一种基于视觉传感的机械臂物料摆放力位混合纠偏方法与流程

本发明属于煤矿智能装备控制，具体涉及一种基于视觉传感的机械臂物料摆放力位混合纠偏方法。

背景技术：

1、随着煤矿智能化的发展，人工锚护受限于作业风险大、强度大、效率低等原因逐步被机器锚护替代，无人锚护技术成为主流发展方向。该技术依靠串联型机械臂替代人力完成物料抓取、运送、放置等动作，配合钻架实现自动化作业。在机械臂无人锚护技术的应用过程中，物料的精确取送是一个关键的技术难题，原因是在掘锚一体机中，位于物料仓中的物料是与机械臂底座的坐标相对固定，抓取位置可以得到相对精准的定位。然而在物料抓取、运送及放置的整个动作过程中，由于物料的直线度差异、掘锚一体机工作产生振动使机器人受力产生形变、钻架工作角度与位置需要进行人为调整，在此工况下，物料杆可能会发生与钻机对接产生偏移的情况，若未进行人为或设备，可能造成物料偏移目标位置甚至受力后脱离物料夹具等情况，因此需要通过采取控制手段进行机械臂位姿调整。

2、目前的控制技术研究主要集中于力位混合控制，力位混合控制原理是借助力传感器与视觉传感器将末端执行器的位置和力在独立子空间进行解耦，依据期望力与位置与实测力与位置的差距，调整各关节输出扭矩，使机械臂回到预期轨迹，最终抵达理想位置。而机械臂在位姿调整的过程中，若仅考虑位置的偏差信号进行调整会，易使机械臂产生振动降低精度或损伤末端执行器，致使锚护流程失败。因此，在研究无人锚护技术的过程中，亟需开发一种能够在位置跟踪的基础上，以物料取送过程物料的实时位姿结合力控的手段的实时误差补偿功能的精确放置方法以解决物料放置精度问题，为实现高效自动锚护提供关键技术支撑。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种基于视觉传感的机械臂物料摆放力位混合纠偏方法。

2、本发明采用如下的技术方案实现：一种基于视觉传感的机械臂物料摆放力位混合纠偏方法，包括：

3、根据锚护需求调整钻架角度，获取机械臂末端的物料抓取机构的位姿参数矩阵、视觉传感器在机械臂坐标系中的相对位姿参数矩阵，及物料在视觉传感器坐标系中的位姿参数矩阵；

4、通过矩阵变换得到物料相对钻架的目标位置在机械坐标系中的初始目标位姿参数矩阵，按照初始目标位姿参数矩阵，通过物料抓取机构将物料移送至相对钻架的初始目标位置；

5、在控制物料进入钻机的钻箱孔的过程中，实时采集物料与钻箱结合时的力位姿态混合参数，并计算实时采集的力位姿态混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值；

6、基于计算得到的力位混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值，对物料的位姿状态进行力位混合纠偏。

7、优选地，机械臂末端的物料抓取机构的位姿参数矩阵公式表示为：

8、

9、其中，表示，m、n取值均为1、2、3；为物料抓取机构抓取的物料特征点在机械臂坐标系中的坐标位置；

10、视觉传感器在机械臂坐标系中的相对位姿参数矩阵公式表示为：

11、

12、其中，表示，m、n取值均为1、2、3；为视觉传感器在机械臂坐标系中的坐标位置；

13、物料在视觉传感器坐标系中的位姿参数矩阵公式表示为：

14、

15、其中，表示，m、n取值均为1、2、3；为物料抓取机构抓取的物料特征点在视觉传感器坐标系中的坐标位置。

16、优选地，通过矩阵变换得到物料相对钻架的目标位置在机械坐标系中的目标位姿参数矩阵的计算公式为：

17、。

18、优选地，在控制物料进入钻机的钻箱孔的过程中，实时采集物料与钻箱结合时的力位姿态混合参数，并计算实时采集的力位姿态混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值，包括：

