基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010978938.6 (22)申请日 2020.09.17 (71)申请人 河南工业职业技术学院 地址 473000 河南省南阳市杜诗路1666号 (72)发明人 任燕屈保中袁贤崔庚彦 高功臣韩孟洋张华文 (74)专利代理机构 西安合创非凡知识产权代理 事务所(普通合伙) 61248 代理人 马英 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径 规划系统 (57)。

2、摘要 本发明公开了一种基于视觉感知的被动柔 顺机器人抛磨路径规划系统， 包括： 视觉感知模 块， 用于感知抛锚工件、 待加工部件的外形及形 变参数； 姿态感知模块， 用于感知抛磨机器人抛 锚工件/待加工部件的姿态参数； 距离感知模块， 用于感知抛锚工件与待加工部件的距离参数； 抛 锚路径规划模块， 用于基于模糊网络神经算法根 据视觉感知模块感知到的抛锚工件、 待加工部件 的外形及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨 机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离 感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工 部件抛锚目标参数进行柔顺机器人抛磨路径的 规划。 本发明可以自动实现机器人抛锚路径的快 速合理。

3、规划， 大大降低了工件的加工废件率。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 112045688 A 2020.12.08 CN 112045688 A 1.基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在于， 包括： 视觉感知模块， 用于感知抛锚工件、 待加工部件的外形及形变参数； 姿态感知模块， 用于感知抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数； 距离感知模块， 用于感知抛锚工件与待加工部件的距离参数； 抛锚路径规划模块， 用于基于模糊网络神经算法根据视觉感知模块感知到的抛锚工 件、 待加工部件的外形及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部 件姿态参数以及。

4、距离感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数进 行柔顺机器人抛磨路径的规划。 2.如权利要求1所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 所述视觉感知模块首先基于双目视觉传感器进行待加工部件图和抛锚工件图的采集， 然后基于显著图的图像分割方法， 利用显著图检测策略,获取待加工部件图的显著图,将显 著图作为掩码图像,对待加工部件图和抛锚工件图进行复杂背景分割， 然后基于DSSD_ Inception_V3_coco 模型实现待加工部件和抛锚工件形状、 孔洞、 凸起、 裂缝的检测识别， 最后基于连通分量外接矩形的长宽比进行待加工部件和抛锚工件尺寸、 孔洞、。

5、 凸起、 裂缝的 测量。 3.如权利要求1所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 所述姿态感知模块首先基于三维姿态传感器采集抛锚机器人机械臂的姿态信息， 所述 抛磨机器人机械臂为蛇形机械臂， 由若干呈首尾连接的机械单元及位于机械单元之间的舵 机组件构成， 每个机械单元均内载一三维姿态传感器， 基于各机械单元的姿态参数推算抛 磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数。 4.如权利要求1所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 所述距离感知模块采用四组双目视觉传感器， 基于抛磨机器人机械臂上布置的呈环状 的标记物上下左右四边与待加工部件之间的。

6、距离参数实现抛锚工件与待加工部件之间距 离参数的计算。 5.如权利要求1所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 所述距离感知模块首先基于双目视觉传感器进行包含待加工部件与抛锚工件的图像的 采集， 然后基于显著图的图像分割方法实现图像的背景分割， 然后基于DSSD_Inception_ V3_coco 模型实现待加工部件、 抛锚工件的检测识别， 最后基于连通分量外接矩形的长宽 比进行待加工部件、 抛锚工件之间距离的测量。 6.如权利要求1所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 还包括： 抛锚路径调整模块， 用于根据检测到的待加工部件的外。

7、形及形变参数、 抛锚工件外形 及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离 感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数实现抛锚路径的调整。 7.如权利要求6所述的基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 其特征在 于， 所述抛锚路径校正模块包括： 物理模型构建模块， 用于根据待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形及形变参 数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离感知模块 感知到的距离参数进行机器人抛磨路径物理模型的构建； 权利要求书 1/2 页 2 CN 112045688 A 2 参数作动模块， 用于。

8、与物理模型构建模块中的各元素建立关系后， 在指定的范围内对 参数进行变动， 从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解； 仿真分析模块， 用于输入可以分解为抛锚路径设计变量、 抛锚路径设计目标和抛锚路 径设计约束的参数、 算法， 并将输入参数、 算法划分为单元、 特性和载荷， 分别作用到指定的 模块上； 所述参数作动模块通过循环执行仿真分析模块， 将结果反馈给仿真分析模块， 仿真分 析模块提取结果， 并将结果反馈至抛锚路径校正模块， 抛锚路径校正模块基于预设的算法 根据仿真分析的结果实现抛锚路线的校正。 权利要求书 2/2 页 3 CN 112045688 A 3 基于视觉感知的被动柔。

