CN109623815A - 一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法，其特征在于：包括机械臂本体、红外双目相机、计算机和运动控制器；具体控制方法为S1：坐标系建立；S2：图像采集；S3：数据处理；S4：机械臂切换；S5：机械臂复位；本发明较单波浪补偿机械臂具有更大的工作空间，灵巧空间，双手协同作业效率较高；本发明的视觉定位通过双目红外相机直接识别标志点，较模板匹配方法，速度有了较大的提升，提高了系统的动态响应能力；本发明可根据视觉检测到的标志点信息，自主设定主从机械手来完成不同的任务，灵活性高。

Description

一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法

技术领域

本发明涉及无人打捞技术领域，尤其涉及一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法。

背景技术

随着人类对海洋资源探索的深入，各类海洋平台和船舶越来越频繁的进行海上作业，机械手作为一种辅助作业工具占有不可或缺的地位，单机械手受到环境和自身条件的制约，很多工作任务都难以完成，且灵活性差，效率低下。

如中国专利201710494430.X.所述一种波浪补偿打捞机器人系统，该波浪补偿打捞机器人系统安装在船舶上，其特征在于：包括机械臂机构、惯导传感器、运动控制器、计算机和视觉检测器。机械臂通过螺栓组固定连接在基座上，机械臂跟随基座沿着横向导轨或纵向导轨移动，惯导传感器位于机械臂的旁侧且连接固定在基座上，实时测量因风浪引起的数据变化并向计算机发送所测试的数据，计算机分别与惯导传感器、运动控制器和视觉检测器进行数据交换，处理惯导传感器和视觉检测器输出的数据并向运动控制器发送指令。运动控制器的一端与计算机进行数据交换，运动控制器的另一端与机械臂的伺服电机相连并控制机械臂进行补偿运动，视觉处理器包括第一摄像机和第二摄像机，分别安装在机械臂机构上。

上述专利中采用单机械臂进行打捞，工作空间小，灵活性差。视觉定位上采用模板匹配的处理算法，识别定位的速度较慢且无法对运动的物体进行操作。

针对上述问题，本发明设计了一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统及方法，该系统具有波浪补偿功能，能够在风浪的影响下实现对目标物体的抓取，且能够自主切换主从机械臂，具有更大的灵活性。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统，其创新点在于：包括机械臂本体、红外双目相机、计算机和运动控制器；

所述机械臂本体包括基座和机械臂，所述机械臂通过螺栓固定在基座上，所述机械臂通过交流伺服电机驱动；

所述计算机分别与红外双目相机、运动控制器进行数据交换；所述计算机接收红外双目相机传送的数据并进行处理，发送指令给运动控制器；

所述运动控制器一端与计算机进行数据交换，另一端与驱动机械臂的交流伺服电机相连并控制机械臂进行运动；

所述红外双目相机安装在机械臂本体上。

一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的方法，其创新点在于：具体方法如下：

S1：坐标系建立：首先对机械臂进行手眼标定，确定相机坐标系与机械臂末端工具坐标系的映射关系；

S2：图像采集：红外双目相机进行图像采集，设置1s采集20张图片，将采集到的图像传给计算机，在计算机中进行预处理得到位于待打捞的无人救捞装置的搭扣周围的标志点坐标；一个搭扣周围设置有4个标志点，由于海浪的影响可能会造成遮挡，这里仅需识别其中一个标志点坐标；

S3：数据处理：计算机将处理得到的标志点坐标换算得到相应搭扣的坐标，并将坐标值传输到控制器中，在控制器中分别计算两个搭扣与两个机械手基座标系原点间的距离，根据距离长短设置主从机械臂，完成不同的任务，分别对主从机械手进行轨迹规划，同时将摄像头检测到的由于风浪影响下的标志点的实时位置通过计算机反馈给控制器，构成偏差信号，并将其传递给伺服驱动器控制机械臂末端执行器实时跟踪搭扣位置，实现对机械臂末端的波浪补偿；

S4：机械臂切换：若计算机判断已有两次机械臂末端与搭扣坐标相对固定，则将机械臂复位指令传送给控制器，机械臂复位；复位完毕后，将从机械臂切换成主机械臂，主机械臂切换到辅机械臂，根据由图像得到的另一搭扣坐标并传送给运动控制器，重复上述对主、从机械臂的控制；

S5：机械臂复位：操作完毕后机械臂复位，船载拖曳系统将无人救捞装置拖回救捞船上。

本发明的优点在于：

1）本发明较单波浪补偿机械臂具有更大的工作空间，灵巧空间，双手协同作业效率较高；本发明的视觉定位通过双目红外相机直接识别标志点，较模板匹配方法，速度有了较大的提升，提高了系统的动态响应能力；本发明可根据视觉检测到的标志点信息，自主设定主从机械手来完成不同的任务，灵活性高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的结构示意图。

图2为本发明的一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的控制流程图。

图3为本发明的一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的双机械臂切换流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示的一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统，包括机械臂本体1、红外双目相机2、计算机和运动控制器3。

