据分割结果，提取机械臂；

步骤2)为：

遍历深度图像中的每一个像素点P_i，将P_i从深度图像映射到彩色图像得到像素点P_c，每一个P_i与P_c为一一映射关系，如果P_c在彩色图像的坐标范围内，则保存P_c的彩色图像的RGBA信息；将P_i从深度图像直接转换到相机坐标系下得到相机空间中的坐标P_a，如果P_a在彩色图像的坐标范围内，则保存P_a的三维坐标信息，将P_c与P_a进行融合，得到机械臂工作空间的点云数据；

步骤4)为：

以机械臂各关节和连杆上若干点的位置为球心，半径为r建立一系列包络球，将机械臂工作空间任意一点到最近的包络球球心的距离小于r的点的集合，作为安全区域，将安全区域外的点云数据进行滤除。

2.根据权利要求1所述的机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，所述对深度相机进行手眼标定为，采用最小二乘法，获取机械臂基坐标系和相机坐标系之间的齐次变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，所述深度相机包括深度摄像头以及彩色摄像头，深度摄像头采集图像的深度图像，彩色摄像头采集图像的彩色图像。

4.根据权利要求1所述的机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，步骤3)为：

对机械臂运用D-H参数分析法建立各个关节的连杆坐标系，其连杆之间的变换矩阵为：

其中，a_i-1表示沿轴，从移动到的距离，d_i表示沿轴，从移动到的距离，α_i-1表示绕轴，从旋转到的角度，θ_i表示关节空间中第i个关节的旋转角度，为连杆i相对于连杆i-1的坐标变换矩阵，cosθ_i简写为cθ_i，sinθ_i简写为sθ_i，cos简写为c，sin简写为s，若连杆i坐标系下一个点的坐标为P_d＝(x_i y_i z_i 1)^T，根据可以得到P_d在基坐标系下的位置，结合步骤1)标定的结果得到P_d在相机坐标系下的坐标。

5.根据权利要求1所述的机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，所述对安全区域内的点云数据进行分割采用LCCP算法。

6.根据权利要求1所述的机械臂在复杂环境下的快速分割方法，其特征在于，步骤6)为：

对安全区域内的点云进行基于超体聚类的过分割，在超体聚类的基础上利用CC判据以及SC判据进行再聚类，得到机械臂的点云数据。