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专利号: 2024107474905
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:规划第一实验区域,双臂手机器人、第一光学定位仪和第一定位坐标板均在第一实验区域内进行;

S2:第一实验平台搭建;

S3:双臂手机器人姿态信息获取,由第一光学定位仪识别双臂手机器人手背部的第六标记球工具和第七标记球工具的空间坐标信息,以获取双臂手机器人的空间位姿信息,得到第一光学定位仪坐标系在第一机械手坐标系下的齐次变换矩阵 在第二机械手坐标系下的齐次变换矩阵 并得到第一光学定位仪坐标系在第一定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵 将数据传输给控制系统主机;

S4:获取双臂手机器人末端关节的齐次变换矩阵,通过机械臂接口函数获得,第一机械臂末端关节坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵 第二机械臂末端关节坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵S5:转化第一坐标系,通过手眼标定算法和空间位姿转换后,得到第一定位坐标板坐标系在第一机械臂坐标系下的变换矩阵 和在第二机械臂坐标系下的变换矩阵并将标定结果以文本文件的形式保存在控制系统主机中;

S6:规划第二实验区域,第一操作手套、第二操作手套、第一光学定位仪、第二光学定位仪和第二定位坐标板在第二实验区域内进行;

S7:第二实验平台搭建;

S8:多相机标定,通过将装有标记球工具的标定工具放置在第一光学定位仪和第二光学定位仪的公共视场范围后,使用空间位姿转换确定第一光学定位仪和第二光学定位仪的相对位姿关系 并将标定结果以文本文件的形式保存在控制系统主机中;

S9:转化第二坐标系,通过第一光学定位仪识别第一操作手套坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵 第二定位坐标板坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵 通过第二光学定位仪识别第二操作手套坐标系在第二光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵 并将S8步骤中的第一光学定位仪和第二光学定位仪的相对位姿标定结果 取出,经过矩阵计算,得到第一操作手套坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵 第二操作手套坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵S10:令实时遥操作过程中的第二操作手套坐标系和第一操作手套坐标系相对于第二定位坐标板坐标系的齐次变换矩阵 和 分别等于第一机械手坐标系和第二机械手坐标系相对于第一定位坐标板坐标系的齐次变换矩阵 和 后,经过矩阵计算后,得到跟踪状态下的第一机械臂末端关节坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵第二机械臂末端关节坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵S11:由第一操作手套和第二操作手套中的手指位姿传感器读取手指位姿数据后,将手指位姿数据传输给控制系统主机中;

S12:将第一光学定位仪和第二光学定位仪采集到的第一操作手套和第二操作手套相对于第二定位坐标板的运动轨迹数据,传输到控制系统主机中,并转化到双臂手机器人的双臂手相对于第一定位坐标板的位姿变换后,由控制系统主机下发控制指令,控制双臂手机器人的第一机械手和第一机械臂以及第二机械手和第二机械臂对转化后的运动轨迹分别进行实时跟随。

2.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,通过第一光学定位仪对第一定位坐标板和双臂手机器人的第一机械臂和第二机械臂的相对位姿关系确定的空间位姿转换方程为 和其中, 为第一定位坐标板坐标系在第一机械臂坐标系下的

齐次变换矩阵, 为第一光学定位仪在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵,为第一定位坐标板坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一定位坐标板坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一光学定位仪坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,得到第一操作手套坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵 和第二操作手套坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵 所采用的矩阵计算公式为 和 其中, 为第一光学定位仪坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一操作手套坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一光学定位仪坐标系在第二定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二光学定位仪坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二操作手套坐标系在第二光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,令双臂手机器人的第一机械手坐标系和第二机械手坐标系相对于第一定位坐标板坐标系的相对位姿分别等于第二操作手套坐标系和第一操作手套坐标系相对于第二定位坐标板坐标系的相对位姿,即令 且 并经过矩阵计算,和 得到跟踪状态下的第一

