1.本发明涉及机器人抓取物品，具体是面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置和方法。
背景技术：2.人机交互是机器人的关键技术之一，机器人需要自动识别不同的人与物，并对其实现准确的定位才能进一步的实现交互的动作。从目前技术来看，机器人对人脸的识别已有比较成熟的解决方法，但对物的识别，尤其是对通过工业化生产的外观具有高度一致性的产品，无法进行有效的识别，这里的识别是指对物体包括两个物理参数完全一致的物体的甄别。另一方面，机器人对物品的抓取是机器人环境交互的基本功能，机器人在对物品实行抓取时，需要确定物品的立体结构和起始坐标点，然后通过算法确定抓取方法，才能实施有效的交互行为。工业机器人一般是采用人工辅助方法确定坐标起始点，然后人工输入加工程序，类人机器人属于多任务机器人，执行不同任务时的起始坐标点需要自动确定。目前，类人机器人在确定坐标起始点时，大都是采用立体视觉系统包括2d或3d成像系统，先在一定精度范围内对物体进行实时的三维测量，再根据算法确定坐标起始点，这一方式技术难度很大，成本太高，超出了用于家庭的服务机器人可承受的性价比范围。
技术实现要素：3.为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置和方法，提出利用二维码辅助机器人识别、定位和抓取，具有使用简单、技术可行和性价比高的显著特点。
4.为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，包括设于物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记；
5.还包括：
6.第一视觉系统：用于对所述目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在所述第一视觉区域内寻找所述目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统；
7.第一测距运动系统：用于接收所述第一测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的距离c，按照该距离将机器人引导至所述目标标记的正面位置，其中，机器人的手部设有标定标记；
8.第二视觉系统：用于在所述正面位置对所述目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统；
9.第二测距运动系统：用于接收所述第二测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，将机器人视觉原点引导并对准所述目标标记；
10.计算所述目标标记的坐标数据，获取所述标定标记的坐标数据，引导机器人的手部运动使所述标定标记与所述目标标记的坐标数据相重合；
11.其中，当所述标定标记和所述目标标记坐标数据重合时，表明手指位于抓取起始位置，所述第二测距运动系统发送抓取指令，其中，所述抓取指令用于控制机器人手臂抓取所述目标物品。
12.进一步地，所述第一测距运动系统还用于：
13.发送第一视觉调节指令至所述第一视觉系统，其中，所述第一视觉系统根据所述第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
14.以及，获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)。
15.进一步地，所述第一视觉系统包括图像传感器，所述图像传感器位于头部中轴线位置且能与头部同步转动；
16.所述第一视觉系统还用于：
17.转动头部带动所述图像传感器寻找所述目标标记，并读取所述目标标记。
18.进一步地，第二测距运动系统还用于：
19.发送第二视觉调节指令至所述第二视觉系统，其中，所述第二视觉系统根据所述第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
20.以及，获取机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取所述标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据xa＝c*cosλ*sinε、ya＝c*cosλ*cosε、za＝c*sinλ计算出所述目标标记的坐标数据(xa,ya,za)；
21.以及，根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算所述标定标记需要移动的距离，并将所述标定标记引导至所述目标标记处，直至所述标定标记与所述目标标记重合。
22.进一步地，所述目标标记上设有定位线；
23.所述标定标记上设有定位线；
24.所述图像传感器的图像中心设有定位线；
25.其中，所述标定标记与所述目标标记重合是指所述目标标记的定位线与所述标定标记的定位线重合。
