[发明专利]面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法

说明书

本发明提供了一种面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法，分为多特征组合人工特征生成及可变形料袋视觉识别与定位算法。基于AprilTag标志对可变形料袋进行设计，得到多特征组合人工特征并印制到料袋上，在AprilTag标志及其检测算法鲁棒性的基础上,通过冗余标志提高了系统识别的鲁棒性；采集可变形料袋图像信息，对多特征组合人工特征进行识别，得到可识别标志，对可识别标志进行定位，得到料袋坐标位置，将料袋坐标位置发送至机器人控制器。本发明针对在料袋变形或粉末泄漏导致标志变形严重或被遮挡的情况下能准确识别与定位可变形料袋，提高机器人抓取的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及工业机器人应用领域，具体地，涉及一种面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法。

背景技术

随着人力成本的上升，工业机器人替换人工越来越普遍。其中，炼钢厂覆盖剂投料，面粉厂面粉袋的堆垛拆垛，水泥厂水泥袋堆垛拆垛等应用领域中，工人人工操作劳动强度大，效率低下；长期工作易吸入粉末，影响健康。因此，在此领域机器人替换人工的需求越来越急迫。但由于料垛及料袋位置的不确定性，无法采用示教方式，需要采用传感器感知料袋信息后控制机器人运动。此种问题可归结为粉末填充的可变形料袋的识别与定位问题，主要存在以下困难：料袋包装破损导致漏料，料袋部分特征被遮挡；运输和装垛过程导致料袋散乱、互相堆挤。而现有识别与定位算法对变形料袋适应能力差，因此，急需设计一套成熟的面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法，实现机器人自动对可变形料袋的识别和抓取搬运操作。

专利文献CN104835156A公开了一种基于计算机视觉的无纺布袋自动定位方法，计算无纺布袋的前端线位置、左右端线的四个点的位置，无纺布袋的偏转角度，完成对无纺布袋的定位。该方法只是对流水线上固定深度无纺布袋定位，对不同深度层无纺布袋无法定位，通用性差。专利文献CN107626608A公开了一种利用视觉成像对包装袋进行识别的码垛控制装置，通过多个相机和光电开关获得包装袋位置，该方法所需要的传感器数目较多，推广成本较高。

针对可变形料袋的识别，在只有单幅图像的情况下料袋自然标志无法提供精确三维信息，而人工标志相对自然标志识别简单，所提供的信息丰富。AprilTag标志是由April实验室发明的一种2D条形码标志；AprilTag检测算法是与其配套的识别算法，可以提供图像中标志的唯一编号，可以提供相机与标志之间的相对变换，精度可达到毫米级。此种标志及其检测算法对光线变化和部分遮挡变形具有鲁棒性，但对大幅度遮挡变形存在识别失败及错误识别情况。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法。

根据本发明提供的一种面向机器人抓取作业的可变形料袋视觉识别与定位方法，包括：

设计料袋步骤：基于AprilTag标志对可变形料袋进行特征设计，得到多特征组合人工特征；

识别料袋步骤：对多特征组合人工特征进行识别，得到可识别标志，对可识别标志进行定位，得到料袋坐标位置，将料袋坐标位置发送至机器人控制器。

优选地，所述设计料袋步骤包括：

选取标志步骤：选取AprilTag标志中n个不同标志，所述n取大于1，得到标签标志集合；

组合标志步骤：对标签标志集合中的n个AprilTag标志依据排列方式进行排列组合，得到多特征组合人工特征；

标志编号步骤：对多特征组合人工特征中的每个AprilTag标志进行编号，得到标志编号k；

坐标变换预计算步骤：定义标志坐标系和料袋坐标系，基于标志编号、排列方式、料袋尺寸，计算标志坐标系相对于料袋坐标系的第一齐次变换矩阵；

标志印制步骤：将多特征组合人工特征印制到料袋表面。