CN108908344A - 一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，属于巡检机器人机械臂末端定位方法领域；其方法，包括步骤1：通过调整坐标使机械臂末端平行于地面；步骤2：通过视觉传感器获取地面特征识别结果，机械臂根据地面特征识别结果平行于地面移至末端预置点完成第一次2D视觉定位；步骤3：保持预置点坐标不变旋转所需俯仰角度使视觉传感器平行操作面；步骤4：通过视觉传感器获取操作面特征识别结果，根据操作面特征识别结果调整机械臂末端使其到达操作面预置点完成第二次2D视觉定位；本发明通过基于平面进行两次2D视觉定位并调整，避免了采用一次2D视觉定位精度低、采用2D视觉结合距离传感器成本高的缺点，降低了定位成本且实现精准的空间定位。
Description
技术领域
本发明属于巡检机器人机械臂末端定位方法领域，尤其是一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法。
背景技术
近年来，随着机器人行业的发展，安防巡检类机器人在大型厂房、车间、变电站等各个领域兴起，巡检机器人系统的出现，节省大量的人力、物力和财力，尤其对于高危场所的巡检，巡检机器人成为最佳方案。目前，巡检机器人系统已经能够识别各类仪表、防火预警等工作。除此之外，巡检机器人搭载机械臂之后，便能够对现场进行各种操作。
目前大多数基于激光雷达SLAM导航的巡检机器人的定位精度低，带来的误差在几厘米到十几厘米，无法做到零误差，不足以满足机械臂操作要求；机械臂要求基座处于固定位置，从而才能保证末端工具运动的轨迹及位姿固定。当巡检机器人导航出现偏差时即实际停止位置与示教停止位置产生偏差，基座的位置与示教位置不同，从而末端工具的位姿与示教位置不同，导致无法正确执行相关操作设备的指令。现有技术中利用2D视觉一次定位方法，无法对空间进行准确定位，仅能在平面内保证准确，无法保证深度方向距离、位置角与示教点一致；利用2D视觉与距离检测传感器的结合方法或3D视觉定位，因需要同时设置视觉组件和测距组件导致成本较高。因此，需要一种机械臂末端空间定位方法可以保证测量精度的同时降低成本。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，解决现有机械臂末端空间定位采用一次2D视觉定位精度低、采用2D视觉结合距离传感器成本高的问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，包括如下步骤：
步骤1：通过调整坐标使机械臂末端平行于地面；
步骤2：通过视觉传感器获取地面特征识别结果，机械臂根据地面特征识别结果平行于地面移至末端预置点完成第一次2D视觉定位；
步骤3：保持预置点坐标不变旋转所需俯仰角度使视觉传感器平行操作面；
步骤4：通过视觉传感器获取操作面特征识别结果，根据操作面特征识别结果调整机械臂末端使其到达操作面预置点完成第二次2D视觉定位。
优选地，所述步骤1调整坐标包括设置末端的沿Y轴的旋转矢量即Ry＝0°，沿X轴的旋转矢量即Rx＝90°。
优选地，所述步骤2中的地面特征包括地面设置的点或者线或者符号，所述操作面特征包括操作面设置的点或者线或者符号。
优选地，所述步骤3中俯仰角度的取值范围为N*90°(0≤N≤3)。
优选地，所述步骤3中旋转方向采用逆时针或者顺时针。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明通过基于平面进行两次2D视觉定位并调整，实现机械臂末端的工具的位置、姿态与目标位姿一致，消除机器人导航及运动误差，避免了采用一次2D视觉定位精度低、采用2D视觉结合距离传感器成本高的缺点；达到了降低定位成本、提高末端空间定位精度的效果；
2.本发明通过第一次2D视觉定位末端预置点，第二次2D视觉定位操作面预置点，不仅保证平面准确度，又保证了深度方向距离和位置与示教点一致，实现利用两次2D视觉定位提高空间定位精度的同时节约成本；
3.本发明通过设置的坐标对应调整末端平行地面，保证第一次2D视觉定位的准确度；通过操作面在机械臂的位置对应旋转俯仰角度，防止因位置带来的误差，进一步提高机械臂末端空间定位精度；
4.本发明通过固定设置的操作面与操作面预置点保证机械臂末端定位的位置，通过固定的两个参数确定了定位的唯一性，进一步提高了机械臂末端空间定位的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的巡检机器人结构示意图；
图3为本发明的机械臂结构示意图；
图4为本发明的实施例1视觉传感器平行地面时操作示意图；
图5为本发明的实施例1视觉传感器平行操作面时操作示意图；
图6为本发明的测试数据表。
附图标记：1-运动系统，2-导航系统，3-云台及视觉系统，4-机械臂，5-通信系统，6-2D视觉传感器，7-工具安装更换系统，8-操作工具，9-基座，10-地面特征，11-开关柜，12-操作面特征。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
