机器人手眼协调——机械臂自主抓取物体

2024-04-28 15:12:43

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一. 实验目的

KinectV2作为视觉输入，获取目标物体以及机械臂各关节在三维空间中的位置，结合几何运动学和数据训练方法实现机械臂自主抓取目标物体。

二. 实验设备

Kinect、六个舵机的五自由度平行四边形机械臂
（安装在Pioneer3移动机器人上）

机械臂

实验使用的机械臂是具有六个舵机的五自由度平行四边形机械臂。如上图所示，S1~S3处舵机分别负责肩部、大臂、小臂的转动，S4~S5负责腕部的两个自由度转动，S6负责抓取。每个舵机的转动范围是500-2500，换算成角度大约是0-180度。

上图是机械臂的结构图，其中舵机S1负责
$\theta_1$ ，S2负责
$\theta_{2'}$ ，S3负责
$\theta_{2''}$ ，S4负责
$\theta_{5}$ ，S5负责
$\theta_{6}$ 。

实验只使用机械臂的4个自由度，即始终令
$\theta_{5} = 0°$ ，且令手爪的姿态始终垂直向下。

三. 算法流程

标定机械臂各关节，从KinectV2获取图像，经过处理得到关节点在空间中的坐标，通过几何运动学解算出此时各关节角的角度；
从KinectV2获取图像，经过处理得到目标物体位置，通过几何运动学解算出机械臂要抓到物体所要的角度（目标角度）；
计算目标角度与当前角度的误差，使用反馈控制减少误差；
循环1~4步，当误差足够小时即可命令机械臂抓起物体。

以上4步是算法的大致步骤。（除此之外，反馈控制使用的是自己设计的控制器，同时结合了数据训练方法模拟人类抓取物体的方式）

四. 实验结果

机械臂自主抓取物体

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移动机器人寻迹

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