[发明专利]机器人抓取方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于视觉和环境吸引域融合的机器人抓取工件的方法。本方法分离线分析与在线抓取两个阶段。在离线阶段，首先基于手爪和工件的CAD模型构建环境约束域，并将高维环境约束域分解成若干三维以下子空间并求出子空间中约束域的局部最低点，即稳定抓取状态；在在线阶段，利用摄像头采集单幅图像，识别并定位工件位姿，然后计算由初始状态到高维环境约束域的路径规划，通过计算机输出轨迹点控制机器人运动并实现对工件的稳定抓取。本发明还公开了一种实现以上方法的机器人抓取系统。

主权项

一种机器人抓取工件的方法，其特征在于，包括离线阶段和在线阶段，其中：离线阶段包括：步骤S1：基于已知形状的三维工件和四指手爪，在手爪位于工件正上方的情况下，对平面上工件的每一种可能的稳定状态，建立手爪与工件静态接触的环境约束域；步骤S2：将步骤S1建立的环境约束域分解成两个相互独立的子空间C₁和C₂，这两个子空间满足：子空间C₁中工件的状态变化能够通过单幅图像的信息获取；子空间C₂保持原高维环境约束域的重要特性；步骤S3：对步骤S2中的子空间C₂，利用极值搜索方法计算每一个约束域的最低点，该最低点的领域即环境吸引域，从而获得工件状态与吸引域曲面之间的对应关系，其中每个最低点对应于一个稳定抓取状态，该最低点也是该吸引域的最低点；以及步骤S4：以步骤S3中吸引域最低点出发，通过区域增长的方法计算出每个吸引域对应的抓取初始方位范围，在线阶段包括：步骤S5：通过摄像头采集的放置在平面上的三维工件的单幅图像，从图像中分割并识别出被抓取的工件；步骤S6：根据工件图像，确定工件的当前状态，根据离线阶段获得的工件状态和吸引域曲面之间的对应关系，找到工件当前状态下对应的吸引域曲面和相应的最低点；步骤S7：计算步骤S6中找到的吸引域最低点到原点的欧氏距离，选择最小的吸引域最低点为稳定抓取目标点；步骤S8：以步骤S7选取的吸引域最低点为中心的区域中选择任意一个点作为子空间C₁中抓取的初始方位，利用步骤S2中得到的子空间C₁和C₂之间的映射关系，给出真实空间中的抓取初始点，将手爪移动到此处，；以及步骤S9：控制机器人手爪逐步由抓取初始点移动到达目标点。