[发明专利]一种基于3D视觉的机械臂精确放置轨迹规划方法

权利要求书

1.一种基于3D视觉的机械臂精确放置轨迹规划方法，其特征在于，包括步骤：

S1.对两个视觉系统进行标定，其中一个视觉系统包括4个布置在机械臂操作平台上方的RGBD相机，另一个视觉系统包括4个布置在机械臂操作平台下方的2D相机；

S2.计算位于目标放置点正上方预设高度处的一个待规划点的理论位姿；

S3.机械臂带动物体移向待规划点处；

S4.联合两个视觉系统获取物体位姿；

S5.对比获取的物体位姿和步骤S2中得到的理论位姿，判断两者是否相等，若不相等执行步骤S6，若相等执行步骤S7；

S6.规划运动轨迹并利用两个视觉系统获取的物体位姿，对机械臂进行闭环控制从而使物体沿规划的轨迹移至待规划点，并执行步骤S5；

S7. 机械臂带动物体朝下移至目标放置点；

步骤S1中，对两个视觉系统进行标定包括：

各相机的自标定，以获得相机的内、外参数；

各相机的手眼标定，以获得两个视觉系统与机械臂基坐标系的转换矩阵；

两个视觉系统的联合标定，以获得两个视觉系统之间的转换矩阵；

其中，获得每个视觉系统与机械臂基坐标系的转换矩阵的方法包括步骤：

1）对每个相机进行手眼标定，得到每个相机与机械臂基坐标系之间的变换矩阵；

2）根据得出来的变换矩阵，换算出各个相机之间的位置关系；

3）将换算出来的位置关系，输入到视觉系统中，将四个相机所看到工作场景融合为一个整体的工作空间；

4）从四个相机中选取一个作为主相机，进行手眼标定，得到的转换矩阵为该视觉系统与机械臂基坐标系之间的变换矩阵；

步骤S4中，联合两个视觉系统获取物体位姿包括步骤：

S401.通过3D视觉系统获取物体位姿；

S402.通过2D视觉系统获取物体位姿；

S403.判断两个视觉系统获得的物体位姿是否相等，若相等则执行步骤S404，若不相等则重复步骤S401、S402、S403；

S404.输出物体位姿测量结果；

步骤S6中，规划运动轨迹并利用两个视觉系统获取的物体位姿，对机械臂进行闭环控制从而使物体沿规划的轨迹移至待规划点包括步骤：

S601.采用五次多项式插补算法规划出从当前位置到待规划点的由多个路径点组成的运动轨迹，并计算出在各路径点处的理论物体位姿；

S602.机械臂带动物体沿规划出的运动轨迹依次移向各路径点；

S603.在每个各路径点处联合两个视觉系统获取实际物体位姿；

S604.当在某个路径点处的实际物体位姿与理论物体位姿不相等时重复步骤S601获得新的运动轨迹，并沿新运动轨迹继续移动，直到到达待规划点。

2.根据权利要求1所述的基于3D视觉的机械臂精确放置轨迹规划方法，其特征在于，步骤S401包括：

S4011. 使用三维建模软件对物体进行三维模型的构建，然后利用软件经三维模型转化为点云数据保存为目标点云B；

S4012. 通过RGBD相机获取机械臂和物体的整体点云A；

S4013. 对整体点云A进行滤波处理，得到滤波后的整体点云A’；

S4014.利用平面分割算法把物体的点云从滤波后的整体点云A’中分割出来，得到物体点云A”;

S4015.对物体点云A”进行点云粗匹配获取匹配成功点云E’；

S4016.对匹配成功点云E’进行精匹配获得最终变换矩阵;

S4017.根据所述最终变换矩阵和目标点云B，计算出此时3D视觉获取的物体位姿，并根据3D视觉系统与机械臂基坐标系的转换矩阵，计算出物体在机械臂基坐标系下的位姿。

3.根据权利要求2所述的基于3D视觉的机械臂精确放置轨迹规划方法，其特征在于，所述对物体点云A”进行点云粗匹配获取匹配成功点云E’包括步骤：

1）对物体点云A”进行下采样得到待匹配点云C；

2）对待匹配点云C和目标点云B进行关键特征的提取，得到特征点云C’和B’；

3）根据FPFH算法对两特征点云进行特征表述，进而计算两特征点云各点间的欧氏距离设置阈值d,保留相似点对E，然后利用RANSAC算法选择点对E中的几个点对计算出刚性变换矩阵；

4）重复进行第3）步预设次数，将点对E中成功率高的点云保留下来作为匹配成功点云E’。