[发明专利]基于等效中心点识别的柔性机器人臂形测量方法及系统

说明书

本发明涉及基于等效中心点识别的柔性机器人臂形测量方法和系统。其方法主要包括：通过固定于刚性机器人上的双目相机采集所述的柔性机器人的臂段的完整侧面图像；根据双目相机所采集的双目图像中分别检测的臂段，识别和拟合臂杆轮廓，求解相应的臂段中心的图像像素坐标；根据人机交互设备的触发信息，确定左右目图像中同一臂段在两图像中的对应中心点；解算双目图像的两中心点像素坐标所对应的臂杆中心在双目相机坐标系中的位姿；通过运动学算法，确定所述的双目相机当前相对于刚性机械臂基座的位姿，并且根据所述的刚性机械臂相对于所述的柔性机器人的安装位置关系，将解算的位姿换算为臂段中的臂杆中心在柔性机器人基座坐标系中的位姿。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，一般涉及用于绳驱柔性机器人臂形测量方法和系统。本发明尤其涉及基于等效中心点识别的柔性机器人臂形测量方法及系统。

背景技术

灾害救援、环境探测、设备检修及维护等应用场景，具有作业空间狭小、障碍物多等特点。传统机器人难以在这些场景完成任务，而运动灵活且体型纤细的绳驱柔性机械臂却能够发挥重要作用。绳驱柔性机器人主要通过绳索实现驱动，然而因绳索驱动过程中存在伸缩及与接触部位的摩擦阻力等，绳驱柔性机器人的运动学及动力学方程较为复杂并难以准确反映其实际的特性，这导致绳驱柔性机器人在执行任务的过程中，时常难以准确地到达预期给定的位置。

为此，有必要借助视觉等外部传感方式来获得绳驱柔性机器人各部分的位置和姿态，从而实现运动过程的视觉闭环反馈，以便纠正绳索误差及模型计算不准确导致的偏差，使得绳驱柔性机器人的运动更加准确。目前采用的测量方法主要是在绳驱柔性机器人的臂杆上安装二维码等典型特征，对于二维平面运动的臂杆测量也可以添加标志球。但这些方式都需要在绳驱柔性机器人上额外安装辅助测量的典型特征，安装精度难以保证，且会对绳驱柔性机器人本身的运动性能有一定影响，且在一些工作场合额外安装典型特征难度较大。因此，有必要研究绳驱柔性机器人上本身具备的自然特征的视觉测量方法，从而能简单方便地测量绳驱柔性机器人的臂形。

发明内容

本发明提供基于等效中心点识别的柔性机器人臂形测量方法及系统，旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。本发明的方案利用柔性机器人机械臂本身具备的自然特征，针对臂杆工装与柔性机器人机械臂其它部分和环境的颜色和反光性能不同，提取臂杆的轮廓，拟合臂杆中心点，通过对双目相机拍摄柔性机器人机械臂图片中臂杆中心点的提取，求解臂杆中心点的位置，进而得到柔性机器人机械臂的臂杆相对于相机的位姿。本发明的方法对臂杆轮廓拟合精度要求低，对臂杆形状适应性强，可用于矩形侧面臂杆或圆柱体臂杆等，该方法对相机与臂杆间距离要求低，随距离增加识别精度降低较小。同时还间接提出了刚性臂辅助测量柔性机器人机械臂的臂形的方法，通过刚性臂带动末端手眼相机移动，调整相机观察柔性机器人机械臂的角度，能够极大程度的减少臂杆间相互遮挡等带来的问题，使臂杆侧面在图像中更加完整，提高识别精度。

本发明的技术方案涉及一种基于等效中心点识别的柔性机器人臂形测量方法，所用于的柔性机器人包括多个臂段，每个臂段包括多个的臂杆，臂杆之间通过万向节串联。所述方法包括以下步骤：

A、通过固定于刚性机器人上的且空间位姿可调的双目相机采集所述的柔性机器人的至少一个臂段的完整侧面图像；

B、根据双目相机所采集的双目图像中分别检测的一个或多个臂段，识别和拟合臂杆轮廓，求解相应的臂段的中心的图像像素坐标；

C、根据人机交互设备的触发信息，确定左目图像和右目图像中同一臂段在两图像中的对应中心点；

D、通过最小二乘法解算左目图像和右目图像的两中心点像素坐标所对应的臂杆中心在双目相机坐标系中的位姿；

E、根据当前刚性机械臂的关节角、机械臂杆长尺寸和所述的双目相机的安装尺寸，通过运动学算法，确定所述的双目相机当前相对于刚性机械臂基座的位姿，并且根据所述的刚性机械臂相对于所述的柔性机器人的安装位置关系，将所述步骤D中解算的位姿换算为臂段中的至少一个臂杆中心在柔性机器人基座坐标系中的位姿；