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工业机器人抓取时怎么定位?用什么传感器来检测?

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从机器视觉的角度,由简入繁从相机标定,平面物体检测、有纹理物体、无纹理物体、深度学习、与任务/运动规划结合等6个方面深度解析文章的标题。

首先,我们要了解,机器人领域的视觉(Machine Vision)跟计算机领域(Computer Vision)的视觉有一些不同:机器视觉的目的是给机器人提供操作物体的信息。所以,机器视觉的研究大概有这几块:1. 物体识别(Object Recognition):在图像中检测到物体类型等,这跟 CV 的研究有很大一部分交叉;

 

2. 位姿估计(Pose Estimation):计算出物体在摄像机坐标系下的位置和姿态,对于机器人而言,需要抓取东西,不仅要知道这是什么,也需要知道它具体在哪里;

 

3. 相机标定(Camera Calibration):因为上面做的只是计算了物体在相机坐标系下的坐标,我们还需要确定相机跟机器人的相对位置和姿态,这样才可以将物体位姿转换到机器人位姿。

 

当然,我这里主要是在物体抓取领域的机器视觉;SLAM 等其他领域的就先不讲了。
由于视觉是机器人感知的一块很重要内容,所以研究也非常多了,我就我了解的一些,按照由简入繁的顺序介绍吧:机器人抓取时怎么定位的,用什么传感器来检测?


1.【单相机+物体识别】,用通俗的说法,就是用一个(一般是装在头部)的摄像头识别目标物体(或图案),在已知目标物体的几何信息的情况下,可以推算物体的位置。

2.【深度相机】在拍摄图片之外,可以知道图片中每点深度(距离)的东西,低端的就是微软XBOX配的那个体感设备。在已知深度的情况下,可以根据先验知识,在不指定物体的情况下推测要抓取的位置。
3.【多相机】通常方案是利用多目实现深度相机,然后照上面办法来。另外一种思路,是把相机放在不同位置,比如头、手分别放置相机,协调工作。
4.【单个移动相机】可以利用多次拍摄达到多相机的效果,不过目标不能动。
5.【干脆把物体固定】


==然后还要知道机械臂的位置==

1.【基座固定】只要根据机械臂中关节处的传感器就可以知道末端位置,精度通常绝对够用。
2.【红外标记定位】通过在及机械臂末端(或可以计算出相对位置关系的地方)上放置多个(一般不共面)红外标记点,然后用摄像头检测,可以比较准确的获得位置。有些系统也使用多摄像头方案。
3.【和识别物体用一样的技术】
4.【通过坐标变换回避问题】比如,我可以在手部放置传感器计算手和目标的相对位置,而不计算全局坐标,这样就不用定位了。
==然后让手臂到物体附近==
首先手臂内部的电流环、速度环、位置环通常是基础,这里就不多说了。在可以控制机械臂的前提下,我们要做的工作主要是:
1.规划路径,简单来说,就是确定机器人如何抬起手臂比较合理,对简单的机械臂来说,求解很简单,对多自由度的来说,这个里面有个运动学逆解的问题。
2.按照规划运动,对于绝大多数系统来说,这个过程在轨迹层面是开环的,没有反馈,因为机器人关节内的闭环通常有足够的经度。
==可以开始抓了==
抓取中核心是两个问题:【我什么时候开始合拢手指】和【别捏碎了】。
一般来说,我们会让手掌张开,垂直的深入要抓取的位置,这个时候,视觉系统通常会被手掌遮挡无法看到高精度的情况,所以有些系统会使用接近开关或者测距传感器来辅助定位。当手完全深入后,就可以合拢手指,抓取物体,对简单任务来说,合拢的程度可以是固定的;对拿鸡蛋这样的问题,通常我们是使用手指上的压力传感器来做力反馈的。

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