基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法与制作流程

图片简介:本技术提供了一种基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，所述方法包括：构建双机械臂的数学模型；通过双目视觉获取待加工工件在双机械臂的坐标系中的初始位姿；设定双机械臂组合待加工工件的运动模式；根据双机械臂的数学模型、初始位姿和运动模式控制双机械臂对待加工工件进行组合；实时获取双机械臂在组合过程中受到的作用力并处理；根据处理后的作用力调整双机械臂在组合过程中的位姿。

本技术能够协调控制双机械臂抓取、组合不规则物体，具有较好的实施性和协调性。

技术要求1.一种基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，所述双臂机器人包括双机械臂，所述方法包括：构建所述双机械臂的数学模型；通过双目视觉获取待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿；设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式；根据所述双机械臂的数学模型、所述初始位姿和所述运动模式控制所述双机械臂对所述待加工工件进行组合；实时获取所述双机械臂在组合过程中受到的作用力并处理；根据处理后的所述作用力调整所述双机械臂在组合过程中的位姿。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，构建所述双机械臂的数学模型包括：通过D-H表示法建立所述双机械臂各关节的参考坐标系；确定所述双机械臂的D-H参数；根据所述D-H参数和所述参考坐标系得到所述双机械臂中相邻关节间的相对位置关系。

3.根据权利要求2所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，所述相对位置关系的表达式为：其中，Ai为关节i和i-1之间的相对位置关系，θi为关节i的旋转角，βi为关节i和关节i-1间的扭转角，αi为关节i的长度；di为关节i的偏距。

4.根据权利要求3所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，通过双目视觉获取待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿包括：通过单目视觉获取在世界坐标系中的所述待加工工件的顶面圆心和底面圆心在像平面上的平面坐标；通过双目视觉根据所述平面坐标得到所述顶面圆心和所述底面圆心在世界坐标系中的三维坐标并计算所述待加工工件的倾斜角度；根据所述三维坐标得到所述顶面圆心和所述底面圆心之间的高度差，以及所述顶面圆心和所述底面圆心在所述像平面上的投影距离；根据所述三维坐标、所述高度差、所述投影距离和所述倾斜角度得到所述待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿。

5.根据权利要求4所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式包括：通过单机械臂预组合所述待加工工件并得到预组合算法；根据所述预组合算法对所述双机械臂中的第一机械臂进行示教编程，以得到所述第一机械臂的运动控制程序；通过实验得到所述双机械臂中的第二机械臂的运动控制程序，以及所述第一机械臂和所述第二机械臂的预接触位置；根据所述第一机械臂的运动控制程序、第二机械臂的运动控制程序和所述预接触位置设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式。

6.根据权利要求5所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，获取所述双机械臂在所述组合过程中受到的作用力并处理包括：通过力传感器获取所述双机械臂在组合过程中受到的作用力，并对所述作用力进行标定和解耦。

7.根据权利要求6所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，进行标定的表达式为：V×D＝FF＝(Fx Fy Fz Mx My Mz)V＝(v1 v2 v3 v4 v5 v6)其中，F为给定力和力矩组成矩阵，V为测得的电压矩阵，D为标定矩阵。

8.根据权利要求7所述的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，其特征在于，根据处理后的所述作用力调整所述双机械臂在组合过程中的位姿包括：设定所述双机械臂接触时期望保持的作用力的阈值；根据处理后的所述作用力和所述作用力的阈值得到所述双机械臂位姿的调整值；根据所述调整值调整所述双机械臂的位姿。

技术说明书基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法技术领域本技术涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法。

背景技术机器人被广泛应用于汽车零部件、3C电子、金属机械、五金卫浴、食品饮料、服务行业、科研试验、医疗制药等行业。

而近年来，对让机器人在人类环境中对物体的操作得到了广泛的关注，随着机器人应用范围的不断扩大，各种新的操作任务和工作环境对机器人的操作能力提出了更高的要求。

比如，让机器人与人类协同完成工业任务，顺应市场需求诞生了轻便灵巧的“协作机器人”。

目前，随着协作机器人变得越来越轻便和灵活，它们也开始更多的应用于服务机器人行业。

但对于单臂协作机器人来说，需要搬运大型物体或不易用一只手臂持有的物体时特别困难。

与单臂协作机器人相比，双臂协作机器人拥有非常多的自由度和复杂的结构，提高了机器人的灵活性和通用性。

然而，双臂协作机器人难以有效地对不规则物体进行抓取、组合动作，并且随着不规则物体形状的变化也会增加抓取、组合的难度。

技术内容本技术旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。

为此，本技术的目的在于提出一种基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，能够协调控制双机械臂抓取、组合不规则物体，具有较好的实施性和协调性。

为达到上述目的，本技术实施例提出了一种基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，所述双臂机器人包括双机械臂，所述方法包括：构建所述双机械臂的数学模型；通过双目视觉获取待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿；设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式；根据所述双机械臂的数学模型、所述初始位姿和所述运动模式控制所述双机械臂对所述待加工工件进行组合；实时获取所述双机械臂在组合过程中受到的作用力并处理；根据处理后的所述作用力调整所述双机械臂在组合过程中的位姿。