19、在控制物料进入钻机的钻箱孔的过程中，实时采集物料与钻箱结合时的多维压力信号、力矩信号、位置信号与姿态信号，作为力位姿态混合参数，并对力位姿态混合参数进行数据处理；

20、根据前期锚护试验与锚护效果，采集锚护效果良好时采集到的力位姿态混合参数，设定对应的压力阈值参数、力矩阈值参数、位置阈值参数及姿态角度阈值参数，作为预设力位姿态混合参数阈值；

21、计算数据处理后的力位姿态混合参数中压力信号与对应预设力位姿态混合参数阈值中压力阈值参数的偏差值，得到压力信号与压力阈值参数的第一偏差值；

22、计算数据处理后的力位姿态混合参数中力矩信号与对应预设力位姿态混合参数阈值中力矩阈值参数的偏差值，得到力矩信号与力矩阈值参数的第二偏差值；

23、计算数据处理后的力位姿态混合参数中位置信号与对应预设力位姿态混合参数阈值中位置阈值参数的偏差值，得到位置信号与位置阈值参数的第三偏差值；

24、计算数据处理后的力位姿态混合参数中姿态角度信号与对应预设力位姿态混合参数阈值中姿态角度阈值参数的偏差值，得到姿态角度信号与姿态角度阈值参数的第四偏差值。

25、优选地，基于计算得到的力位混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值，对物料的位姿状态进行力位混合纠偏，包括：

26、以第三偏差值作为粗修正基准偏差值，设定粗修正基准偏差值对应的预设粗修正基准偏差阈值；

27、对比粗修正基准偏差值和预设粗修正基准偏差阈值，若粗修正基准偏差值与预设粗修正基准偏差阈值之间的误差比大于预设误差比阈值，则以预设第一步距调整力位姿态混合参数中的位置信号，对物料的位置和姿态进行粗修正，且在粗修正基准偏差值与预设粗修正基准偏差阈值之间的误差比小于等于预设误差比阈值，完成粗修正；

28、粗修正完成后，以第三偏差值作为第一精修正基准偏差值，以第四偏差值作为第二精修正基准偏差值，设定第一精修正基准偏差值对应的第一预设精修正基准偏差值阈值，设定第二精修正基准偏差值对应的第二预设精修正基准偏差值阈值；

29、对比第一精修正基准偏差值和第一预设精修正基准偏差值阈值，同时对比第二精修正基准偏差值和第二预设精修正基准偏差值阈值，若第一精修正基准偏差值与第一预设精修正基准偏差阈值之间的误差比大于预设误差比阈值，且第二精修正基准偏差值大于第二预设精修正基准偏差阈值之间的误差比大于预设误差比阈值，则以预设第二步距调整力位姿态混合参数中的位置信号，以预设第三步距调整整力位姿态混合参数中的姿态角度信号，对物料的位置和姿态进行精修正，且在第一精修正基准偏差值与第一预设精修正基准偏差阈值之间的误差比小于等于预设误差比阈值，且第二精修正基准偏差值与第二预设精修正基准偏差阈值之间的误差比小于等于预设误差比阈值时，完成精修正。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

31、本发明提供了一种基于视觉传感的机械臂物料摆放力位混合纠偏方法，通过矩阵变换确定物料在与钻箱结合时的初始目标位置，按照初始目标位置将物料与钻箱结合时，实时采集力位姿态混合参数，并计算实时采集的力位姿态混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值；基于计算得到的力位混合参数与预设力位姿态混合参数阈值的偏差值，对物料的位姿状态进行力位混合纠偏。本发明提高了机械臂进行物料取送时的对接精度，同时减小物料倾角对送料过程造成的碰撞或物料取送流程失败的概率，提高整体系统的安全性；本发明实现了机械臂放料目标位姿的感应，根据钻箱实际位姿，进行实时位置与姿态轨迹偏差纠正。