[发明专利]基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法及系统

权利要求书

1.基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于，包括：

步骤S1：机械臂的拾取器位置初始化，获得拾取器在世界坐标系下的坐标；

步骤S2：距离判定：激光测距传感器返回测量的距离信息，验证深度是否到位；

步骤S3：单目相机实时采集图像；

步骤S4：根据图像获取拟合得到的特征轮廓的中心像素坐标，根据标定的结果，得到待拾取物的世界坐标；

步骤S5：根据待拾取物以及拾取器的世界坐标进行路径规划；所述拾取器根据路径规划进行抓取。

2.根据权利要求1所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述单目相机在工作之前先进行标定流程：单目相机拍摄多张照片，进行标定，获取相机内外参数。

3.根据权利要求1所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述多自由度机械臂为三自由度机械臂，所述步骤S1的流程包括：

步骤S101：多自由度机械臂复位，此时定义多自由度机械臂拾取器在世界坐标系下的坐标为P₀(0，0，0)；

步骤S102：三自由度机械臂进入测量工位，此时三自由度机械臂上拾取器在世界坐标系下的坐标为P₁(x₁，y₁，z₁)。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步骤S3的流程包括：

步骤S301：获取灰度图像；

步骤S302：获取图像匹配区域ROI；

步骤S303：根据所获得的ROI，进行特征查找。

5.根据权利要求4所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步骤S302中包括：采用高斯函数进行滤波，根据被测物预先设置后特征的模板，以待拾取物上外圆轮廓为模板进行模板匹配，获取图像匹配区域ROI。

6.根据权利要求4所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述特征查找是通过从设定的特征区域中心点出发沿圆周生成多组卡尺，沿特征轮廓梯度的方向搜索，根据各卡尺搜索到的轮廓点，利用最小二乘法进行特征轮廓的拟合。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步骤S5的流程包括：

步骤S501：控制机械臂使拾取器运动至待拾取物上方指定高度h₀，此时拾取器坐标为(x_obj，y_obj，z_obj+h₀)；

步骤S502：拾取器下落，根据拾取器在贴近待抓取物时两者之间的距离实时控制拾取器；

步骤S503：根据反馈高度信息与Z轴方向位置指令偏差在阈值范围内，拾取器下落至完全抓取待拾取物。

8.根据权利要求7所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其特征在于：所述步骤S502中，所述激光位移传感器开始测量，实时反馈高度信息；与机械臂控制系统中Z轴方向位置指令比较，如果高度变化与位置指令信号存在偏差，达到一定阈值，拾取器停止下落，拾取器上提，系统及时停机。

9.基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取系统，其特征在于，包括：多自由度机械臂、拾取器及组合视觉单元，所述拾取器安装于多自由度机械臂上，用来实现运动完成对待拾取物的拾取；所述组合视觉单元包括相机、激光位移传感器及激光测距传感器，所述激光测距传感器用来完成在抓取过程拾取器的距离待抓取物深度信息的实时获取，所述激光位移传感器用来完成拾取器在贴近待抓取物时两者之间距离的获取。

10.根据权利要求9所述的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取系统，其特征在于：根据待拾取物测量结果，以及拾取器在世界坐标系下的坐标，进行路径规划；所述拾取器根据路径规划进行下落抓取。