[发明专利]基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法及系统

权利要求书

1.一种基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：采集图像，搭建光源，计算机连接深度相机，获取RGB实时视频流与深度视频流；

步骤S2：提取人脸区域1，加载相机拍摄得到的RGB图，转换成二值图像，使用EigenFace特征脸识别分类器，将人脸从像素空间变换到特征空间进行相似性计算，使用PCA得到人脸分布的主成分；

步骤S3：在区域1上应用模板匹配算法，获得一次性咬口分割区域2，对区域2进行阈值分割，得到待采集软体组织分泌物的区域3；

步骤S4：根据手眼标定中得到相机坐标系与基坐标系之间的坐标转换矩阵，计算出基坐标系下的待检测目标点位坐标，并传递给机械臂；

步骤S5：根据待检测目标点坐标进行机械臂运动学逆解，求解出前三个关节的目标关节角度，并将目标位置数据发送给各伺服舵机；

步骤S6：驱动末端执行器沿旋转轴线方向前进，直到压力传感器数值发生变化；

步骤S7：量化三个方向传感器压力与实验设定压力差值以及差值变化率，利用三角隶属度函数模糊化输入量，根据模糊规则计算模糊子集，再利用重心法解算出PID所需三个参数输入PID控制器；系统在所述PID控制器的作用下，计算得到所需位移调整矢量；

步骤S8：将位移调整矢量分解为末端执行器绕旋转轴的旋转运动与沿旋转轴方向的前后运动，控制机械臂末端执行器按照该位移调整矢量运动。

2.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述采集区域视觉识别算法包括利用人脸识别算法获取人面部下二分之一包含口腔的区域1，在此区域内利用模板匹配提取一次性咬口的分割区域2；利用阈值分割算法，得到待采集软体组织分泌物的区域3；

所述触觉控制算法包括利用模糊PID控制算法智能自调整PID控制参数并计算出一次微调位移量。

3.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的人脸识别算法提取区域1的具体过程包括如下步骤：

步骤S2.1：加载相机拍摄得到的RGB图；

步骤S2.2：将RGB图转换成二值图像；

步骤S2.3：使用EigenFace特征脸识别分类器，提取人脸区域下二分之一作为区域1。

4.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的模板匹配算法，提取区域2的具体过程包括如下步骤：

步骤S3.1：预先在相同角度位姿下拍摄得到剪裁后的一次性咬口模板图像；

步骤S3.2：将一次性咬口模板图像与待识别图像进行比对；

步骤S3.3：对两幅图像进行逐像素地比较，并根据差别或相似性选择一个对应窗口作为匹配结果，获得区域2。

5.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中的阈值分割算法，提取区域3的具体过程包括：

对区域2进行阈值分割，根据深度信息以及RGB信息，提取到一次性咬口内部的口腔粘膜区域，并输出其中心点坐标，得到区域3。

6.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，在由所述的采集区域视觉识别算法得到目标检测区域中心点坐标后，使用机器人运动控制方法计算出使机械臂末端执行器所夹持的分泌物采集头达到该坐标所需的各关节角度，并驱动机械臂各关节运动到目标角度；所述运动控制方法包括求取机械臂运动学逆解以及关节位置控制闭环。

7.根据权利要求1所述的基于机械臂采集软体组织分泌物的控制方法，其特征在于，所述触觉控制算法在分泌物采集头由视觉控制引导至接触到软体组织后开始执行，触觉控制算法使压力传感器数值保持在一定范围内，机械臂末端执行器所夹持的分泌物采集头往复接触软体组织刮取分泌物后，停止接触并返回。