一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统技术方案

本发明专利技术提供一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，包括视觉伺服模块、信息处理模块、机械臂控制模块、驱动模块和三维实时仿真模块；驱动模块实现机械臂控制模块与冗余机械臂间的通信；视觉伺服模块采集工作空间环境信息，识别出目标体和障碍物信息；信息处理模块根据目标体和障碍物信息，构建障碍物的三维实体模型，获取目标体的位姿信息；机械臂控制模块根据来自三维实时仿真模块的用户操作指令，结合障碍物的三维实体模型和目标体的位姿信息，将工作空间的目标转换为关节空间的控制指令，发送给驱动模块，控制机械臂末端向目标体移动。本发明专利技术集合了视觉伺服的优点和避障客观功能要求；既可离线验证，又可与实体机械臂连接，具有广泛应用前景。

A Visual Servo Obstacle Avoidance System for Redundant DOF Manipulator

【技术实现步骤摘要】
一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统
本专利技术涉及机械臂控制
，特别是指一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统。
技术介绍
随着机械、电子、航空航天、军事国防和生物医药等工业的发展，越来越多的工业产品和科学实验活动要求自动化、精密化、高效率、高质量和高可靠性。无论是中国提出的“中国制造2025”还是德国提出的“工业4.0”，机械臂的发展无疑是一支不可忽视的力量。无论是机械臂单独被动操作还是人类与机械臂协同完成任务，出于安全第一的原则，防止碰撞是非常重要的。在三维空间内，一般机器臂只需要6个自由度就可以到达空间中的某一位置，并实现期望的状态。但这种6自由度的机械手往往存在关节限位，可达工作空间局限性高等缺点。冗余自由度机械臂这种独特的设备与其他非冗余自由度机械臂相比，具有高度的适应性与灵活性，具体表现可以利用多余的自由度避开障碍物，而又不影响末端执行器的操作。技术的进步也推动了传感器技术的革新。各种高性能、高稳定、高智能的传感器如雨后春笋般出现。视觉传感器具有信息量大、非接触式测量、应用范围广阔等诸多方面的优点。将机械臂与视觉信息结合，催生了视觉伺服的提出。但已有的视觉伺服方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，包括视觉伺服模块、信息处理模块、机械臂控制模块、驱动模块，以及三维实时仿真模块；其中，所述驱动模块用于实现所述机械臂控制模块与待控制的冗余机械臂之间的通信，根据所述机械臂控制模块输出的控制指令驱动所述冗余机械臂运作，同时将所述冗余机械臂各关节的状态信息实时传输给所述信息处理模块；所述视觉伺服模块用于采集冗余机械臂工作空间的环境信息，识别出其中的目标体和障碍物信息，并将目标体和障碍物信息传输给所述信息处理模块；所述信息处理模块用于根据目标体和障碍物信息，构建障碍物的三维实体模型，同时获取目标体的位姿信息；并将障碍物的三维实体模型和冗余机械臂各...

【技术特征摘要】
1.一种冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，包括视觉伺服模块、信息处理模块、机械臂控制模块、驱动模块，以及三维实时仿真模块；其中，所述驱动模块用于实现所述机械臂控制模块与待控制的冗余机械臂之间的通信，根据所述机械臂控制模块输出的控制指令驱动所述冗余机械臂运作，同时将所述冗余机械臂各关节的状态信息实时传输给所述信息处理模块；所述视觉伺服模块用于采集冗余机械臂工作空间的环境信息，识别出其中的目标体和障碍物信息，并将目标体和障碍物信息传输给所述信息处理模块；所述信息处理模块用于根据目标体和障碍物信息，构建障碍物的三维实体模型，同时获取目标体的位姿信息；并将障碍物的三维实体模型和冗余机械臂各关节的状态信息传输给所述三维实时仿真模块显示；同时将障碍物的三维实体模型和目标体的位姿信息传输给所述机械臂控制模块；所述机械臂控制模块用于根据来自所述三维实时仿真模块的用户的操作指令，结合障碍物的三维实体模型和目标体的位姿信息，构建成本函数，将工作空间的目标转换为关节空间的控制指令，发送给所述驱动模块。2.如权利要求1所述的冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，所述冗余机械臂的各关节上分别设置有测量相应关节状态信息的传感器；其中，所述关节状态信息包括关节的位置、速度和加速度。3.如权利要求2所述的冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，所述传感器通过can总线和usb转can通信模块将检测到的相应关节的状态信息传送给所述驱动模块，由所述驱动模块传送给所述信息处理模块。4.如权利要求1所述的冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，所述视觉伺服模块包括单目相机和双目相机；其中，所述单目相机的安装位置相对于所述冗余机械臂的基座位置固定；所述双目相机安装在所述冗余机械臂的末端，随着所述冗余机械臂的运作，所述双目相机的位置相对于所述冗余机械臂的基座位置时刻变化；所述单目相机用于对所述冗余机械臂的整个工作环境进行拍摄得到所述冗余机械臂的工作空间的全景信息；所述双目相机用于采集视野内的图像信息，获取目标体和障碍物的深度信息及RGB图像信息。5.如权利要求4所述的冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，所述视觉伺服模块还包括图像处理单元和图像显示单元；其中，所述图像处理单元用于将所述单目相机拍摄到的工作空间的全景信息传输给所述图像显示单元显示；同时对所述双目相机采集到的深度信息和RGB图像信息进行降噪和去锯齿化操作，得到处理后的深度信息及RGB图像信息，并将处理后的深度信息及RGB图像信息传输给所述信息处理模块。6.如权利要求5所述的冗余自由度机械臂视觉伺服避障系统，其特征在于，所述信息处理模块包括深度信息处理单元、目标体位姿信息获取单元、坐标转换单元和三维模型构建单元；其中，所述深度信息处理单元用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：解仑，眭东亮，周旭，王志良，王先梅，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11