家庭環(huán)境下基于QR Code的多種類物體識別和抓取.pdf

1、家庭服務機器人是機器人技術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要求。家庭環(huán)境的動態(tài)性，以及物體的種類多樣、形狀各異、顏色不一等特點，加大了機器人識別和抓取物體的難度。本論文以家庭環(huán)境為背景，研究服務機器人如何從眾多物品中快速發(fā)現(xiàn)目標物并實現(xiàn)對物體的準確抓取。 本文綜述了服務機器人在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，以及物體識別和物體抓取研究的進展，分析了家庭環(huán)境下物體識別和抓取存在的難點，并提出了相應的解決方案。

2、 家庭環(huán)境下物體的操作可分為物體的識別和物體的抓取兩個步驟。 物體的識別是物體抓取的前提，針對家庭環(huán)境的特點本文提出了基于QRCode標簽的物體識別方法。QR Code標簽包括內(nèi)部信息和外圍標識兩部分：內(nèi)部信息利用QR Code的容量大、識別速度快、可高效表示漢字等特點，將物體的基本信息和操作信息記錄在其中：外圍標識可以方便QR Code標簽的遠距離定位。將設計好的QR Code標簽貼于物體表面，通過機器人手爪上的攝像頭獲取圖像

3、，利用設計的QR Code標簽特有的顏色和形狀特征，進行圖像處理可實現(xiàn)對物體的快速定位和識別。 物體抓取采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的圖像視覺伺服方法。圖像信息與控制信號的對應關系由神經(jīng)網(wǎng)絡來學習，通過圖像處理可以獲取QR Code標簽外圍標識4個顏色塊的中心坐標值，與期望抓取位姿時4個顏色塊的中心坐標值相比較，將二者之差作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入，輸出為各關節(jié)角度的變化值。實驗結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡能夠準確學習這種非線性映射，保證任務完成的精度，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，機器人在期望位姿抓取物體時往往出現(xiàn)與其他物體發(fā)生碰撞的情況，因此需要對機器人物體抓取進行末端障礙檢測與動作規(guī)劃。論文中分析了機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)劃和基于關節(jié)空間的軌跡規(guī)劃方法了實現(xiàn)機器人對物體的無碰抓取。 論文最后通過具體實驗實現(xiàn)了基于家庭環(huán)境下的服務機器人對多位姿物體的識別與抓取。首先進行了攝像頭標定和機器人手眼標定；然后訓練了基