技术问题：解决现有机械臂末端空间定位采用一次2D视觉定位精度低、采用2D视觉结合距离传感器成本高的问题。
技术手段：
一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，包括如下步骤：
步骤1：通过调整坐标使机械臂末端平行于地面；
步骤2：通过视觉传感器获取地面特征识别结果，机械臂根据地面特征识别结果平行于地面移至末端预置点完成第一次2D视觉定位；
步骤3：保持预置点坐标不变旋转所需俯仰角度使视觉传感器平行操作面；
步骤4：通过视觉传感器获取操作面特征识别结果，根据操作面特征识别结果调整机械臂末端使其到达操作面预置点完成第二次2D视觉定位。
步骤1调整坐标包括设置末端的沿Y轴的旋转矢量即Ry＝0°，沿X轴的旋转矢量即Rx＝90°。
步骤2中的地面特征包括地面设置的点或者线或者符号，所述操作面特征包括操作面设置的点或者线或者符号。
步骤3中俯仰角度的取值范围为N*90°(0≤N≤3)。
步骤3中旋转方向采用逆时针或者顺时针。
技术效果：通过基于平面进行两次2D视觉定位并调整，实现机械臂末端的工具的位置、姿态与目标位姿一致，消除机器人导航及运动误差，避免了采用一次2D视觉定位精度低、采用2D视觉结合距离传感器成本高的缺点；达到了降低定位成本、末端空间定位精度达到亚像素级的效果。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
巡检机器人需要对开关柜11进行分闸操作，巡检机器人利用激光雷达导航来到被操作设备附近，因导航精度及运动控制精度造成实际位置与预置位存在偏差。首先调整机械臂最末端关节，保持末端的沿Y轴的旋转矢量即Ry＝0°，沿X轴的旋转矢量即Rx＝90°，使视觉传感器平行于地面即平行于XOY面；若所述坐标系不是图4所示，则需要根据坐标的设置进行对应的调整，使其调整后平行于地面；然后，视觉传感器对事先录入系统的地面特征10进行识别；根据视觉识别结果调整机械臂的位置，在XOY面进行平移，移动过程中机械臂末端的高度为恒定值，且姿态角始终平行于地面；移动至末端预置点A时，保持A(x，y，z)位置坐标不变，进行姿态角调整，保持沿Y轴的旋转矢量即Ry，沿Z轴的旋转矢量即Rz不变，沿X轴的旋转矢量即俯仰角Rx旋转90°，使末端视觉传感器平行于操作面；接着，视觉传感器对事先录入系统的操作面特征12进行识别，根据视觉识别结果调整机械臂的位置，在XOZ面进行平移到达操作面的预置点即完成末端空间定位，机械臂末端完成定位后可进行相关操作，比如姿态或者位置。本发明的定位精度如图6所示的数据表所示，定位精度利用高倍相机测量，空间定位精度已达到亚像素级，大大提高机械臂末端的空间定位精度；经过两次2D视觉定位，保证机械臂末端的工具的位置、姿态与目标位姿一致，消除机器人导航及运动误差，可使末端空间定位精度达到亚像素级；采用视觉传感器两次定位，避免了采用视觉传感器结合距离传感器定位成本高的缺点。
实施例2
基于实施例1，若操作面在机器人右侧，俯仰角度选择270度，使末端视觉传感器顺时针旋转270度后平行操作面；或者俯仰角度选择90度，使末端视觉传感器逆时针旋转90度后平行操作面。根据操作面和机械臂的位置选择不同的角度进行定位，避免因位置差别带来的误差，进一步提高了机械臂末端空间定位精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：通过调整坐标使机械臂末端平行于地面；
步骤2：通过视觉传感器获取地面特征识别结果，机械臂根据地面特征识别结果平行于地面移至末端预置点完成第一次2D视觉定位；
步骤3：保持预置点坐标不变旋转所需俯仰角度使视觉传感器平行操作面；
步骤4：通过视觉传感器获取操作面特征识别结果，根据操作面特征识别结果调整机械臂末端使其到达操作面预置点完成第二次2D视觉定位。
2.根据权利要求1所述的一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，其特征在于：所述步骤1调整坐标包括设置末端的沿Y轴的旋转矢量即Ry＝0°，沿X轴的旋转矢量即Rx＝90°。
3.根据权利要求1所述的一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，其特征在于：所述步骤2中的地面特征包括地面设置的点或者线或者符号，所述操作面特征包括操作面设置的点或者线或者符号。
4.根据权利要求1所述的一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，其特征在于：所述步骤3中俯仰角度的取值范围为N*90°(0≤N≤3)。
5.根据权利要求4所述的一种巡检机器人机械臂末端空间定位方法，其特征在于：所述步骤3中旋转方向采用逆时针或者顺时针。
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