本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種視覺伺服定位和抓取的方法。

背景技術(shù)：

長期以來，由于深海探測技術(shù)的限制，科學(xué)界對深海生命、環(huán)境和地質(zhì)過程的了解十分有限。隨著深海探測技術(shù)的不斷突破，深海科學(xué)正成為國際海洋科學(xué)最新的前沿領(lǐng)域。全海深自主遙控潛水器(arv，autonomous&remotelyoperatedvehicle)為科學(xué)家開展深海前沿科學(xué)研究提供了重要的技術(shù)手段，通過全海深arv實現(xiàn)對深海區(qū)域大范圍高精度探測和局部精細取樣作業(yè)，科學(xué)家可以探索深海物種起源、演化和環(huán)境適應(yīng)機制，研究深海基本環(huán)境特征及特有物理和地球化學(xué)現(xiàn)象，研究深海地質(zhì)活動及底部釋氣作用等重大科學(xué)問題。全海深自主遙控潛水器具備遙控和自主作業(yè)模式，它既具有大范圍水下搜索和探測的能力，又可以通過光纖微纜進行實時遙控完成取樣作業(yè)。自主識別、定位以及抓取是全海深自主遙控潛水器實現(xiàn)以上兩個功能的核心技術(shù)。

在當(dāng)前的研究中，自主識別定位、抓取系統(tǒng)硬件系統(tǒng)一般由雙目攝像頭或者深度傳感器加單目攝像頭實現(xiàn)，但是，由于深海環(huán)境的特殊性，光線、震動、高壓力等因素，所有的零部件(攝像頭、傳感器、線纜等)都需要做防水、耐壓處理。因此，在盡可能不改動全海深自主遙控潛水器本體硬件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)一套高效、穩(wěn)定、可靠、性價比高的視覺伺服定位、抓取系統(tǒng)是亟需解決的技術(shù)難題。

因此，如何發(fā)明一種高效精準的視覺伺服定位和抓取的方法已經(jīng)成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述至少一個問題，即為了解決現(xiàn)有定位抓取系統(tǒng)不夠高效精準的問題，本發(fā)明提供了一種視覺伺服定位和抓取的方法，該方法適用于機器人，機器人包括機器人本體、與機器人本體活動連接的機械手、以及設(shè)置在機器人本體上的第一攝像頭和設(shè)置在機械手上的第二攝像頭，其特征在于，該方法包括下列步驟：采集目標物體的圖像；確定目標物體在圖像中的位置信息；根據(jù)位置信息確定目標物體在環(huán)境中的實際位置；根據(jù)實際位置，控制機器人的機械手抓取目標物體。本發(fā)明的視覺伺服定位和抓取的方法能夠解決全海深自主遙控潛水器對目標物體進行高效精準的識別和抓取的問題，同時，本發(fā)明不需要改動全海深自主遙控潛水器本體硬件，從而減少了深海環(huán)境中的光線、震動、高壓力對全海深自主遙控潛水器本體硬件的影響。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“采集目標物體的圖像”的步驟具體包括：通過第一攝像頭采集目標物體的第一圖像；通過第二攝像頭采集目標物體的第二圖像，其中，目標物體的圖像包括第一圖像和第二圖像。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“確定所述目標物體在所述圖像中的位置信息”的步驟具體包括：確定目標物體在第一圖像中的第一位置信息；確定目標物體在第二圖像中的第二位置信息，其中，目標物體在圖像中的位置信息包括目標物體在第一圖像中的第一位置信息和目標物體在第二圖像中的第二位置信息。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“根據(jù)所述位置信息確定所述目標物體在環(huán)境中的實際位置”的步驟具體包括：以所述第一攝像頭和所述第二攝像頭中的一個為原點建立基準坐標系；相對于所述基準坐標系，以所述第一攝像頭和所述第二攝像頭中的另一個為原點建立相對坐標系；分別確定所述第一位置信息在所述基準坐標系中的坐標和所述第二位置信息在所述相對坐標系中的坐標；將所述基準坐標系的原點與所述第一位置信息在所述基準坐標系中的坐標相連來確定所述目標物體在所述基準坐標系中的第一軸線；將所述相對坐標系的原點與所述第二位置信息在所述相對坐標系中的坐標相連來確定所述目標物體在所述相對坐標系中的第二軸線；將所述第一軸線與所述第二軸線的交點確定為所述目標物體在環(huán)境中的實際位置。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“根據(jù)所述實際位置，控制所述機器人的所述機械手抓取所述目標物體”的步驟具體包括：根據(jù)實際位置，控制機器人向目標物體移動，直到目標物體位于機器人的可抓取范圍；根據(jù)實際位置，控制機械手向目標物體移動，使目標物體位于機械手上的第二攝像頭圖像上的指定位置；當(dāng)目標物體位于機器人的可抓取范圍，且目標物體位于機械手上的第二攝像頭圖像上的指定位置時，控制機械手抓取目標物體。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“采集所述第一圖像和所述第二圖像”的步驟具體包括：使第一攝像頭和第二攝像頭分別向相同或不同的方向搜索目標物體；當(dāng)?shù)谝粩z像頭和/或第二攝像頭的圖像中出現(xiàn)目標物體時，使第二攝像頭和/或第一攝像頭向目標物體的方向搜索；當(dāng)目標物體同時出現(xiàn)在第一攝像頭和第二攝像頭的圖像中時，確定第一圖像和第二圖像。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，“根據(jù)所述實際位置，控制所述機器人向所述目標物體移動”的步驟具體包括：根據(jù)采集到的目標物體的圖像，判斷目標物體周圍的障礙物信息；根據(jù)目標物體的實際位置和目標物體周圍的障礙物信息，建立機器人的移動軌跡；控制機器人按照移動軌跡向目標物體移動。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，在“采集目標物體的圖像”的步驟之前，所述方法還包括：通過第一攝像頭和/或第二攝像頭采集機器人周圍環(huán)境的初始信息；對初始信息去噪；將去噪后的初始信息與目標物體的模型庫進行匹配；根據(jù)匹配信息，確定目標物體。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，還包括：構(gòu)建目標物體的模型庫；存儲目標物體的模型庫。

