[发明专利]基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正方法，包括获取圆口目标罐的图像，从图像中提取目标椭圆；根据目标椭圆的椭圆特征确定圆口目标罐罐口与执行器之间的相对位置和轴向关系；根据相对位置和轴向关系以及机械臂构形约束，确定执行器当前位姿、机械臂各关节的关节角度以及执行器的位姿偏差量；根据位姿偏差量调整机械臂，直至执行器的位姿偏差量小于预设值。该方法解决了单个圆特征定位存在二义性且无法确定轴向旋转姿态的问题，可为机械臂收集样品放入目标罐中提供精确引导，校正因局部柔性或关节间隙引起的控制误差。本发明还提供一种基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正系统。

技术领域

本发明涉及机械臂控制技术领域，尤其涉及一种基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正方法及系统。

背景技术

随着科学技术的发展，机械臂不但在地面的应用越来越广泛，在地外天体表面着陆探测中也发挥越来越重要的作用，尤其对于地外天体表面的采样操作具有无可替代性。

地外天体表面着陆采样与返回是世界航天大国探索深空和拓展人类认知外星球和太阳系的重要手段。机械臂是地外天体表面着陆采样任务中必不可少的关键设备，能够按照预定的程序自主进行采样任务或者在地面遥操作中心的控制下进行采样作业，可以代替航天员完成各种采样和样品装罐操作，实现地外天体表面的无人化采样。

由于地外天体表面采样的机械臂构形多为类人上肢的多自由度细长结构，在采样操作中存在一定的柔性，同时机械臂关节存在间隙误差，使得机械臂末端的执行器重复定位精度不高。机械臂末端的视觉相机能够获取目标图像，利用图像特征解算目标位置，从而引导机械臂末端的执行器逐步逼近目标位置。然而，现有技术中通常选取图像特征解算出目标与机械臂末端执行器之间的相对位置，根据位置偏差实现机械臂控制，但这种方式要求必须选取能够唯一表示目标的位置状态的图像特征，且该方式仅关注机械臂末端的位置或位姿偏差量，无法实现对机械臂关节角度偏差量的精准控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正方法及系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于椭圆特征的机械臂末端位姿误差校正方法，包括：

通过固定于机械臂末端的执行器上的视觉相机获取圆口目标罐的图像，从所述圆口目标罐的图像中提取目标椭圆；

根据所述目标椭圆的椭圆特征确定圆口目标罐罐口与执行器之间的相对位置和轴向关系；

根据所述相对位置和轴向关系以及机械臂构形约束，确定执行器当前位姿、机械臂各关节的关节角度以及执行器的位姿偏差量；

根据所述执行器当前位姿、机械臂各关节的关节角度以及所述位姿偏差量调整机械臂，直至执行器的位姿偏差量小于预设值。

本发明的有益效果是：该方法利用机械臂末端的视觉相机获取目标罐的图像，从图像中获取单个目标椭圆，根据目标椭圆的椭圆特征确定机械臂末端执行器与目标罐的相对位置和轴向关系，进而确定执行器当前位姿、机械臂各关节的关节角度以及执行器的位姿偏差量，根据位姿偏差量设计机械臂操作调整策略。与现有的视觉引导的误差校正方法相比，该方法能够利用机械臂末端视觉相机获取图像中的单个椭圆特征和机械臂构形先验信息计算目标罐的位置和姿态，不仅考虑机械臂末端位姿偏差，还考虑机械臂各关节的偏差量，解决了单个椭圆特征定位存在二义性且无法确定轴向旋转姿态的困难，可为机械臂抓取样品并放入目标罐中提供精确引导，校正因局部柔性或关节间隙引起的控制误差，使遥操作人员准确掌握机械臂末端执行器与目标罐的相对状态和机械臂各关节的当前状态，进而有效控制机械臂的精准操作，提高操作精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。