26.进一步地，所述目标标记直接印刻在物品上，或者，间接配备在物品上；
27.所述目标标记采用二维码，所述目标标记上的定位线采用十字线。
28.进一步地，包括设于物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记，该目标标记十字线的中心点为机器人抓取该物品的动作坐标起始点；
29.所述方法包括以下步骤：
30.第一视觉检测步骤：对所述目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在所述第一视觉区域内寻找所述目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统；
31.第一测距运动步骤：接收所述第一测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的距离c，按照该距离及位置坐标自动规划机器人运动路径，其中，所述正面位置是指机器人视觉原点到所述目标标记的水平距离小于机器人视觉原点到机器人手部标定标记的水平距离的前方位置，其中，所述标定标记设于机器人的手部；
32.第二视觉检测步骤：在所述正面位置对所述目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统；
33.第二测距运动步骤：接收所述第二测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ；
34.计算所述目标标记的坐标数据，获取所述标定标记的坐标数据，控制机器手臂运动将所述标定标记引导至与所述目标标记的坐标数据相重合；
35.其中，当所述标定标记和所述目标标记坐标数据重合时，所述第二测距运动系统通过测距数据判断距离符合后发送抓取指令，其中，所述抓取指令用于抓取所述目标物品。
36.进一步地，所述第一测距运动步骤包括以下子步骤：
37.发送第一视觉调节指令至所述第一视觉系统，其中，所述第一视觉系统根据所述第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
38.以及，获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)。
39.进一步地，所述第一视觉系统包括图像传感器和激光测距单元，所述图像传感器和所述激光测距单元位于同一水平线上并列于头部中轴线位置且能与头部同步转动；
40.所述第一视觉检测步骤包括以下子步骤：
41.转动头部带动所述图像传感器寻找所述目标标记，在匹配到所述目标物品后，控制头部转动使得所述图像传感器的中心对准所述目标标记中心，读取所述目标标记。
42.进一步地，第二测距运动步骤包括以下子步骤：
43.发送第二视觉调节指令至所述第二视觉系统，其中，所述第二视觉系统根据所述第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
44.以及，所述角度传感器获取机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取所述标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据xa＝c*cosλ*sinε、ya＝c*cosλ*cosε、za＝c*sinλ计算出所述目标标记的坐标数据(xa,ya,za)；
45.以及，根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算所述标定标记需要移动的距离，并将所述标定标记引导至所述目标标记处，直至所述标定标记与所述目标标记重合；
46.其中，所述目标标记上设有定位线；
47.所述标定标记上设有定位线；
48.所述图像传感器的图像中心为视觉原点的中心定位线；
49.其中，所述标定标记与所述目标标记重合是指所述目标标记的定位线与所述标定标记的定位线重合。
50.综上所述，本发明取得了以下技术效果：
51.1、本发明在机器人完成学习和建立了基本的任务区域后，当机器人接受到任务指令后首先会确定物品所在的区域坐标或直接确定物品的坐标，在机器人运动系统的配合下接近物品坐标，并对目标区域进行视觉扫描，当读取到目标二维码后先完成激光定位测距，并以此测距信息调整视觉摄像头的焦距，完成精准定位后可以得出机器人相对于目标的位置坐标信息，引导机器人的手部运动到目标位置，由于机器人各伺服环节会引起程度不同的累积误差，需要对手部运动进行实时修正和引导才能保证机器人手部准确的到达作用点，这个过程由视频图像的分析程序完成，系统定义二维码的十字线中心位置就是机器人抓取该物品的坐标起点位置，而机器人大拇指上的物理中心点(也标以十字线)就是机器人的动作标定点，当这两个十字坐标线都在视频画面内时，机器人视觉处理软件就可以产生准确的引导指令，控制大拇指到达动作位置起始点；