在上述視覺伺服定位和抓取的方法的優(yōu)選技術(shù)方案中，機器人為全海深自主遙控潛水器，機械手為海深自主遙控潛水器的手爪。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過采用雙目軸線交叉法利用兩個攝像頭對目標物體進行定位、抓取，即，利用全海深自主遙控潛水器自帶的單目攝像頭、和手爪上固定的攝像頭，基于視線軸線相交的原理實現(xiàn)目標空間定位，并驅(qū)動機器人上的機械臂帶動手爪完成伺服抓取任務(wù)，同時，本發(fā)明的方法在不改動全海深自主遙控潛水器本體硬件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠、性價比高的視覺伺服定位和抓取目的，減少了深海環(huán)境中的光線、震動、高壓力等因素對全海深自主遙控潛水器硬件的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的全海深自主遙控潛水器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的視覺伺服定位和抓取的方法的流程示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場合。例如，盡管本說明書中以全海深自主遙控潛水器為實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行描述，但是本發(fā)明的技術(shù)方案所應(yīng)用的產(chǎn)品不僅僅局限于全海深自主遙控潛水器，本發(fā)明的技術(shù)方案還可以應(yīng)用到其他機器上，這種變化并不偏離本發(fā)明的原理和范圍。

首先參閱圖1，圖1是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的全海深自主遙控潛水器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，全海深自主遙控潛水器包括本體102，與本體102通過機械臂活動連接的手爪104，設(shè)置在本體102上的第一攝像頭106，設(shè)置在機械臂上靠近手爪104位置的第二攝像頭108，第一攝像頭106和第二攝像頭108可以向指定方向轉(zhuǎn)動，其中，本體102內(nèi)還設(shè)置有控制器、與控制器連接的驅(qū)動器、以及與驅(qū)動器連接的移動機構(gòu)?？刂破鞲鶕?jù)接收到的第一攝像頭106和第二攝像頭108的信號，控制驅(qū)動器驅(qū)動移動機構(gòu)移動，其中，控制器可以開啟全海深自主遙控潛水器自主作業(yè)模式，也可以通過光纖微纜對全海深自主遙控潛水器進行實時遙控。

下面參閱圖2，圖2是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的視覺伺服定位和抓取的方法的流程示意圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在不改動全海深自主遙控潛水器本體硬件的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種高效、精準、穩(wěn)定、可靠、性價比高的視覺伺服定位和抓取方法，該視覺伺服定位和抓取方法主要包括下列步驟：s102，采集目標物體的圖像，具體地，先通過全海深自主遙控潛水器上的第一攝像頭采集目標物體的第一圖像，再通過第二攝像頭采集目標物體的第二圖像，其中，目標物體的圖像包括第一圖像和第二圖像。步驟s104，確定目標物體在圖像中的位置信息，具體地，確定目標物體在第一圖像中的第一位置信息，同時確定目標物體在第二圖像中的第二位置信息，其中，目標物體在圖像中的位置信息包括目標物體在第一圖像中的第一位置信息和目標物體在第二圖像中的第二位置信息。然后執(zhí)行步驟s106，即，根據(jù)步驟s104中的位置信息確定目標物體在環(huán)境中的實際位置，具體地，在根據(jù)位置信息確定目標物體在環(huán)境中的實際位置之前，先以所述第一攝像頭和所述第二攝像頭中的一個為原點建立基準坐標系；然后相對于所述基準坐標系，以所述第一攝像頭和所述第二攝像頭中的另一個為原點建立相對坐標系；接下來分別確定所述第一位置信息在所述基準坐標系中的坐標和所述第二位置信息在所述相對坐標系中的坐標；再接下來將所述基準坐標系的原點與所述第一位置信息在所述基準坐標系中的坐標相連來確定所述目標物體在所述基準坐標系中的第一軸線；之后將所述相對坐標系的原點與所述第二位置信息在所述相對坐標系中的坐標相連來確定所述目標物體在所述相對坐標系中的第二軸線；最后將所述第一軸線與所述第二軸線的交點確定為所述目標物體在環(huán)境中的實際位置。