根据本技术实施例的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，通过构建双机械臂的数学模型，并通过双目视觉获取待加工工件在双机械臂的坐标系中的初始位姿，以及设定双机械臂组合待加工工件的运动模式，然后根据双机械臂的数学模型、初始位姿和运动模式控制双机械臂对待加工工件进行组合，实时获取双机械臂在组合过程中受到的作用力并处理，并根据处理后的作用力调整双机械臂在组合过程中的位姿，由此，能够协调控制双机械臂抓取、组合不规则物体，具有较好的实施性和协调性。

另外，根据本技术上述实施例提出的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法还可以具有如下附加的技术特征：根据本技术的一个实施例，构建所述双机械臂的数学模型包括：通过D-H表示法建立所述双机械臂各关节的参考坐标系；确定所述双机械臂的D-H参数；根据所述D-H参数和所述参考坐标系得到所述双机械臂中相邻关节间的相对位置关系。

进一步地，所述相对位置关系的表达式为：其中，Ai为关节i和i-1之间的相对位置关系，θi为关节i的旋转角，βi为关节i和关节i-1间的扭转角，αi为关节i的长度；di为关节i的偏距。

根据本技术的一个实施例，通过双目视觉获取待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿包括：通过单目视觉获取在世界坐标系中的所述待加工工件的顶面圆心和底面圆心在像平面上的平面坐标；通过双目视觉根据所述平面坐标得到所述顶面圆心和所述底面圆心在世界坐标系中的三维坐标并计算所述待加工工件的倾斜角度；根据所述三维坐标得到所述顶面圆心和所述底面圆心之间的高度差，以及所述顶面圆心和所述底面圆心在所述像平面上的投影距离；根据所述三维坐标、所述高度差、所述投影距离和所述倾斜角度得到所述待加工工件在所述双机械臂的坐标系中的初始位姿。

根据本技术的一个实施例，设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式包括：通过单机械臂预组合所述待加工工件并得到预组合算法；根据所述预组合算法对所述双机械臂中的第一机械臂进行示教编程，以得到所述第一机械臂的运动控制程序；通过实验得到所述双机械臂中的第二机械臂的运动控制程序，以及所述第一机械臂和所述第二机械臂的预接触位置；根据所述第一机械臂的运动控制程序、第二机械臂的运动控制程序和所述预接触位置设定所述双机械臂组合所述待加工工件的运动模式。

根据本技术的一个实施例，获取所述双机械臂在所述组合过程中受到的作用力并处理包括：通过力传感器获取所述双机械臂在组合过程中受到的作用力，并对所述作用力进行标定和解耦。

进一步地，进行标定的表达式为：V×D＝FF＝(Fx Fy Fz Mx My Mz)V＝(v1 v2 v3 v4 v5 v6)其中，F为给定力和力矩组成矩阵，V为测得的电压矩阵，D为标定矩阵。

根据本技术的一个实施例，根据处理后的所述作用力调整所述双机械臂在组合过程中的位姿包括：设定所述双机械臂接触时期望保持的作用力的阈值；根据处理后的所述作用力和所述作用力的阈值得到所述双机械臂位姿的调整值；根据所述调整值调整所述双机械臂的位姿。

附图说明图1为本技术实施例的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法的流程图；图2为本技术一个实施例的构建双机械臂的数学模型的方法的流程图；图3为本技术一个实施例的机械臂的D-H表示法的示意图；图4为本技术一个实施例的机械臂的D-H参数的图表；图5为本技术一个实施例的通过双目视觉获取待加工工件初始位姿的方法的流程图；图6为本技术一个实施例的待加工工件的倾斜角度的分解示意图；图7为本技术一个实施例的倾斜的待加工工件的示意图；图8为本技术一个实施例的待加工工件在双机械臂的坐标系中位姿的示意图；图9为本技术一个实施例的设定双机械臂组合待加工工件的运动模式的方法的流程图；图10为本技术一个实施例的根据处理后的作用力调整双机械臂在组合过程中的位姿的方法的流程图；图11为本技术一个实施例的闭环控制系统的示意图。

具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

图1为本技术实施例的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法的流程图。

如图1所示，本技术实施例的基于双目视觉的双臂机器人协调控制方法，包括步骤：S1，构建双机械臂的数学模型。

具体地，如图2所示，步骤S1包括：S101，通过D-H表示法建立双机械臂各关节的参考坐标系。

举例而言，当双机械臂中的任一机械臂均包括六个关节时，如图3所示，可通过D-H表示法分别为机械臂中关节1、2、3、4、5、6分别建立参考坐标系。

S102，确定双机械臂的D-H参数。

举例而言，当双机械臂中的任一机械臂均包括六个关节时，如图4所示，可分别确定每个关节的旋转角θ、扭转角β、长度α、偏角d和关节变量的范围。