52.2、本发明包括机器人第一视觉系统、第一测距运动系统、机器人专用二维码、第二视觉系统、第二测距运动系统和知识积累与存储系统，第一视觉系统和第二视觉系统控制
图像传感器及激光测距单元工作，用于实现寻的与定位；第一测距运动系统和第二测距运动系统控制激光雷达和激光测距单元工作，用以实现机器人的实时定位、路径规划和避障；所述机器人专用二维码，由带有十字坐标标记的二维码组成，用于辅助机器视觉系统对物体进行识别和定位；知识积累与存储系统是机器人在完成每项任务后对指令、对象、控制过程、必要条件的保存装置；
53.3、本专利通过采用机器人专用的二维码可以辅助机器人完成对物品的识别和定位，并利用二维码可以存储信息的特点，预先将物品的三维特征信息代码保存在该二维码中，机器人读取二维码后无需经过三维扫描建立抓取策略，直接通过二维码就可以获取抓取程序，完成抓取动作。
附图说明
54.图1是本发明实施例提供的二维码示意图；
55.图2是机器人寻找目标物品示意图；
56.图3是初始时机器人视觉原点、目标物品的坐标示意图；
57.图4是机器人寻找的路径示意图；
58.图5是机器人手臂坐标示意图；
59.图6是视觉中心十字线移动到目标物品的十字线示意图；
60.图7是视觉中心十字线和目标物品的十字线重合示意图；
61.图8是视觉中心十字线、目标物品的十字线、手指的十字线三者重合示意图；
62.图9是机器人自身坐标示意图。
具体实施方式
63.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
64.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
65.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
67.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
69.实施例：
70.面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，本发明所说的机器人为类人机器人，用于服务行业中，例如家居中帮助老人拿杯子等等。包括设于物品上的标记，其中，每一个物品上都设置一个标记，作为机器人抓取的目标，待抓取的目标物品上的标记为目标标记，作为抓取的目标点。包括设于机器人头部的图像传感器，图像传感器作为视觉系统的一份子使用(下文进行叙述)，图像传感器的图像中心为视觉原点，即图像的十字定位线原点，用于视觉检测时准确的定位到目标物品。包括设于机器人手部的十字标定标记，本实施例中将标定标记设在手部的大拇指上，标定标记用于标定物品，当标定标记和目标标记重合的时候或通过学习已知的起始位置时即是机器人手部位于抓取动作起始点的坐标位置。本发明就是提出一种手部定位目标物品的装置及方法。
71.在介绍各个系统之前，先介绍一下机器人所抓取的物品，每一个物品上都设置一个或多个标记，标记采用条形码、二维码等任何能够扫描读取的标记，本实施例中采用二维码，并且，每一个标记上均设置一个定位线，该定位线中心也是机器人作用于该物品的坐标起始原点，且在本实施例中体现为在二维码的中心处设置一个十字线作为定位线。另外，标记例如二维码可以是直接印刻在物品上，例如直接印刻在杯子、椅子上，也可以预制成特定的专用标签配合已有的物品使用，比如制成一个弹性的标有品名的瓶套，套在规格一致的普通瓶上，就可以供机器人识别使用。另外，对于标记例如二维码的读取、二维码图案中心点的解算、二维码读取有效距离的解算、二维码图像偏转角度的解算与校正等,以及，对定位线例如十字线的定位，均是现有的已经成熟的技术，本发明中直接采用，并不对其作出改进，在此不再赘述。
72.同时，如图1所示，本实施例中所采用的二维码为机器人专用二维码，由带有十字坐标标记的二维码组成，其二维码采用统一的数据格式，包含的信息包括物品的名称代码、三维特征数据代码和机器人抓取操作指令代码，其中三维特征数据是在设计机器人专用物品时根据设计参数或根据产品实物实测所得，因此会比任何二次测量所得的数据更精确，其中机器人抓取操作指令也是经预先验证过的最优化的机器人执行抓取任务的动作指令，不仅可以降低机器人视觉系统的设计难度，也可以极大的减少机器人控制系统的运算量和存储空间，保证执行抓取动作的准确性和可靠性。
73.本实施例中以机器人抓取杯子、杯子上有二维码、二维码上有十字线为例进行说明。
74.本发明包括：
75.(1)第一视觉系统：用于对目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在第一视觉区域内寻找目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统。
76.其中，第一视觉系统包括图像传感器和激光测距单元，用于实现寻的。图像传感器
和激光测距单元位于同一水平线上并列于头部中轴线位置且能与头部同步转动。第一视觉系统还用于：
77.转动头部带动图像传感器寻找目标标记，并读取目标标记。
