家庭環(huán)境下基于QR Code的多種類物體識(shí)別和抓取.pdf

1、家庭服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)研究的重要方向之一，家庭環(huán)境中物體的抓取是其基本的任務(wù)要求。家庭環(huán)境的動(dòng)態(tài)性，以及物體的種類多樣、形狀各異、顏色不一等特點(diǎn)，加大了機(jī)器人識(shí)別和抓取物體的難度。本論文以家庭環(huán)境為背景，研究服務(wù)機(jī)器人如何從眾多物品中快速發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物并實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的準(zhǔn)確抓取。 本文綜述了服務(wù)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，以及物體識(shí)別和物體抓取研究的進(jìn)展，分析了家庭環(huán)境下物體識(shí)別和抓取存在的難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的解決方案。

2、 家庭環(huán)境下物體的操作可分為物體的識(shí)別和物體的抓取兩個(gè)步驟。 物體的識(shí)別是物體抓取的前提，針對(duì)家庭環(huán)境的特點(diǎn)本文提出了基于QRCode標(biāo)簽的物體識(shí)別方法。QR Code標(biāo)簽包括內(nèi)部信息和外圍標(biāo)識(shí)兩部分：內(nèi)部信息利用QR Code的容量大、識(shí)別速度快、可高效表示漢字等特點(diǎn)，將物體的基本信息和操作信息記錄在其中：外圍標(biāo)識(shí)可以方便QR Code標(biāo)簽的遠(yuǎn)距離定位。將設(shè)計(jì)好的QR Code標(biāo)簽貼于物體表面，通過機(jī)器人手爪上的攝像頭獲取圖像

3、，利用設(shè)計(jì)的QR Code標(biāo)簽特有的顏色和形狀特征，進(jìn)行圖像處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的快速定位和識(shí)別。 物體抓取采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像視覺伺服方法。圖像信息與控制信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)學(xué)習(xí)，通過圖像處理可以獲取QR Code標(biāo)簽外圍標(biāo)識(shí)4個(gè)顏色塊的中心坐標(biāo)值，與期望抓取位姿時(shí)4個(gè)顏色塊的中心坐標(biāo)值相比較，將二者之差作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，輸出為各關(guān)節(jié)角度的變化值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確學(xué)習(xí)這種非線性映射，保證任務(wù)完成的精度，具有

4、良好的魯棒性。 在家庭環(huán)境中，物體的擺放是任意的，機(jī)器人在期望位姿抓取物體時(shí)往往出現(xiàn)與其他物體發(fā)生碰撞的情況，因此需要對(duì)機(jī)器人物體抓取進(jìn)行末端障礙檢測(cè)與動(dòng)作規(guī)劃。論文中分析了機(jī)器人抓取過程中可能存在的障礙物類型，采用基于柵格法的路徑規(guī)劃和基于關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)物體的無(wú)碰抓取。 論文最后通過具體實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于家庭環(huán)境下的服務(wù)機(jī)器人對(duì)多位姿物體的識(shí)別與抓取。首先進(jìn)行了攝像頭標(biāo)定和機(jī)器人手眼標(biāo)定；然后訓(xùn)練了基