机械臂末端关节坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵 和第二机械臂末端关节坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵 其中, 为第一定位坐标板坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一机械手坐标系在第一定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一机械臂末端坐标系在第一机械手坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一定位坐标板坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二机械手坐标系在第一定位坐标板坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二机械臂末端坐标系在第二机械手坐标系下的齐次变换矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,对双臂手机器人下达移动控制指令来实现操作手套实时遥操作双臂手机器人任务,所依据的空间位姿转换关系是 和 其中, 为跟踪状态下的第一机械臂末端坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵, 为跟踪状态下的第二机械臂末端坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵。

6.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,手眼标定算法求解公式为 和其中, 为第一机械臂末端关节坐标系在第一机械手坐标系下的齐次变换矩阵,为第一光学定位仪坐标系在第一机械手坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一机械臂坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一机械臂末端关节坐标系在第一机械臂坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二机械臂末端关节坐标系在第二机械手坐标系下的齐次变换矩阵, 为第一光学定位仪坐标系在第二机械手坐标系下的齐次变换矩阵, 为第二机械臂坐标系在第一光学定位仪坐标系下的齐次变换矩阵,为第二机械臂末端关节坐标系在第二机械臂坐标系下的齐次变换矩阵。

7.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,步骤S2具体包括以下子步骤:S21:将第一光学定位仪放置在双臂手机器人前方;

S22:将第六标记球工具和第七标记球工具分别置于双臂手机器人手背部的固定装置中,并将其置于第一光学定位仪的视场范围之内;

S23:将第一定位坐标板放置在双臂手机器人前方并使第一定位坐标板上的第三标记球工具处于第一光学定位仪的视场范围之内。

8.根据权利要求1所述的基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作的搭建方法,其特征在于,步骤S7具体包括以下子步骤:S71:将第一实验区域中的第一光学定位仪挪到第二实验区域中,和第二光学定位仪分别放置在第一操作手套和第二操作手套前方;

S72:将第一标记球工具和第二标记球工具分别置于第一操作手套和第二操作手套背部的固定装置内,并分别将其置于第一光学定位仪和第二光学定位仪的视场范围之内;

S73:将第二定位坐标板放置在第一操作手套和第二操作手套前方,并处于第一光学定位仪的视场范围之内。

9.一种基于视觉引导的双臂手机器人实时遥操作系统,其特征在于,其包括控制系统主机、第一操作手套、第二操作手套、第一光学定位仪、第二光学定位仪、第一定位坐标板、第二定位坐标板、第一标记球工具、第二标记球工具、第三标记球工具、第四标记球工具、第五标记球工具和双臂手机器人,控制系统主机接收并处理第一操作手套和第二操作手套的手指姿态信息,通过以太网与双臂手机器人连接,并下发控制指令,第一操作手套和第二操作手套内部均设置有传感器,且由操作者穿戴,第一操作手套背部设有第一标记球工具,第二操作手套背部设有第二标记球工具,第一定位坐标板上设有第三标记球工具,第二定位坐标板上设有第四标记球工具;

第一光学定位仪捕获第一标记球工具的坐标信息,第二光学定位仪捕获第二标记球工具的坐标信息,第一光学定位仪同时捕获第三标记球工具、第四标记球工具和第五标记球工具的姿态信息;

第一光学定位仪和第二光学定位仪将捕获的所有姿态信息和空间坐标数据通过以太网传送给控制系统主机,由控制系统主机进行统一处理并将控制指令发送给双臂手机器人,双臂手机器人包括第一机械臂、第二机械臂、第一机械手和第二机械手,且第一机械手安装在第一机械臂之上,第二机械手安装在第二机械臂之上,第一机械臂和第二机械臂均为六轴机械臂,第五标记球工具包括第六标记球工具和第七标记球工具,且第六标记球工具固定在第一机械手之上,第七标记球工具固定在第二机械手之上。