一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法及系统，涉及自动化控制技术领域，包括：获取布料信息，所述布料信息包括边角和轮廓信息；根据视野中布料角的个数控制机械臂对布料进行粗操作或细操作，其中，角的个数小于2时进行粗操作，大于等于2时进行细操作；粗操作通过机械臂甩动布料增大布料的覆盖面积和暴露的边角数；细操作根据确定的抓取点与放置轨迹将布料完全展平。本发明专利技术利用重力对布料褶皱的消除作用，提出了一种分层操作策略，可以减少机械臂展平高度褶皱布料的操作次数，提高展平布料的效率。提高展平布料的效率。提高展平布料的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法及系统


[0001]本专利技术涉及自动化控制
，尤其涉及一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法及系统。

技术介绍

[0002]展平布料是一项重要操作，是布料抓取、折叠、缝纫等后续操作的基础。由于布料的无限自由度与未知的动力学特性，难以确定机械臂动作对布料状态的影响，因此通过机械臂展平布料的方式仍然存在一些问题。目前机械臂展平布料主要采用双臂操作，且停留在实验室阶段。但双臂展平对平台部署及工作空间的要求高，双臂协同控制较为复杂，与之相比，单臂展平更适用于机械臂活动范围有限的情况。现有的单臂机器人展平布料场景，大多在工作台上基于机器视觉，根据布料的特征信息，采用启发式方法确定机械臂的操作动作，例如：
[0003]CN114723831A公开了一种基于启发式的机器人柔性织物展平方法及系统，通过获取织物的图像信息并预处理，从预处理后的图像中筛选出织物的最大褶皱，得到最大褶皱的长度信息和中心点位置；在每个机器人展平动作周期内，沿最大褶皱的垂直平分线方向，控制机器人抓取距离最大褶皱中心点最近的一个角，拖拽最大褶皱长度一半的距离；判断织物状态是否平整。然而，对于高度褶皱的布料，机械臂需要多次迭代动作才能将其展平，展平效率较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法及系统，利用重力对布料褶皱的消除作用，提出了一种分层操作策略，可以减少机械臂展平高度褶皱布料的操作次数，提高展平布料的效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，包括：
[0007]获取布料信息，所述布料信息包括边角和轮廓信息；
[0008]根据视野中布料角的个数判断机械臂对布料进行粗操作或细操作，其中，角的个数小于2时进行粗操作，大于等于2时进行细操作；粗操作通过机械臂甩动布料增大布料的覆盖面积和暴露的边角数；细操作根据确定的抓取点与放置轨迹将布料完全展平。
[0009]作为进一步的实现方式，所述布料信息获取方法为：
[0010]标记布料边角，利用相机采集对齐的布料深度图像和彩色图像；
[0011]对彩色图像进行HSV处理，提取布料的边角作为训练数据集的标签；
[0012]布料深度图像与标签构成U
‑
Net网络的训练数据集；
[0013]根据U
‑
Net网络训练得到的模型由当前布料深度图获取布料边角像素位置；
[0014]当前布料彩色图经过灰度转换与图像降噪，利用Canny检测器获取布料轮廓和边
缘的像素位置。
[0015]作为进一步的实现方式，所述粗操作过程为：
[0016]当视野中角的数目为0时，机械臂通过抓取布料质量中心点将布料举在空中，甩动布料并重新放置；
[0017]当视野中角的数目为1时，机械臂通过抓取该边角将布料举至空中，甩动布料并重新放置。
[0018]作为进一步的实现方式，所述细操作过程为：
[0019]对若干张不同状态的布料彩色图像，标注抓取点，构成训练数据集，并扩充数据集；
[0020]利用ResNet网络结构，由当前布料彩色图像确定抓取点位置；
[0021]根据抓取点位置与布料边角像素位置和布料轮廓及边缘的像素位置确定放置轨迹。
[0022]作为进一步的实现方式，若布料角的两侧边与Canny检测器确定的轮廓构成三角形，则以所述轮廓为展开轴，以所述布料角到轮廓的垂直距离为半径，机械臂以半圆轨迹展开布料；
[0023]若无上层三角形褶皱存在，则放置轨迹平行于工作面。
[0024]作为进一步的实现方式，无上层三角形褶皱存在时，放置向量长度固定，放置向量方向取以下两个单位向量的平均方向：
[0025]布料视觉质量中心指向抓取点；
[0026]抓取点指向距该点最近的边缘外像素点。
[0027]作为进一步的实现方式，通过左右翻转、上下翻转、旋转、仿射变换扩充数据集。