78.本实施例中，当类人机器人接到任务指令后能自动分析寻的方向，并通过运动模块控制机器人运动到任务区域，转动头部带动图像传感器寻找任务区域内的目标物品，当机器人的主传感器匹配到目标物品后，进行二维码的读取，进而读取到该目标物品的信息以及目标物品所需抓取的角度、力度等信息。
79.应用到本实施例中，如图2所示，机器人利用图像传感器扫描杯子所在的区域，转动头部的角度让杯子上二维码的十字线中心与图像中心(机器人视觉原点)重合，并进行二维码的读取，获取到杯子代码，通过这个代码可以调取存储在机器人控制系统里的关联信息，包括所处的状态、杯子内盛放的物品、重量、形状、抓取时需要的力度和程序等。
80.通过视频图像对静止物品的坐标分析和定位跟踪为现有的已经成熟的技术，本发明中直接采用，并不对其作出改进，在此不再赘述。
81.(2)还包括第一测距运动系统：用于接收第一测距指令，测出机器人视觉原点到目标标记的直线距离c，按照该距离将机器人引导至目标标记的正面位置，其中，机器人的手部设有标定标记；
82.第一测距运动系统控制激光雷达和激光测距单元工作，用于：
83.发送第一视觉调节指令至第一视觉系统，其中，第一视觉系统根据第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距，进行目标物品位置的准确定位，准确定位后激光测距单元开始测距操作；
84.以及，获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)，以此坐标作为整个体系的坐标原点。
85.以及，根据(x0,y0,z0)计算出机器人视觉原点到达目标标记的若干条行进路线，选择其中一条最优路线作为目标路线，其中，目标路线用于引导机器人到达正面位置。
86.本实施例中，如图3所示，在获知机器人视觉原点的坐标数据之后，测量出机器人视觉原点到杯子的直线距离c，结合二者的位置，进而如图4所示，得到若干条从机器人视觉原点到杯子的路线。在得到若干条路线这个步骤中，激光雷达完成对室内环境的扫描，并建立路径规划，可在系统学习阶段实现对特定位置点的标定和存储，用以实现机器人快速准确的执行运动指令，而激光测距仪可以辅助机器人实现更精确的位置定位。系统自动匹配最优的路线，第一测距运动系统将机器人引导至正面位置。
87.本发明中将机器人引导至一个正面位置，对于正面位置本实施例中也给出一个确定方式，即，物品设置有二维码的的面为正面(对称物体也可以在不同对称面上设置多个相同的二维码)，在该正面上距离物品一定距离的位置为正面位置，在该距离范围内，机器人的手臂活动后能够抵达目标物品。
88.(3)还包括第二视觉系统：用于在正面位置对目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统。
89.本实施例中，正面位置会存在一个合理的区域，该区域内的任意位置均满足机器人手臂运动后能够抵达目标物品即杯子，所以在实际引导运动时，只要机器人视觉原点处于该区域内即可。如图4中，在该区域内选中一个正面位置点，为图中三角形所处的位置，在
该位置处第二视觉系统进行第二次扫描，将目标物品置于第二视觉区域内。如图5所示为第二视觉区域示意图，此时，头部转动使得所看到的第二视觉区域内有目标物品。然而此时，机器人的手部有可能位于该第二视觉区域内也有可能位于第二视觉区域外，如图5所示，总之，手部与目标物品之间存在一定的距离。当然也可能刚刚好手部位于目标物品边上，此种情况也包含在本发明实施例中。
90.(4)第二测距运动系统：用于接收第二测距指令，测出机器人视觉原点到目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，将机器人视觉原点引导并对准目标标记；
91.由于机器人运动到正面位置的过程中，其视觉区域会发生变化，其图像中心的十字线的位置不会一直和目标位置重合，因此，在机器人停止后，先将视觉原点就是图像中心的十字线对准到目标的十字线上。
92.然后，计算目标标记的坐标数据，获取标定标记的坐标数据，引导机器人的手部运动使标定标记与目标标记的坐标数据相重合或移动到通过学习已知的起始位置点；
93.其中，当标定标记到达起始位置后，第二测距运动系统发送抓取指令，其中，抓取指令用于抓取目标物品；
94.第二测距运动系统包括激光测距单元和角度传感器，激光测距单元和角度传感器位于头部中轴线位置且能与头部同步转动；
95.第二测距运动系统还用于：
96.发送第二视觉调节指令至第二视觉系统，其中，第二视觉系统根据第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
97.以及，角度传感器获取机器人视觉原点到目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据xa＝c*cosλ*sinε、ya＝c*cosλ*cosε、za＝c*sinλ计算出目标标记的坐标数据(xa,ya,za)；