9、顺机器人抛磨路径规划系统 技术领域 0001 本发明涉及机器人抛磨路径规划领域， 具体涉及一种基于视觉感知的被动柔顺机 器人抛磨路径规划系统。 背景技术 0002 近年来,随着机器人技术的迅猛发展与制造业的转型升级,机器人越来越多地被 应用于工业领域。 由于机器人具有较大的刚性,定位精度较低,在进行抛磨加工这类接触式 作业时,通过传统的位置控制已经无法满足作业要求,需要给抛磨机器人增加柔顺控制,并 对抛磨接触力进行检测与控制。 目前,实现接触力控制的方式主要有主动力控制和被动力 控制两种。 主动力控制方法要求机器人控制器同时实现力和位置的控制,存在力/位耦合, 因而实现较为复杂。 相比较而言,。

10、被动力控制引入独立于机器人的柔顺装置,将力控制从机 器人控制器分离出来,通过柔顺装置实现,比主动力控制更加简单易行,因此在工业应用场 合有着更广泛的应用前景。 发明内容 0003 本发明的目的在于提供了一种基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系 统， 可以自动实现机器人抛锚路径的快速合理规划， 大大降低了工件的加工废件率。 0004 以及二维激光雷达通过里程计进行机器人的全局位置信息的获取， 从而可以控制 机器人精确的实现过门的运动。 0005 为实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统， 包括： 视觉感知模块， 用于感知抛锚工件、 待加工部件。

11、的外形及形变参数； 姿态感知模块， 用于感知抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数； 距离感知模块， 用于感知抛锚工件与待加工部件的距离参数； 抛锚路径规划模块， 用于基于模糊网络神经算法根据视觉感知模块感知到的抛锚工 件、 待加工部件的外形及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部 件姿态参数以及距离感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数进 行柔顺机器人抛磨路径的规划。 0006 进一步地， 所述视觉感知模块首先基于双目视觉传感器进行待加工部件图和抛锚 工件图的采集， 然后基于显著图的图像分割方法， 利用显著图检测策略,获取待加工部件图 的显著图,将显。

12、著图作为掩码图像,对待加工部件图和抛锚工件图进行复杂背景分割， 然后 基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现待加工部件和抛锚工件形状、 孔洞、 凸起、 裂缝等 的检测识别， 最后基于连通分量外接矩形的长宽比进行待加工部件和抛锚工件尺寸、 孔洞、 凸起、 裂缝等的测量。 0007 进一步地， 所述姿态感知模块首先基于三维姿态传感器采集抛锚机器人机械臂的 姿态信息， 所述抛磨机器人机械臂为蛇形机械臂， 由若干呈首尾连接的机械单元及位于机 说明书 1/4 页 4 CN 112045688 A 4 械单元之间的舵机组件构成， 每个机械单元均内载一三维姿态传感器， 基于各机械单元的 。

13、姿态参数推算抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数。 0008 进一步地， 所述距离感知模块采用四组双目视觉传感器， 基于抛磨机器人机械臂 上布置的呈环状的标记物上下左右四边与待加工部件之间的距离参数实现抛锚工件与待 加工部件之间距离参数的计算。 0009 进一步地， 所述距离感知模块首先基于双目视觉传感器进行包含待加工部件与抛 锚工件的图像的采集， 然后基于显著图的图像分割方法实现图像的背景分割， 然后基于 DSSD_Inception_V3_coco 模型实现待加工部件、 抛锚工件的检测识别， 最后基于连通分 量外接矩形的长宽比进行待加工部件、 抛锚工件之间距离的测量。 0010 进一步。

14、地， 还包括： 抛锚路径调整模块， 用于根据检测到的待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形 及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离 感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数实现抛锚路径的调整。 0011 进一步地， 所述抛锚路径校正模块包括： 物理模型构建模块， 用于根据待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形及形变参 数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离感知模块 感知到的距离参数进行机器人抛磨路径物理模型的构建； 参数作动模块， 用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后， 在指定的范围内对 。

15、参数进行变动， 从而驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解； 仿真分析模块， 用于输入可以分解为抛锚路径设计变量、 抛锚路径设计目标和抛锚路 径设计约束的参数、 算法， 并将输入参数、 算法划分为单元、 特性和载荷， 分别作用到指定的 模块上； 所述参数作动模块通过循环执行仿真分析模块， 将结果反馈给仿真分析模块， 仿真分 析模块提取结果， 并将结果反馈至抛锚路径校正模块， 抛锚路径校正模块基于预设的算法 根据仿真分析的结果实现抛锚路线的校正。 0012 本发明具有以下有益效果： 基于双目视觉传感器实现了抛锚工件与待加工部件的外形及形变参数、 两者之间相对 距离的监测， 协同姿态感知模。

16、块所感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数， 基于模糊网络神经算法实现了机器人抛磨路径的自动合理快速规划。 0013 基于抛锚工件与待加工部件的外形及形变参数以及预设的待加工部件抛锚目标 参数为每一个工件配置针对性的抛锚路径， 并基于抛锚工件与待加工部件的外形及形变参 数、 两者之间相对距离参数进行抛锚路径的规划校正， 可以大大降低工件的废件率。 附图说明 0014 图1为本发明实施例一种基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径规划系统的系 统框图。 0015 图2为本发明实施例中视觉感知模块的工作流程图。 0016 图3为本发明实施例中距离感知模块的工作流程图。 说明书 2/4 页 5。