[0028]第二方面，本专利技术的实施例还提供了一种基于分层操作策略的机械臂展平布料系统，包括：
[0029]布料信息感知模块，用于获取布料的边角和轮廓信息；
[0030]机械臂，用于根据布料信息感知模块获取的布料信息对布料进行粗操作或细操作，并将当前布料信息反馈至布料信息感知模块。
[0031]第三方面，本专利技术的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述的基于分层操作策略的机械臂展平布料方法中的步骤。
[0032]第四方面，本专利技术的实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于分层操作策略的机械臂展平布料方法中的步骤。
[0033]本专利技术的有益效果如下：
[0034](1)本专利技术结合布料彩色图像和深度图像，获取布料边角信息和轮廓信息，提高了机器人操作布料的抓取点和放置点选取的准确性。
[0035](2)本专利技术将操作分为粗操作和细操作，粗操作通过机械臂在空中甩动布料，增大布料的覆盖面积，以及暴露布料更多的角；细操作在粗操作的基础上，确定抓取点与放置轨迹，将布料完全展平；粗操作与细操作结合，利用重力对布料褶皱的消除作用，减少机械臂展平高度褶皱布料的操作次数，可以快速有效地提高布料的平整度，从而提高展平过程的
效率。
附图说明
[0036]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0037]图1是本专利技术根据一个或多个实施方式的机械臂展平布料流程图；
[0038]图2是本专利技术根据一个或多个实施方式的整体展平流程示意图；
[0039]图3是本专利技术根据一个或多个实施方式的布料信息感知模块结构示意图；
[0040]图4是本专利技术根据一个或多个实施方式的U
‑
Net网络结构示意图；
[0041]图5是本专利技术根据一个或多个实施方式的细操作流程图；
[0042]图6是本专利技术根据一个或多个实施方式的ResNet网络结构示意图。
具体实施方式
[0043]实施例一：
[0044]本实施例提供了一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，包括：
[0045]获取布料信息，所述布料信息包括边角和轮廓信息；
[0046]根据视野中布料角的个数判断机械臂对布料进行粗操作或细操作，其中，角的个数小于2时进行粗操作，大于等于2时进行细操作；粗操作通过机械臂甩动布料增大布料的覆盖面积和暴露的边角数；细操作根据确定的抓取点与放置轨迹将布料完全展平。
[0047]具体的，如图1和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，其特征在于，包括：获取布料信息，所述布料信息包括边角和轮廓信息；根据视野中布料角的个数判断机械臂对布料进行粗操作或细操作，其中，角的个数小于2时进行粗操作，大于等于2时进行细操作；粗操作通过机械臂甩动布料增大布料的覆盖面积和暴露的边角数；细操作根据确定的抓取点与放置轨迹将布料完全展平。2.根据权利要求1所述的一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，其特征在于，所述布料信息获取方法为：标记布料边角，利用相机采集对齐的布料深度图像和彩色图像；对彩色图像进行HSV处理，提取布料的边角作为训练数据集的标签；布料深度图像与标签构成U
‑
Net网络的训练数据集；根据U
‑
Net网络训练得到的模型由当前布料深度图获取布料边角像素位置；当前布料彩色图经过灰度转换与图像降噪，利用Canny检测器获取布料轮廓和边缘的像素位置。3.根据权利要求1所述的一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，其特征在于，所述粗操作过程为：当视野中角的数目为0时，机械臂通过抓取布料质量中心点将布料举在空中，甩动布料并重新放置；当视野中角的数目为1时，机械臂通过抓取该角将布料举至空中，甩动布料并重新放置。4.根据权利要求1所述的一种基于分层操作策略的机械臂展平布料方法，其特征在于，所述细操作过程为：对若干张不同状态的布料彩色图像，标注抓取点，构成训练数据集，并扩充数据集；利用ResNet网络结构，由当前布料彩色图像确定抓取点位置；根据抓取点位置与布料边角像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋锐，李程，付天宇，李凤鸣，宋洁心，门渔，
申请(专利权)人：山东省工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：