98.以及，根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算标定标记需要移动的距离，并将标定标记引导至目标标记处，直至标定标记与目标标记重合。
99.在本实施例中，如图3所示，在得知机器人视觉原点到目标标记的水平角度ε和垂直角度λ、距离c之后，即可计算出目标标记的坐标(xa,ya,za)，机器人引导手部沿着图3中箭头方向由(x1,y1,z1)运动至杯子(xa,ya,za)处，使得手部大拇指接触面上十字标定标记与杯子二维码十字线相接触重合或移动到通过学习已知的起始位置时，完成定位操作，然后机器人控制手部抓取杯子即可。
100.在这个过程中，可以简化为：如图6所示，在第二视觉区域中，转动头部使得视觉中心十字线移动到目标物品的十字线上，此时如图7所示，视觉中心十字线和目标物品的十字线重合，然后再将手指的十字线移动到目标物品的十字线上或移动到通过学习已知的起始位置上，如图8所示，移动后，视觉中心十字线、目标物品的十字线、手指的十字线三者重合。
101.另外，在本发明中，在引导机器人手部时，还包括手臂运动系统：用于将机器人手部运动到指定位置，具体的，如图9所示，用于实时获取手臂肩膀关节坐标数据(x
上
,y
上
,z
上
)、手肘关节坐标数据(x
中
,y
中
,z
中
)、手腕关节坐标数据(x
下
,y
下
,z
下
)，包括机器人的手部运动。对于机器人手臂各关节的控制程序，与工业机器人的控制方式是一致的，均是现有的或可以实现的技术，本发明可直接采用或在机器人专用物品设计阶段实测后完成，在此不再赘述。
102.(5)还包括知识积累与存储模块：是机器人对完成每项任务后对指令、对象、控制
过程、必要条件的记忆和保存的模块，机器人在完成一个指令动作后，自动记录保存该物品最后的位置坐标，及重量、温度等相关信息，以及是单手操作还是双手操作，操作过程中的力量参数等(压力传感器参数和电流检测值等)，原始数据可以在学习过程中积累，也可以在后期应用过程中自动积累和修正。
103.在另一个实施例中提供一种面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取方法，包括设于物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记；
104.方法包括以下步骤：
105.通过指令到达指定的区域，
106.s100第一视觉检测步骤：对目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在第一视觉区域内寻找目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统；
107.s110第一视觉检测步骤包括以下子步骤：
108.转动头部带动图像传感器寻找目标标记，在匹配到目标物品后，控制头部转动使得图像传感器的中心对准目标标记中心，读取目标标记。
109.s200第一测距运动步骤：接收第一测距指令，测出机器人视觉原点到目标标记的距离c，按照该距离将机器人引导至目标标记的正面位置，其中，正面位置是指机器人视觉原点到目标标记的水平距离小于机器人视觉原点到机器人手部标定标记的水平距离的前方位置，其中，标定标记设于机器人的手部；
110.s200第一测距运动步骤包括以下子步骤：
111.s210发送第一视觉调节指令至第一视觉系统，其中，第一视觉系统根据第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
112.s220获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)；
113.s230根据c计算出机器人视觉原点到达目标标记的若干条行进路线，选择其中一条最优路线作为目标路线，其中，目标路线用于引导机器人到达正面位置。
114.s300第二视觉检测步骤：在正面位置对目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统；
115.s400第二测距运动步骤：接收第二测距指令，测出机器人视觉原点到目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，将机器人视觉原点引导并对准目标标记；
116.计算目标标记的坐标数据，获取标定标记的坐标数据，引导机器人的手部运动使标定标记与目标标记的坐标数据相重合或移动到通过学习已知的起始位置时；
117.其中，当标定标记到达指定起始位置，第二测距运动系统发送抓取指令，其中，抓取指令用于抓取目标物品；
118.s400第二测距运动步骤包括以下子步骤：
119.s410发送第二视觉调节指令至第二视觉系统，其中，第二视觉系统根据第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；
