[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

说明书

本发明公开了一种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，该方法包括：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。该系统用来实施上述方法。本发明具有原理简单、易实现、能够提高抓取可靠性和稳定性等优点。

技术领域

本发明主要涉及到智能机械手技术领域，特指一种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。

背景技术

机械臂的高效作业能力，使得其广泛应用于抓取、焊接、搬运等领域。在一些自动化应用领域采用示教的方式，预先规划好抓取的路径。抓取的位置固定，抓取方式和种类单一，由于机械臂在运动过程中存在误差，误差无法实时修正，故无法达到较高的精度，且可靠性不高。采用视觉引导的方式可分为眼在手上和眼在手外的方式，有单目视觉以及双目、多目视觉等方式，在当前工业流水线的工作流程如图5所示。

现有技术主要通过视觉引导代替人工实现产线产品分拣和上、下料，检测精度不高，且无法保证安全可靠抓取，原因主要如下：

(1)相机测量时与被测物有效工作距离受到相机参数，如焦距、光圈等影响。通常的测量过程中这些参数固定不变，有效测量距离也限制在一定范围内。而眼在手上的相机视野受机械臂运动影响，当相机与被测物距离变化较大时，获取的图像质量不佳，测量效果不好。

(2)现有视觉引导技术按其视觉系统可分为采用RGB-D深度相机,以及双目、单目相机等。深度相机通过点云的方式获取工件的三维信息，精度较低。双目视觉类似人眼结构，可通过视差原理获取准确的深度信息，但是其运算量较大，标定比较复杂。

现有视觉引导技术按照相机安装位置，可以分为眼在手上模型以及眼在手外模型，两种采用较高精度的平面测量工业相机，景深较小，在抓取过程相机存在视野盲区。相机随拾取器贴近待抓取物视场大小与测量距离均不满足成像条件，无法获取图像。故相机只能在指定高度时进行测量，临近抓取以及抓取过程中无法实时反馈位置信息。

现有技术抓取作业，以图6为例，在测量获取待拾取物的几何信息，以其上的某一特征点P为例。其在像素坐标系O_uv-uv上的坐标P_pixel(u,v),经过坐标变化得到待拾取物上的特征点P在世界坐标系O_w-X_wY_wZ_w的坐标P_w(x_w,y_w,z_w)。获得待抓取物体在世界坐标系的坐标。根据当前拾取器在世界坐标系的位置与特征点位置的差值进行比较，进行抓取路径的规划。

运行过程中如果存在误差，可能导致无法可靠抓取，不适用于精度及安全性要求较高的场合。为了解决这一问题，采用安装有较高精度的激光位移传感器，反馈拾取器临近抓取时的实时相对距离，增加系统的安全性与可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的问题，提供一种原理简单、易实现、能够提高抓取可靠性和稳定性的基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于单目视觉和激光的三轴机械臂2D平面安全抓取方法，其包括：

步骤S1：机械臂的拾取器坐标位置初始化，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值，验证单目相机测量深度是否到位；

步骤S3：单目相机实时采集图像；