RGB-D傳感器實(shí)現(xiàn)六自由度工業(yè)機(jī)器人的視覺(jué)伺服方法

機(jī)器人協(xié)助人類已成為一種智能高效的工作流程，機(jī)器人應(yīng)該準(zhǔn)確感知工作環(huán)境，不干擾正常工作流程。將機(jī)器視覺(jué)方法用于圖像處理和機(jī)器人執(zhí)行過(guò)程，稱為機(jī)器人基于視覺(jué)運(yùn)動(dòng)控制的視覺(jué)伺服方法。目前主要采用2D攝像機(jī)進(jìn)行視覺(jué)伺服應(yīng)用，對(duì)圖像中的邊緣或角點(diǎn)方向進(jìn)行精確定位，但是對(duì)于沒(méi)有明顯特征的物體，2D攝像機(jī)效果較差，深度感測(cè)攝像機(jī)是更好的選擇。RGB-D傳感器能提供從深度數(shù)據(jù)生成的點(diǎn)云，不用尋找特征點(diǎn)方向，檢測(cè)到的圖像已經(jīng)是可用于工作區(qū)中的2.5D對(duì)象，可以通過(guò)迭代最近點(diǎn)（ICP）算法，將2.5D對(duì)象的點(diǎn)云與模型匹配。

本文將機(jī)器人分解為幾個(gè)鏈接部分，使得關(guān)節(jié)方向可以從云對(duì)齊中計(jì)算出來(lái)。兩個(gè)放置在65cm以外、俯仰角為30°的RGB-D傳感器具有較寬的視野，用于跟蹤具有六自由度的機(jī)械手，進(jìn)行關(guān)節(jié)位置感知和視覺(jué)伺服，深度感測(cè)定位和對(duì)象匹配最高精度通過(guò)比較兩個(gè)RGB-D得出。ICP算法匹配機(jī)器人關(guān)節(jié)點(diǎn)云過(guò)程中，關(guān)節(jié)鏈接模型由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）生成，根據(jù)鏈接坐標(biāo)系建立對(duì)應(yīng)D-H矩陣，表示各鏈接位姿關(guān)系，從機(jī)器人點(diǎn)云到匹配模型的偏差被用來(lái)計(jì)算關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)點(diǎn)云的再次對(duì)齊，整體是通過(guò)點(diǎn)云庫(kù)（PLC）實(shí)現(xiàn)。

從PCL實(shí)現(xiàn)CAD模型的包絡(luò)點(diǎn)云，通過(guò)D-H與參數(shù)的變換耦合算法，保證關(guān)節(jié)間的相互耦合。RGB-D傳感器和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)信息在操作系統(tǒng)（ROS）中進(jìn)行交互，使可視化模型與深度圖像一起顯現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模型可觀察和可控。RGB-D在顛簸情況下檢測(cè)的圖像，ICP算法精度較低，難以準(zhǔn)確計(jì)算匹配，此時(shí)通過(guò)最小二乘法進(jìn)行機(jī)器人點(diǎn)云的平滑處理，關(guān)節(jié)角度匹配可以精確到±0.5°。

Varhegyi T,et al.Oagm&Arw 2017 Joint Workshop on"vision, Automation and Robotics Conference. Oct.2017.

編譯：羅蘭