120.s420角度传感器获取机器人视觉原点到目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据xa＝c*cosλ*sinε、ya＝c*cosλ*cosε、za＝c*sinλ计算出目标标记的坐标数据(xa,ya,za)；
121.s430根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算标定标记需要移动的距离，并将标定标记引导至目标标记处，直至标定标记与目标标记重合；如图3所示，手指位置为(x1,y1,z1)，目
标位置为(xa,ya,za)，沿着图中箭头方向将手指移动到目标位置处。
122.其中，目标标记上设有定位线；
123.标定标记上设有定位线；
124.图像传感器的图像中心设有定位线；
125.其中，标定标记与目标标记重合是指目标标记的定位线与标定标记的定位线重合。
126.以上仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
技术特征：1.面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：包括设于物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记；还包括：第一视觉系统：用于对所述目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在所述第一视觉区域内寻找所述目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统；第一测距运动系统：用于接收所述第一测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的距离c，按照该距离将机器人引导至所述目标标记的正面位置，其中，机器人的手部设有标定标记；第二视觉系统：用于在所述正面位置对所述目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统；第二测距运动系统：用于接收所述第二测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，将机器人视觉原点引导并对准所述目标标记；计算所述目标标记的坐标数据，获取所述标定标记的坐标数据，引导机器人的手部运动使所述标定标记与所述目标标记的坐标数据相重合；其中，当所述标定标记和所述目标标记坐标数据重合时，表明手指位于抓取起始位置，所述第二测距运动系统发送抓取指令，其中，所述抓取指令用于控制机器人手臂抓取所述目标物品。2.根据权利要求1所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：所述第一测距运动系统还用于：发送第一视觉调节指令至所述第一视觉系统，其中，所述第一视觉系统根据所述第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；以及，获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)。3.根据权利要求2所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：所述第一视觉系统包括图像传感器，所述图像传感器位于头部中轴线位置且能与头部同步转动；所述第一视觉系统还用于：转动头部带动所述图像传感器寻找所述目标标记，并读取所述目标标记。4.根据权利要求3所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：第二测距运动系统还用于：发送第二视觉调节指令至所述第二视觉系统，其中，所述第二视觉系统根据所述第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；以及，获取机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取所述标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据x
a
＝c*cosλ*sinε、y
a
＝c*cosλ*cosε、z
a
＝c*sinλ计算出所述目标标记的坐标数据(x
a
,y
a
,z
a
)；以及，根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算所述标定标记需要移动的距离，并将所述标定标记引导至所述目标标记处，直至所述标定标记与所述目标标记重合。
