1、摘要
為了使機(jī)器人專家容易掌握機(jī)器人抓取技術(shù)，Energid正在開發(fā)一個圖形用戶界面（GUI）的工具和可重復(fù)使用的軟件工具箱，該工具箱包括輕松地創(chuàng)作抓取和快速搜索抓取算法。該方法是通用的，可以應(yīng)用于任何機(jī)器人的手，所有類型機(jī)械臂和移動式平臺。視覺，位置控制，力控制，避免碰撞算法，綜合自然地融入抓取過程中。成功的抓取和參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中供以后實時應(yīng)用。本文介紹了如何用Energid的系統(tǒng)軟件和方便的人機(jī)界面創(chuàng)作抓取動作，用新的方式來約束機(jī)器人的手，和實時仿真的抓取的過程。特別強(qiáng)調(diào)的是，在創(chuàng)作抓取得過程中，整合使用了力的控制。力的控制包括各種控制算法，這些算法可適用于不同種類的力/力矩傳感器。特別強(qiáng)調(diào)的還有基于視覺的跟蹤，提供物體識別和從數(shù)據(jù)庫中抓取的自動選擇。該視覺系統(tǒng)還提供3維跟蹤引導(dǎo)抓取的過程。模擬和硬件驗證的研究使用的是Schunk的SDH的手和LWA手臂。
如圖1所示，Energid的軟件，針對特定的機(jī)器人手，任何種類的物體，用數(shù)據(jù)庫儲存抓取的算法。通過模擬的方法，可以容易地創(chuàng)建，編輯，模擬測試抓取的序列。這個模擬工具也包括了抓取力和位置的控制。所需的抓取力也可以通過圖形界面指定，編輯和測試。將成功的抓取路徑和力儲存到數(shù)據(jù)庫中。抓取的動作可以離線創(chuàng)作和編輯。當(dāng)給機(jī)器人一個物體，類似的抓取可以根據(jù)物體的相似性，從數(shù)據(jù) 庫中進(jìn)行搜索。相似性度量可以根據(jù)物體的形狀，表面特性，鉸接運(yùn)動學(xué)（有關(guān)節(jié)的物體）等等。我們已經(jīng)開發(fā)了一種，三維物體識別算法--形狀匹配的算法。通過力的控制，機(jī)器人可以容納接觸位置誤差，實現(xiàn)兼容的抓取。視覺系統(tǒng)用于跟蹤物體的方位進(jìn)行實時定位。整個抓取的系統(tǒng)可以通過模擬進(jìn)行測試，和編輯。
雖然許多技術(shù)已經(jīng)開發(fā)，其中大部分對用戶和機(jī)器人專家并不容易使用。一個通用的和可重復(fù)使用的機(jī)器人抓取工具是迫切需要的。我們工作正是為了滿足這種需求。我們一直專注于開發(fā)一個機(jī)器人的研究和最終用戶的工具。該工具可用于幾乎任何類型， 任何數(shù)目的機(jī)器人手，任何類型的機(jī)械臂，以及固定和移動系統(tǒng)。它適應(yīng)不同的剛度和表面性質(zhì)不同的物體。
圖1:抓取系統(tǒng)簡圖
對于一個給定的物體，如果相應(yīng)的手爪的抓取動作序列在數(shù)據(jù)庫中存在的話，類似的抓取很容易被搜索到。使用機(jī)器視覺系統(tǒng)，抓取的軟件工具可以用于在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。該軟件包括一個用于仿真和實時硬件控制的圖形用戶界面GUI。該系統(tǒng)也可以和視覺系統(tǒng)整合跟蹤物體的位置，方向，和發(fā)音。該視覺系統(tǒng)利用Energid的Selection視覺工具包。 該運(yùn)動控制系統(tǒng)利用Energid的機(jī)器人控制工具包Actin。
2、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫
機(jī)器人抓取的數(shù)據(jù)庫的方法，適用于所有的類型的物體。通過圖形界面，用戶可以修改抓取的動作和進(jìn)行準(zhǔn)確的動態(tài)模擬。數(shù)據(jù)庫建成樹狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)物體的形狀，關(guān)節(jié)，軟硬程度，和表面特性等物體的特征用來搜索相似的物體及其抓取動作。每一個節(jié)點(diǎn)包含一種特定的物體相似性的算法。 每一個節(jié)點(diǎn)都可以執(zhí)行快速的計算，一旦理想的相似的物體被搜索到?？梢月匀ハ旅娴乃阉饔嬎?。系統(tǒng)的輸入是一個物體的描述。輸出是抓取的路徑和力。該工具包支持力控制的整合， 并且抓取的路徑和力可以通過Energid專利的運(yùn)動控制和高逼真度的動態(tài)仿真測試和改進(jìn)。
2.1 抓取的創(chuàng)作
抓取和操作的創(chuàng)作可以通過圖形界面移動附加在機(jī)器手上的點(diǎn)和框架， 或改變關(guān)節(jié)的角度。 然后可以通過移動手指尖接觸物體進(jìn)一步改進(jìn)抓取動作。在創(chuàng)作過程中，會用到具體的手臂和手，或只有手。 抓取的動作序列的創(chuàng)作過程是視覺化的創(chuàng)作，編輯和記錄。 圖2所示的是使用抓取創(chuàng)作工具創(chuàng)作用Schunk公司的手臂和手抓取和操作一個杯子的序列。
圖2: 視覺化的創(chuàng)作用Schunk的手臂和手抓取一個杯子的動作。抓取的動作序列被顯示在這個工具的底部。
機(jī)器人抓取創(chuàng)作工具視頻，http://v.youku.com/v_show/id_XMTc2MDE0ODgw.html