[发明专利]一种机器人料框抓取规划与碰撞检测方法

权利要求书

1.一种机器人料框抓取规划与碰撞检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将实际模型简化，输入模型参数建立简化模型；

在步骤S1中，将实际模型简化包括：将机器人的抓取夹爪的两片夹爪简化为一个长方体，将料框简化为五个平面；

S2：根据简化模型建立坐标系，并进行坐标系变换；

在步骤S2中，建立的坐标系包括机器人坐标系O₁，夹爪坐标系O₂和料框坐标系O₃；

在步骤S2中，将夹爪坐标系O₂变换到料框坐标系O₃下考虑夹爪与料框侧面的碰撞情况；

坐标系变换的算法如下：

已知夹爪坐标系O₂在机器人坐标系O₁下的齐次变换矩阵为

，

料框坐标系O₃在机器人坐标系O₁下的齐次变换矩阵为

，

则夹爪坐标系O₂在料框坐标系O₃下的齐次变换矩阵为

；

将位置和姿态分开考虑，即：

；

；

其中，为的旋转矩阵，为的旋转矩阵，为的旋转矩阵，为的平移向量，为的平移向量，为的平移向量；

在实际生产过程中，可以控制料框的摆放位置和自定义料框坐标系，当建立的料框坐标系与机器人坐标系的xyz方向一致时，为单位矩阵，则

；

；

S3：获取目标工件相对于机器人的位姿；

在步骤S3中，通过3D相机与标定好的手眼变换矩阵得到目标工件相对于机器人的位姿；其中，为工件姿态，为目标工件相对于机器人的平移向量；

S4：将位姿进行变换后得到抓取姿态，并带入到坐标系进行碰撞检测；

在步骤S4中，具体包括以下步骤：

S4.1：设置工件姿态变换区间Rx[x1，x2]、Ry[y1，y2]、Rz[z1，z2]以及步长Step；

S4.2：对变换区间进行遍历，将工件姿态分别绕Rx、Ry、Rz旋转，得到变换姿态；

在步骤S4.2中，还包括通过对工件姿态进行约束，得到约束后的工件姿态，并通过计算得到变换姿态；约束方法如下：

针对绕X轴旋转对称的工件，首先将工件姿态转换为ZYX顺序的欧拉角，接着从欧拉角中提取绕X轴旋转的角度值θ，将θ乘以-1后再转换为旋转矩阵R_Xr，然后通过计算得到约束后的工件姿态：

；

针对绕Y轴旋转对称的工件，首先将工件姿态转换为ZXY顺序的欧拉角，接着从欧拉角中提取绕Y轴旋转的角度值θ，将θ乘以-1后再转换为旋转矩阵R_Yr，然后通过计算得到约束后的工件姿态：

；

再将代入，计算得到变换姿态；

S4.3：根据变换姿态和平移向量得到变换后的位姿，将变换后的位姿作为抓取姿态带入到坐标系进行碰撞检测；

S5：在碰撞检测的基础上做抓取规划。