繼續(xù)參閱圖2，經(jīng)過步驟s102、步驟s104和步驟s106后，目標物體的實際位置已經(jīng)確定，最后再執(zhí)行步驟s108，即根據(jù)實際位置，控制機器人的機械手抓取目標物體。步驟s108具體包括：先根據(jù)目標物體的實際位置，控制機器人向目標物體移動，直到目標物體位于機器人的可抓取范圍；然后控制機械手向目標物體移動，使目標物體位于機械手上的第二攝像頭圖像上的指定位置；接下來當(dāng)目標物體位于機器人的可抓取范圍，且目標物體位于機械手上的第二攝像頭圖像上的指定位置時，控制機械手抓取目標物體。更具體地，首先可以建立一個虛擬坐標系，機器人處于所述虛擬坐標系的坐標原點，然后根據(jù)目標物體的實際位置，確定目標物體在虛擬坐標系中的位置坐標，接著機器人中的控制器和驅(qū)動器伺服驅(qū)動移動機構(gòu)，移動機構(gòu)帶動機器人朝目標物體的坐標位置移動，同時，第一攝像頭實時檢測機器人與目標物體之間的位置，并將反饋信號發(fā)送到控制器，控制器根據(jù)反饋信號，對機器人實現(xiàn)閉環(huán)控制，實時糾正移動機構(gòu)的移動方向，直到目標物體位于機器人的可抓取范圍。

繼續(xù)參閱圖2，在步驟s102中，為了提高獲取目標物體的圖像的效率，全海深自主遙控潛水器上的第一攝像頭和第二攝像頭分別向相同或不同的方向搜索目標物體，當(dāng)?shù)谝粩z像頭和/或第二攝像頭的圖像中出現(xiàn)目標物體時，第二攝像頭和/或第一攝像頭向目標物體的方向搜索；當(dāng)目標物體同時出現(xiàn)在第一攝像頭和第二攝像頭的圖像中時，確定目標物體的第一圖像和第二圖像。具體地，第一攝像頭和第二攝像頭可轉(zhuǎn)動地連接在機器人本體和手臂上，第一攝像頭和第二攝像頭分別負責(zé)向指定的搜索角度范圍搜索，當(dāng)?shù)谝粩z像頭搜索到目標物體后，可以確定目標物體的在第一攝像頭所指向的第一軸線上，第二攝像迅速轉(zhuǎn)向第一軸線對目標物體進行搜索，當(dāng)?shù)诙z像頭搜索到目標物體后，可以確定目標物體的在第二攝像頭所指向的第二軸線上，第一軸線與第二軸線的交點即為目標物體在環(huán)境中的實際位置。

繼續(xù)參閱圖2，在步驟s108中，為了減少全海深自主遙控潛水器向目標物體移動的失誤率，根據(jù)步驟s102中采集到的目標物體的圖像，判斷目標物體周圍的障礙物信息，然后根據(jù)目標物體的實際位置和目標物體周圍的障礙物信息，建立機器人的移動軌跡，控制機器人按照移動軌跡向目標物體移動，以減少機器人向目標物體移動過程中的故障。

繼續(xù)參閱圖2，在本發(fā)明的方法中，為了獲取準確的目標物體，在全海深自主遙控潛水器對目標物體進行搜索之前，需要對全海深自主遙控潛水器內(nèi)的系統(tǒng)進行預(yù)先設(shè)置，包括預(yù)先構(gòu)建目標物體的模型庫，并存儲目標物體的模型庫，然后通過第一攝像頭和/或第二攝像頭采集機器人周圍環(huán)境的初始信息，對初始信息去噪，將去噪后的初始信息與目標物體的模型庫進行匹配，根據(jù)匹配信息，確定目標物體。具體地，根據(jù)全海深自主遙控潛水器所處的周圍環(huán)境，構(gòu)建全海深自主遙控潛水器的環(huán)境感知模型，環(huán)境感知模型包括主動搜索型傳感器如攝像傳感器，包括被動搜索型傳感器如觸感壓力傳感器，進一步地，根據(jù)卡爾曼濾波原理，對采集到的初始信息進行濾波，得到類似目標物體的信息，然后，將類似目標物體的信息與目標物體模型庫進行匹配，根據(jù)匹配信息的匹配度，確定目標物體。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。