[发明专利]一种基于模板匹配的自识别分拣方法

权利要求书

1.一种基于模板匹配的自识别分拣方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：通过图像采集模块对想抓取的物品进行图像信息采集，并制作N个模板，然后将模板图像信息传送至上位机进行存储，N为大于等于1的正整数；

S2：图像采集模块采集目标图像；

S3：上位机调用模板信息，若当前模板信息搜索不到，则自动循环调取下一张模板信息；

S4：上位机以模板的像素特征作为检测依据；对视频流进行像素搜索；

S5：检测是否存在与像素模板相似的目标物体；若存在，则进行S6，若不存在，则返回S4；

S6：计算出目标物体的中心坐标；

S7：根据中心坐标，计算出机械臂的角度；并将角度信息发送给下位机；

S8：下位机根据上位机发送过来的角度信息，通过脉宽调制控制机械臂中的各关节处的舵机转动相应的角度；实现物体的分拣；

S9：判断是否继续下一目标物体的分拣，若不需要，停止分拣，若需要，则返回步骤S2；

S7中，机械臂角度的计算过程为：

S7.1：通过逆运动学分析，求解出各关节逆运动学所对应的角度；

S7.2：根据逆运动学所对应的角度信息，通过正运动学分析，求出机械臂末端的位置信息；

依次将机械臂末端位置信息与待抓取的物品的位置进行标准差运算，求出标准差中值最小的末端位置信息对应的角度；

S7.1包括以下步骤：

S7.1.1：根据机械臂模型建立D-H参数表；

S7.1.2：根据D-H参数表分别得出参考坐标系到第一关节之间的齐次变换矩阵⁰T₁，第一关节到第二关节之间的齐次变换矩阵¹T₂，第二关节到第三关节之间的齐次变换矩阵²T₃，第三关节到第四关节之间的齐次变换矩阵³T₄，第四关节到第五关节之间的齐次变换矩阵⁴T₅；

S7.1.3：根据S7.2推导得出的齐次变换矩阵，可以计算出参考坐标系到第五关节的总齐次变换矩阵：

⁰T₅＝⁰T₁＊¹T₂＊²T₃＊³T₄＊⁴T₅

S7.1.4：假设机械臂末端的齐次变换矩阵为：

其中n，o，a轴代表机械臂末端坐标系，原点位于末端关节处，

其中n_x代表n坐标轴在x方向上的方向余弦；

其中n_y代表n坐标轴在y方向上的方向余弦；

其中n_z代表n坐标轴在z方向上的方向余弦；

其中o_x代表o坐标轴在x方向上的方向余弦；

其中o_y代表o坐标轴在y方向上的方向余弦；

其中o_z代表o坐标轴在z方向上的方向余弦；

其中a_x代表a坐标轴在x方向上的方向余弦；

其中a_y代表a坐标轴在y方向上的方向余弦；

其中a_z代表a坐标轴在z方向上的方向余弦；

代表了机械末端的姿态信息；(p_x，p_y，p_z)代表机械臂末端在参考坐标系中的位置，即待抓取的物品的位置；

S7.1.5：求解第一关节的角度θ₁：

根据等式

可得

可以求解得到：

S7.1.6：求解第四关节的角度θ₄与第二关节的角度θ₂、第一关节的角度θ₁的关系式：

根据等式

可得

可得：

其中a_i为第i个关节的连杆长度，d_i为第i个关节的连杆偏移，θ_i为第i个关节的关节转角，i＝1，2，3，4，5；

S7.1.7：求解第三关节的角度θ₃：

限据等式

可得

可得：

因此可以求得

其中a_i为第i个关节的连杆长度，d_i为第i个关节的连杆偏移，θ_i为第i个关节的关节转角，i＝1，2，3，4，5；

S7.1.8：设定第二关节的角度θ₂的数值；

S7.1.9：逆解的选取：

由S7.1.5-S7.1.8可知，当θ₂确定为某一值，θ₁有1个解，θ₄与θ₁对应有2个解，θ₃与θ₄、θ₁对应有4个解，也就说明逆向运动学对应的解有8组；

由于因此θ₄有两个解，

由于且sinθ₃的等式中含有θ₄，

因此θ₃有四个解，

由于θ₄有两个解，θ₃有四个解，那么总共就有2*4＝8个解。

2.根据权利要求1所述的基于模板匹配的自识别分拣方法，其特征在于，S7.2包括以下步骤：

S7.2.1：根据D-H参数表得出参考坐标系到第一关节之间的齐次变换矩阵为：

其中θ₁代表第一关节的关节转角；

S7.2.2：根据D-H参数表得出第一关节到第二关节之间的齐次变换矩阵为：

其中θ₂代表第二关节的关节转角；

S7.2.3：根据D-H参数表得出第二关节到第三关节之间的齐次变换矩阵为：

其中θ₃代表第三关节的关节转角；

S7.2.4：根据D-H参数表得出第三关节到第四关节之间的齐次变换矩阵为：

其中θ₄代表第四关节的关节转角；

S7.2.5：根据D-H参数表得出第四关节到第五关节之间的齐次变换矩阵为：

根据上式推导得出的齐次变换矩阵，可以计算出参考坐标系到第五关节的总齐次变换矩阵：

⁰T₅＝⁰T₁＊¹T₂＊²T₃＊³T₄＊⁴T₅；

⁰T₅矩阵中是关于θ₁、θ₂、θ₃、θ₄的矩阵；

S7.2.6：将S7.1.9步骤中得到的运动学模型的8组解代入⁰T₅，假设⁰T₅齐次变换矩阵如下：

其中n，o，a轴代表机械臂末端坐标系，原点位于末端关节处，类似于参考坐标系的x，y，z轴；

其中n_x代表n坐标轴在x方向上的方向余弦

其中n_y代表n坐标轴在y方向上的方向余弦

其中n_z代表n坐标轴在z方向上的方向余弦

其中o_x代表o坐标轴在x方向上的方向余弦

其中o_y代表o坐标轴在y方向上的方向余弦

其中o_z代表o坐标轴在z方向上的方向余弦

其中a_x代表a坐标轴在x方向上的方向余弦

其中a_y代表a坐标轴在y方向上的方向余弦

其中a_z代表a坐标轴在z方向上的方向余弦

以下3*3的矩阵代表了机械末端的姿态信息：

其中(p_x，p_y，p_z)代表机械臂末端在参考坐标系中的位置，即待抓取的物品的位置；

上述齐次变换矩阵为给定的已知条件，期望机械臂以何种姿态到达何处抓取物品；

S7.2.7：取8组⁰T₅的(p_x，p_y，p_z)，则第一组为(p_x1，p_y1，p_z1)，第二组为(p_x2，p_y2，p_z2)……第八为(p_x8，p_y8，p_z8)；

取上述8个标准差的最小值所对应的角度，即为所求的角度。