【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程机械领域，具体公开了一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法。
技术介绍
1、飞机外壳清洗作业车、道路高空作业车、混凝土布料机等大型作业设备为了解决远距离作业、高空作业难等问题，通常配置具有多关节的大尺寸机械臂。相较于挖掘机、装载机等工程车辆所安装的刚性极强的机械臂，多关节、大尺寸的机械臂在进行大范围的施工作业时，会产生一定程度的形变，因此这类设备所配置的机械臂可以称为长柔性机械臂。长柔性机械臂以作业范围大、作业灵活等特点，节省了人力、缩短了作业周期、降低了工程成本。但目前长柔性臂在进行施工作业时存在若干问题，这些问题会影响长柔性臂的作业效果。
2、现有的长柔性机械臂在进行作业时，会由于本身的液-固耦合特性、各臂杆尺寸较长以及外部的激励导致臂架在运动时会产生一定程度的振动，该振动在影响长柔性机械臂作业精度的同时，也会对整机部件的使用寿命造成一定程度的影响，更严重的可能会造成一些作业事故。因此设计一种能够在长柔性机械臂作业时，实时测量末端振动幅值并进行抑制的方法是至关重要的。
3、由于长柔性机械臂在其作业过程中产生的振动绝大多是都是大位移振动，采用激光测振仪和加速度计等传感器很难进行测量，而利用视觉手段很容易测量臂架产生的大位移振动，因此本专利技术结合视觉手段对长柔性机械臂运动过程中的振动进行测量，并结合控制方法对振动进行抑制。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提供一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法。在长柔性臂末端侧面放置黑色二维
2、本专利技术采用的技术方案是：一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，包含以下步骤：
3、步骤1：长柔性机械臂依据给定的运动轨迹进行运动，基于双目相机检测长柔性机械臂末端位置；在该运动轨迹下机械臂进行运动时末端坐标点坐标随时间变化为p(t)＝(x(t),z(t))，其中x(t)、z(t)为机械臂坐标系下，末端位置t时刻所对应的x轴和z轴坐标值，p(t)＝(x(t),z(t))机械臂t时刻的预设关节角度变化为θ＝(θ1,θ2,...,θi,...,θn)；θi为第i-1节臂与第i节臂之间的夹角,n为机械臂关节数量；
4、步骤2：对相机采集得到的左右图像进行实时的图像处理，提取末端位置像素坐标(u1,v1)，(u2,v2)；
5、步骤3：根据左右相机得到的像素坐标以及相机的内参数矩阵得到双目相机坐标系下，末端位置的坐标(xa,ya,za)；
6、步骤4：根据双目相机坐标系与机械臂坐标系之间的位置关系，求解得到机械臂坐标系下末端位置的坐标(xb,yb,zb)；
7、步骤5：对比视觉采集的末端位置的坐标与机械臂末端位置的预设坐标，在机械臂坐标系下，因振动导致的坐标误差为δx；
8、步骤6：结合振动导致的坐标误差δx，利用迭代法求解得到长柔性机械臂各个关节的角度补偿量为δθ＝(δθ1,δθ2,,...,δθi,...,δθn)；
9、步骤7：将关节角补偿量补偿到步骤1中的预设关节角度变化中，进而完成长柔性机械臂的振动抑制。
10、进一步地，步骤1中，在长柔性机械臂末节臂的末端放置二维码，用于识别并跟踪二维码中心点的像素坐标。
11、进一步地，步骤1中，在已知长柔性臂末端位置坐标p(t)＝(x(t),z(t))的前提下，可知各个关节角与末端坐标有如下关系：
12、z(t)＝l1×sin(θ1)+l2sin(θ1+θ2)+....+ln sin(θ1+θ2+...+θi...+θn)
13、其中，ln表示为n-1、n节臂铰接点与第n节臂末端之间的长度。
14、进一步地，所采用的双目相机的左右相机规格型号相同，步骤5中的左相机内参数矩阵tc1和右相机内参数矩阵tc2为：
15、
16、其中，(cx1,cy1)和(cx2,cy2)是左右相机主点坐标，fx1、fx2、fy1、fy2分别是两个双目相机x方向和y方向相机的焦距。
17、进一步地，得到末端位置在相机坐标系下的坐标为(xa,ya,za)＝(x1/za,y1/za,za)，根据相机坐标系与机械臂坐标系之间的位置关系，求解得在机械臂坐标系下的末端位置坐标为(xb,yb,zb)。
18、进一步地，步骤5中机械臂运动时实时采集的末端坐标与预设的末端位置坐标之间的差值为：δx＝(xb(t)-x(t),zb(t)-z(t))。
19、进一步地，步骤7中补偿后的关节角θ'为：θ'＝θ+δθ
20、本专利技术的有益效果在于：
21、(1)本专利技术所提出的一种基于视觉的长柔性机械臂的振动测量与抑制方法，可以有效的测量机械臂末端的振动，并对振动进行抑制。
22、(2)本专利技术所提出的一种基于视觉的抑制长柔性机械臂振动的方法，相比于传统振动测量方法(加速度计等传感器测量方法)，能够根据双目相机的视差原理直接得到机械臂末端因振动导致的末端位置变化。
23、(3)长柔性机械臂的作业环境较为复杂，传统的振动测量方法，通常需要在机械臂上安装多组传感器，这些传感器的安装会改变机械臂的本身固有的振动特性。采用机器视觉方法进行振动的测量和抑制，这是一种非接触式测量手段，因此不易受臂架振动等一系列噪声干扰，该方法无需将相机与机械臂直接安装、接触，不会改变被测对象的振动特性。本专利技术所提出的基于视觉的振动测量和抑制方法更有利于长柔性机械臂的施工作业。
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1.一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于：包含以下步骤：
2.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，步骤1中，在长柔性机械臂末节臂的末端放置二维码，用于识别并跟踪二维码中心点的像素坐标。
3.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，步骤1中，在已知长柔性臂末端位置坐标P(t)＝(x(t),z(t))的前提下，可知各个关节角与末端坐标有如下关系：
4.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，所采用的双目相机的左右相机规格型号相同，步骤5中的左相机内参数矩阵Tc1和右相机内参数矩阵Tc2为：
5.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，得到末端位置在相机坐标系下的坐标为(xa,ya,za)＝(x1/za,y1/za,za)，根据相机坐标系与机械臂坐标系之间的位置关系，求解得在机械臂坐标系下的末端位置坐标为(xb,yb,zb)。
6.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机
7.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，步骤7中补偿后的关节角Θ'为：Θ'＝Θ+ΔΘ。
...【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于：包含以下步骤：
2.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，步骤1中，在长柔性机械臂末节臂的末端放置二维码，用于识别并跟踪二维码中心点的像素坐标。
3.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，步骤1中，在已知长柔性臂末端位置坐标p(t)＝(x(t),z(t))的前提下，可知各个关节角与末端坐标有如下关系：
4.根据权利要求1所描述的一种基于视觉的长柔性机械臂振动抑制方法，其特征在于，所采用的双目相机的左右相机规格型号相同，步骤5中的左相机内参数矩阵tc1和右相机内参数矩阵tc2为...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，杨书伟，王曜星，王健辉，陈志伟，贾睿亨，丁孺琦，程敏，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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