RGB-D傳感器實現六自由度工業(yè)機器人的視覺伺服方法

機器人協助人類已成為一種智能高效的工作流程，機器人應該準確感知工作環(huán)境，不干擾正常工作流程。將機器視覺方法用于圖像處理和機器人執(zhí)行過程，稱為機器人基于視覺運動控制的視覺伺服方法。目前主要采用2D攝像機進行視覺伺服應用，對圖像中的邊緣或角點方向進行精確定位，但是對于沒有明顯特征的物體，2D攝像機效果較差，深度感測攝像機是更好的選擇。RGB-D傳感器能提供從深度數據生成的點云，不用尋找特征點方向，檢測到的圖像已經是可用于工作區(qū)中的2.5D對象，可以通過迭代最近點（ICP）算法，將2.5D對象的點云與模型匹配。

本文將機器人分解為幾個鏈接部分，使得關節(jié)方向可以從云對齊中計算出來。兩個放置在65cm以外、俯仰角為30°的RGB-D傳感器具有較寬的視野，用于跟蹤具有六自由度的機械手，進行關節(jié)位置感知和視覺伺服，深度感測定位和對象匹配最高精度通過比較兩個RGB-D得出。ICP算法匹配機器人關節(jié)點云過程中，關節(jié)鏈接模型由計算機輔助設計（CAD）生成，根據鏈接坐標系建立對應D-H矩陣，表示各鏈接位姿關系，從機器人點云到匹配模型的偏差被用來計算關節(jié)運動速度，實現兩個點云的再次對齊，整體是通過點云庫（PLC）實現。

從PCL實現CAD模型的包絡點云，通過D-H與參數的變換耦合算法，保證關節(jié)間的相互耦合。RGB-D傳感器和機器人運動信息在操作系統（ROS）中進行交互，使可視化模型與深度圖像一起顯現，實現模型可觀察和可控。RGB-D在顛簸情況下檢測的圖像，ICP算法精度較低，難以準確計算匹配，此時通過最小二乘法進行機器人點云的平滑處理，關節(jié)角度匹配可以精確到±0.5°。

Varhegyi T,et al.Oagm&Arw 2017 Joint Workshop on"vision, Automation and Robotics Conference. Oct.2017.

編譯：羅蘭