[发明专利]基于自适应动态力平衡的机械臂抓取方法和系统

权利要求书

1.一种基于自适应动态力平衡的机械臂抓取方法，其特征在于，该方法包括：

S10、获取图像传感器在目标位置上采集的目标物体的目标点云信息，所述图像传感器设置于机械臂上部设定位置；

S20、通过凹包轮廓检测算法对所述目标点云信息进行检测，得到所述目标物体在第一平面上投影的边缘轮廓信息；

所述第一平面基于对所述目标点云信息采用主成分分析法提取得到的第一主成分信息确定，所述第一主成分信息包括基于所述目标点云信息得到的特征值最大的三个特征向量，所述三个特征向量包括第一特征向量、第二特征向量、第三特征向量，其中，所述第一特征向量的特征值最大，所述第三特征向量的特征值最小；包括：

以所述目标物体的几何中心作为目标物体坐标系的原点，以所述第一特征向量的方向作为所述目标物体坐标系的Y轴方向，以所述第二特征向量的方向作为所述目标物体坐标系的X轴方向，以所述第三特征向量的方向作为所述目标物体坐标系的Z轴方向，建立目标物体坐标系；将所述目标物体坐标系的XOY平面作为第一平面；

S30、基于所述边缘轮廓信息和机械臂末端执行器两指间距离，建立所述目标物体的可抓取区域模型；

S40、基于可抓取区域模型，按照预设的规则生成矩形滑框，利用最小二乘直线拟合对每一矩形滑框内左右两边的凸顶点集合进行直线拟合，基于拟合得到的两条直线间的夹角确定所述目标物体的可抓取位置；其中，按照预设的规则生成矩形滑框，包括：

S41、通过向量积法确定所述可抓取区域模型中的凹顶点和凸顶点；

S42、将凹顶点按y值大小进行升序排列，从y值最小的顶点开始，顺次取点，直到生成的滑框高度大于等于2cm；

S43、对滑框外剩余的凹顶点，循环执行步骤S42，直到最后一个顶点；

S50、基于所述可抓取位置，确定所述目标物体左侧边缘、右侧边缘在第一坐标轴上坐标的平均值，所述第一坐标轴垂直于所述第一平面；

S60、当平均值之差小于预设阈值时，机械臂根据所述可抓取位置对所述目标物体进行抓取。

2.根据权利要求1所述的基于自适应动态力平衡的机械臂抓取方法，其特征在于，在S10之前还包括：

S01、图像传感器在初始位置采集目标物体的初始点云信息；

S02、通过主成分分析法提取所述初始点云信息的第二主成分信息，基于所述第二主成分信息对所述初始位置进行变换，得到所述图像传感器的目标位置。

3.根据权利要求2所述的基于自适应动态力平衡的机械臂抓取方法，其特征在于，步骤S02包括：

S021、将所述初始点云信息进行去中心化，得到第一点云数据；

S022、基于所述第一点云数据的协方差矩阵，计算所述协方差矩阵的特征值和特征向量；

S023、将计算得到的特征值最大的三个特征向量作为第二主成分信息；

S024、将所述第二主成分信息中的三个特征向量按特征值大小进行排序，得到位置变换矩阵；

S025、通过所述位置变换矩阵对所述初始位置进行变换，得到所述目标位置。

4.根据权利要求1所述的基于自适应动态力平衡的机械臂抓取方法，其特征在于，通过凹包轮廓检测算法对所述目标点云信息进行检测，包括：

S21、基于所述目标点云信息，得到目标点云投影于XOY平面的轮廓点集合；

S22、提取所述轮廓点集合中Y值最小的点作为凹包边界轮廓的第一边缘轮廓点，将所述第一边缘轮廓点作为待检测点；

S23、选取距离待检测点最近的K个点作为候选点，测量从水平线到各个候选点与所述待检测顶点连线的角度，将最大向右旋转角度的候选点作为第二边缘轮廓点；将所述第二边缘轮廓点作为待检测点；

S24、选取距离待检测点最近的K个点作为候选点，将所述待检测点与上一个待检测点的连线作为当前线段，将所述待检测点与候选点的连线作为候选线段，测量当前线段与候选线段之间的角度，将最大向右旋转角度的候选线段对应的候选点作为第三边缘轮廓点；

S25、将所述第三边缘轮廓点作为待检测点；

S26、循环执行步骤S24-S25，直至作为待检测点的第三边缘轮廓点与第一边缘轮廓点重合，将所有待检测点的点云信息作为检测结果输出。