17、 CN 112045688 A 5 具体实施方式 0017 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白， 以下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于限定本发 明。 0018 如图1所示， 本发明实施例提供了一种基于视觉感知的被动柔顺机器人抛磨路径 规划系统， 包括： 视觉感知模块， 用于感知抛锚工件、 待加工部件的外形及形变参数； 姿态感知模块， 用于感知抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数； 距离感知模块， 用于感知抛锚工件与待加工部件的距离参数； 抛锚路径规划模块， 用于基于模糊网络神经算法根据视觉感知模块感知到的抛锚工 件。

18、、 待加工部件的外形及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部 件姿态参数以及距离感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数进 行柔顺机器人抛磨路径的规划； 抛锚路径调整模块， 用于根据检测到的待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形 及形变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离 感知模块感知到的距离参数以及预设的待加工部件抛锚目标参数实现抛锚路径的调整； 中央处理模块， 用于协调上述模块工作。 0019 本实施例中， 将抛锚路径分割为至少三个环节， 包括初级抛锚阶段、 中级抛锚阶段 和终极抛锚阶段， 每一个阶段结束时， 。

19、抛磨机器人抛锚工件/待加工部件复位， 视觉感知模 块启动进行抛锚工件、 待加工部件的外形及形变参数的感知； 而姿态感知模块、 距离感知模 块始终处于开启状态， 此时， 所采集到的待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形及形 变参数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离感知 模块感知到的距离参数反馈至抛锚路径调整模块， 抛锚路径调整模块启动， 实现抛锚路线 的校正。 0020 本实施例中， 距离感知模块还抛锚工件/待加工部件异常 （比如有大块的物体飞溅 出来、 两者距离偏移超过预设范围等） 监测功能， 当监测到抛锚工件/待加工部件处于异常 状态时， 停止抛锚， 。

20、同时启动预警模块实现预警。 0021 本实施例中， 如图2所示， 所述视觉感知模块首先基于双目视觉传感器进行待加工 部件图和抛锚工件图的采集， 然后基于显著图的图像分割方法， 利用显著图检测策略,获取 待加工部件图的显著图,将显著图作为掩码图像,对待加工部件图和抛锚工件图进行复杂 背景分割， 然后基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现待加工部件和抛锚工件形状、 孔 洞、 凸起、 裂缝等的检测识别， 最后基于连通分量外接矩形的长宽比进行待加工部件和抛锚 工件尺寸、 孔洞、 凸起、 裂缝等的测量。 0022 本实施例中， 所述姿态感知模块首先基于三维姿态传感器采集抛锚机器人机械。

21、臂 的姿态信息， 所述抛磨机器人机械臂为蛇形机械臂， 由若干呈首尾连接的机械单元及位于 机械单元之间的舵机组件构成， 每个机械单元均内载一三维姿态传感器， 基于各机械单元 的姿态参数推算抛磨机器人抛锚工件/待加工部件的姿态参数。 0023 本实施例中， 所述距离感知模块采用四组双目视觉传感器， 基于抛磨机器人机械 臂上布置的呈环状的标记物上下左右四边与待加工部件之间的距离参数实现抛锚工件与 说明书 3/4 页 6 CN 112045688 A 6 待加工部件之间距离参数的计算。 0024 本实施例中， 如图3所示， 所述距离感知模块首先基于双目视觉传感器进行包含待 加工部件与抛锚工件的图像的采。

22、集， 然后基于显著图的图像分割方法实现图像的背景分 割， 然后基于DSSD_Inception_V3_coco 模型实现待加工部件、 抛锚工件的检测识别， 最后 基于连通分量外接矩形的长宽比进行待加工部件、 抛锚工件之间距离的测量。 0025 本实施例中， 所述抛锚路径校正模块包括： 物理模型构建模块， 用于根据待加工部件的外形及形变参数、 抛锚工件外形及形变参 数、 姿态感知模块感知到的抛磨机器人抛锚工件/待加工部件姿态参数以及距离感知模块 感知到的距离参数进行机器人抛磨路径物理模型的构建； 参数作动模块， 用于与物理模型构建模块中的各元素建立关系后， 在指定的范围内对 参数进行变动， 从而。

23、驱动各种仿真分析方法针对不同的参数进行计算求解； 仿真分析模块， 用于输入可以分解为抛锚路径设计变量、 抛锚路径设计目标和抛锚路 径设计约束的参数、 算法， 并将输入参数、 算法划分为单元、 特性和载荷， 分别作用到指定的 模块上； 所述参数作动模块通过循环执行仿真分析模块， 将结果反馈给仿真分析模块， 仿真分 析模块提取结果， 并将结果反馈至抛锚路径校正模块， 抛锚路径校正模块基于预设的算法 根据仿真分析的结果实现抛锚路线的校正。 0026 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。 说明书 4/4 页 7 CN 112045688 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 112045688 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 112045688 A 9 。