[发明专利]一种基于机器视觉的阀门旋拧柔顺作业方法

说明书

本发明公开了一种基于机器视觉的阀门旋拧柔顺作业方法。首先构造阀门手轮模板图像，并在模板中标注阀门旋拧工作点；通过相机采集图像信息，在机械臂视野图像和模板图像中寻找SIFT特征点，进行特征点匹配；用匹配好的特征点对估计两幅图像坐标系之间的转换矩阵，进而得到在机械臂视野图像中阀门的旋拧作业点。同时标定相机位姿参数，将旋拧工作点的图上坐标转化到机械臂操作空间，得到机械臂初始目标位姿。在阀门旋拧过程中，阀门手轮会产生轴向位移，带来较大的轴向接触力，为了解决这一问题，本发明采用基于阻抗控制的阀门手轮位置跟踪算法，并将机械臂末端接触力与期望接触力误差作为反馈量对机械臂目标位姿进行在线补偿，提高力跟踪效果。

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，特别是涉及机器视觉的目标识别与机械臂柔顺控制方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人智能作业技术得以应用于各行各业。目标对象识别为机器人智能作业的重要前提。目标对象识别是为了准确定位机械臂工作点，在阀门旋拧任务中，机械臂工作点就是末端旋拧手抓与阀门手轮接触的位置。在实际应用过程中，为了定位工作点必须在机械臂视野内识别出阀门位置，环境背景信息的影响，机械臂周围存在很多障碍物，影响阀门手轮的识别。如何进行阀门识别，同时能将图像坐标系与机械臂坐标系建立联系，将图上旋拧工作点转化为基坐标系下坐标，是机械臂自主旋拧作业的关键一步。

在阀门旋拧过程中，阀门存在轴向位移，如果机械臂末端不能跟随阀门位置，势必会给机械臂带来很大的轴向接触力，进而影响旋拧任务的成败。因此，在阀门旋拧过程中，要求机械臂具有一定的柔顺性，当阀门轴向位置发生改变时，机械臂末端可以与阀门手轮在保持紧密接触的情况下，对阀门运动做出一定退让，跟随阀门手轮运动。

发明内容

本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种基于机器视觉的阀门旋拧柔顺作业方法。

首先，本发明保护一种基于机器视觉的阀门旋拧柔顺作业方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

1)对机械臂视野内图像和阀门模板图像分别提取SIFT特征点，并根据余弦距离匹配图像间的特征点对；

2)根据匹配好的特征点对计算目标图像和模板图像间的坐标转换关系，将模板图像中的旋拧工作点转换到目标图像中；

其中，s_x,s_y表示缩放因子，θ表示坐标系之间的旋转角度，p_x,p_y表示坐标系间的平移变换，x_d,y_d表示目标图像特征点坐标，x_m,y_m表示模板图像中特征点坐标。

3)对相机进行标定，计算相机坐标系与机械臂基坐标系之间的转换矩阵，将图上坐标转化为基坐标系下坐标，定位基坐标系下旋拧工作点坐标，进而计算机械臂的初始目标位置；

4)在阀门旋拧过程中，设定期望接触力，对阀门手轮位置跟踪；当末端接触力与期望接触力不相等时，根据阻抗控制器建立力误差与机械臂动力学之间的联系，不断调整机械臂位姿，保证减小末端接触力与期望接触力之间的误差。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过对机器视觉技术展开研究，在图像信息中获取阀门手轮旋拧工作点的位置，为机械臂运动控制提供目标位姿，进而实现阀门旋拧的自主作业。为了克服旋拧过程中的轴向力问题，本发明利用阻抗控制器实现机械臂末端对阀门手轮的位置跟踪，旋拧过程中，机械臂具有轴向的主动柔顺性，释放末端轴向接触力。

附图说明