[发明专利]一种基于视触多尺度定位的机器人操作位姿控制方法

说明书

本发明提出了一种基于视触多尺度定位的机器人操作位姿控制方法，本发明首先通过视觉传感器测量获取操作环境和待操作目标物体的状态，根据采集图像信息并考虑安全距离，初步得到待操作目标物体的估计位姿和机械臂系统的估计目标位姿；然后，通过触觉传感器测量获取机器臂系统末端与待操作目标物体的相对位姿偏差；最后，根据机器人操作精度要求，通过迭代控制和调整机械臂系统的估计目标位姿。本发明通过视触多尺度定位方法，利用触觉感知增加局部信息，对机器人操作位姿进行精准控制；本发明提出了基于触觉传感器的位姿误差测量方法，在六维误差空间内精确测量机械臂系统末端与待操作目标物体的相对位姿偏差，提高了机器人操作位姿误差测量精度。

技术领域

本发明涉及一种基于视触多尺度定位的机器人操作位姿控制方法，属于机器人视触觉感知和机器人操作的技术领域。

背景技术

在机器人操作平台中，视觉和触觉感知作为机器人的眼睛和皮肤，是机器人与外界环境交互时的重要感觉功能，是智能机器人操作的关键技术之一。视觉信息能够为机器人提供周围环境信息，存在物体的数量、分布信息，以及各个物体的轮廓、尺寸等信息；触觉信息能够为机器人提供物体表面特性信息，机器人与物体的接触状态信息，以及更加精确的物体方位信息等。

目前在机器人领域中，多利用视觉测量进行目标识别与分类。视觉测量系统能够提供机器人操作平台的全局信息。但在实际的视觉测量中，不可避免地会存在受光线影响、背景杂乱干扰、以及物体之间重叠、遮挡等情况，使得机器人很难对目标物体状态有充分的分析和判断；另外，在视觉测量中对深度的估计存在误差较大等问题。触觉传感器在机器人操作中，多与机械手结合，为机器人操作提供目标物体的细节信息。但在实际的触觉测量中，存在缺乏对操作环境和目标物体的整体认识等问题。这些情况都会严重影响机器人操作过程中的准确性和安全性。

如现有的一种基于GelSlim触觉传感器(Tactile-Based Insertion for DenseBox-Packing,IROS 2019:7953-7960.)，对机器人收纳中的插入摆放过程进行了误差预测和控制。其具体实施方案是将触觉传感器安装于二指手指腹处，利用采集到的图像序列训练两个神经网络(Alexnet+LSTM)，用DirectionNN估计误差方向对应的误差象限，即误差组合分类；用MagnitudeNN预测误差值的大小。但该方法中考虑的误差空间维度只有二维，即x方向的位移偏差和绕z轴的转角偏差，无法满足实际应用中在六维误差空间的定位需求。

综上，为了使机器人操作具有更好的精准度、灵巧度和稳定性，传统的基于视觉和触觉的测量方法已无法满足机器人操作需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种基于视触多尺度定位的机器人操作位姿控制方法。本发明基于视觉和触觉信息，对机器人操作过程中的目标位姿状态进行有效估计，实现操作机器人在笛卡尔空间中的六自由度精准定位，可为机器人精准操作任务提供理论指导和系统支撑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种基于视触多尺度定位的机器人操作位姿控制方法，其特征在于，该方法涉及的机器人操作平台包括机械臂系统、视觉传感器、触觉传感器和支撑平台；所述机械臂系统包括模块化机械臂和机械手，由模块化机械臂带动机械手抓取放置于支撑平台上的待操作目标物体；视觉传感器安装于机械臂系统的斜上方；触觉传感器安装于机械手的手掌处；所述机器人操作位姿控制方法包括以下步骤：

1)利用视觉传感器对待操作目标物体进行粗定位

1.1)机器人操作平台根据操作任务，通过视觉传感器进行数据采集，以获取操作环境和待操作目标物体的状态；

1.2)对待操作目标物体进行目标检测，并对该待操作目标物体的位姿进行初步估计，具体包括以下步骤：

1.2.1)采用目标检测方法对待操作目标物体进行识别；