5.根据权利要求4所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：所述目标标记上设有定位线；所述标定标记上设有定位线；所述图像传感器的图像中心设有定位线；其中，所述标定标记与所述目标标记重合是指所述目标标记的定位线与所述标定标记的定位线重合。6.根据权利要求5所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置，其特征在于：所述目标标记直接印刻在物品上，或者，间接配备在物品上；所述目标标记采用二维码，所述目标标记上的定位线采用十字线。7.面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取方法，其特征在于：包括设于物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记，该目标标记十字线的中心点为机器人抓取该物品的动作坐标起始点；所述方法包括以下步骤：第一视觉检测步骤：对所述目标所在的区域进行视觉扫描形成第一视觉区域，并在所述第一视觉区域内寻找所述目标后，发送第一测距指令至第一测距运动系统；第一测距运动步骤：接收所述第一测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的距离c，按照该距离及位置坐标自动规划机器人运动路径，其中，所述正面位置是指机器人视觉原点到所述目标标记的水平距离小于机器人视觉原点到机器人手部标定标记的水平距离的前方位置，其中，所述标定标记设于机器人的手部；第二视觉检测步骤：在所述正面位置对所述目标标记进行视觉扫描并形成第二视觉区域，发送第二测距指令至第二测距运动系统；第二测距运动步骤：接收所述第二测距指令，测出机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ；计算所述目标标记的坐标数据，获取所述标定标记的坐标数据，控制机器手臂运动将所述标定标记引导至与所述目标标记的坐标数据相重合；其中，当所述标定标记和所述目标标记坐标数据重合时，所述第二测距运动系统通过测距数据判断距离符合后发送抓取指令，其中，所述抓取指令用于抓取所述目标物品。8.根据权利要求7所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取方法，其特征在于：所述第一测距运动步骤包括以下子步骤：发送第一视觉调节指令至所述第一视觉系统，其中，所述第一视觉系统根据所述第一视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；以及，获取机器人视觉原点的坐标数据(x0,y0,z0)。9.根据权利要求8所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取方法，其特征在于：所述第一视觉系统包括图像传感器和激光测距单元，所述图像传感器和所述激光测距单元位于同一水平线上并列于头部中轴线位置且能与头部同步转动；
所述第一视觉检测步骤包括以下子步骤：转动头部带动所述图像传感器寻找所述目标标记，在匹配到所述目标物品后，控制头部转动使得所述图像传感器的中心对准所述目标标记中心，读取所述目标标记。10.根据权利要求9所述的面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取方法，其特征在于：第二测距运动步骤包括以下子步骤：发送第二视觉调节指令至所述第二视觉系统，其中，所述第二视觉系统根据所述第二视觉调节指令调节视觉摄像头的焦距；以及，所述角度传感器获取机器人视觉原点到所述目标标记的水平角度ε和垂直角度λ，以及获取所述标定标记的坐标数据(x1,y1,z1)，根据x
a
＝c*cosλ*sinε、y
a
＝c*cosλ*cosε、z
a
＝c*sinλ计算出所述目标标记的坐标数据(x
a
,y
a
,z
a
)；以及，根据|x
a-x1|、|y
a-y1|、|z
a-z1|计算所述标定标记需要移动的距离，并将所述标定标记引导至所述目标标记处，直至所述标定标记与所述目标标记重合；其中，所述目标标记上设有定位线；所述标定标记上设有定位线；所述图像传感器的图像中心为视觉原点的中心定位线；其中，所述标定标记与所述目标标记重合是指所述目标标记的定位线与所述标定标记的定位线重合。
技术总结本发明公开了面向机器人抓取物品操作的识别、定位和抓取装置和方法，包括设于待抓取物品上的标记，其中，待抓取的目标物品上的标记为目标标记；还包括：第一视觉系统；第一测距运动系统；第二视觉系统；第二测距运动系统；其中，所述第二视觉系统在所述第二视觉区域内寻找并读取所述目标标记和所述标定标记，当所述标定标记和所述目标标记坐标数据重合时，所述第二测距运动系统发送抓取指令，其中，所述抓取指令用于抓取所述目标物品。本发明利用二维码辅助机器人识别、定位和存储抓取代码，具有使用简单、技术可行和性价比高的显著特点。技术可行和性价比高的显著特点。技术可行和性价比高的显著特点。
技术研发人员：华宏伟 唐勇智 瞿晓波
受保护的技术使用者：江苏金和美机器人科技有限公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/7/5