机械臂本体1包括基座11和机械臂12，所述机械臂12通过螺栓固定在基座11上，所述机械臂12通过交流伺服电机驱动。

计算机分别与红外双目相机2、运动控制器3进行数据交换；所述计算机接收红外双目相机2传送的数据并进行处理，发送指令给运动控制器3。

运动控制器3一端与计算机进行数据交换，另一端与驱动机械臂12的交流伺服电机相连并控制机械臂12进行运动；

红外双目相机2安装在机械臂本体1上。

一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的方法：具体方法为：

S1：首先对机械臂12进行手眼标定，确定相机坐标系与机械臂工具坐标系的映射关系；具体而言，首先提供标定板，此标定板相对于机械臂12的位姿已知，通过多次、多角度、大范围地移动机械臂12，然后进行拍照并记录下与之相对应地运动控制器3上的位姿信息，通过软件编程求解其手眼关系，即相应的齐次变换矩阵。

S2：红外双目相机2进行图像采集，可设置1s采集20张图片，将采集到的图像传给计算机，在计算机中进行预处理，首先采用高斯滤波和中值滤波算法对采集到的图片进行滤波去噪，之后通过维纳滤波消除抖动以及直方图锐化的方法增强对比度；预处理后的图片进行二值化后采用改进的Hough圆检测算法对无人救捞装置上的标志点进行检测。能够得到标志点的半径及中心坐标；一个搭扣周围设置有4个标志点，由于海浪的影响可能会造成遮挡，这里仅需识别其中一个标志点坐标即可，此方法较模板匹配算法解算速度更快，效率更高。

S3：计算机将处理得到的标志点坐标换算得到相应搭扣的坐标，并将坐标值传输到控制器3中，在控制器3中分别计算两个搭扣与两个机械臂末端工具坐标系原点间的距离，对求得的四个距离进行比较，取距离最短的情况下对应的机械臂设置为主机械臂，另一机械臂设置为从机械臂，根据此距离下的相对应的搭扣的坐标，采用抛物线拟合算法进行轨迹规划，同时将红外双目相机2检测到的由于风浪影响下的标志点的实时坐标通过计算机反馈给控制器3，构成偏差信号。控制主机械臂抓住相应的搭扣；实现机械臂末端位置的波浪补偿。此时计算机根据图像判断主机械臂末端坐标与搭扣坐标是否相对固定，与此同时，从机械臂采用多点拟合的抛物线算法，根据与船载拖曳系统相连的挂钩坐标点和与主机械臂相连的搭扣坐标进行轨迹规划，先对挂钩进行抓取，然后将挂钩挂在与主机械手相连的搭扣上，同时计算机根据图像判断从机械臂末端坐标与搭扣坐标是否相对固定。

S4：若计算机判断已有两次机械臂末端与搭扣坐标相对固定，则将机械手复位指令传送给运动控制器3，机械臂复位；复位完毕后，将从机械臂切换成主机械臂，主机械臂切换到从机械臂，根据由图像得到的另一搭扣坐标并传送给运动控制器3，重复上述对主、从机械臂的控制。

S5：操作完毕后机械臂复位，船载拖曳系统将无人救捞装置拖回救捞船上。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统，其特征在于：包括机械臂本体、红外双目相机、计算机和运动控制器；

所述机械臂本体包括基座和机械臂，所述机械臂通过螺栓固定在基座上，所述机械臂通过交流伺服电机驱动；

所述计算机分别与红外双目相机、运动控制器进行数据交换；所述计算机接收红外双目相机传送的数据并进行处理，发送指令给运动控制器；

所述运动控制器一端与计算机进行数据交换，另一端与驱动机械臂的交流伺服电机相连并控制机械臂进行运动；

所述红外双目相机安装在机械臂本体上。

2.一种用于无人打捞船的波浪补偿双机器人系统的方法，其特征在于：具体方法如下：

S1：坐标系建立：首先对机械臂进行手眼标定，确定相机坐标系与机械臂末端工具坐标系的映射关系；

S2：图像采集：红外双目相机进行图像采集，设置1s采集20张图片，将采集到的图像传给计算机，在计算机中进行预处理得到位于待打捞的无人救捞装置的搭扣周围的标志点坐标；一个搭扣周围设置有4个标志点，由于海浪的影响可能会造成遮挡，这里仅需识别其中一个标志点坐标；

S3：数据处理：计算机将处理得到的标志点坐标换算得到相应搭扣的坐标，并将坐标值传输到控制器中，在控制器中分别计算两个搭扣与两个机械手基座标系原点间的距离，根据距离长短设置主从机械臂，完成不同的任务，分别对主从机械手进行轨迹规划，同时将摄像头检测到的由于风浪影响下的标志点的实时位置通过计算机反馈给控制器，构成偏差信号，并将其传递给伺服驱动器控制机械臂末端执行器实时跟踪搭扣位置，实现对机械臂末端的波浪补偿；

S4：机械臂切换：若计算机判断已有两次机械臂末端与搭扣坐标相对固定，则将机械臂复位指令传送给控制器，机械臂复位；复位完毕后，将从机械臂切换成主机械臂，主机械臂切换到辅机械臂，根据由图像得到的另一搭扣坐标并传送给运动控制器，重复上述对主、从机械臂的控制；

S5：机械臂复位：操作完毕后机械臂复位，船载拖曳系统将无人救捞装置拖回救捞船上。