一种传送带跟踪方法实现_机器人 皮带跟踪抓取算法

一、什么是传送带跟踪？

传送带跟踪通常用于食品和包装行业。典型的应用有：跟踪巧克力、糖果、面包将其放进盒子内，或者摆放在一起。传送带不停的运动，根据机器视觉给出的位置信息，引导机器人进行抓取任务。下图是一个示意图：

待抓取的物体part经过相机拍照处理后，随着传送带带到机械手抓取范围内，机器人将会抓取物体并将其放到指定位置。

二、传送带跟踪过程

视觉系统拍照的目的是为了给出工件在机械手坐标系下的瞬时位置，此时机械手可能尚未进入可抓取区域，机械手需要等待工件进入并进行抓取，同步阶段是为了保证物体已经被抓起，最后机械手将会完成抓取并放置的动作。

三、抓取策略

传送带速度如何设置？

• 如果工件比较密集，机械手可能会出现“漏抓”现象，适当降低传送带速度可以避免；
• 如果工件比较稀疏，机械手可能会出现“偷懒”现象，适当提升传送带速度可以避免；

3.1 PID式抓取策略

这一种形式机械手的目标位置实时刷新，使得机械手末端速度与皮带速度完全一致即可完成抓取。

3.2 位置预测策略

这个策略简单来说，就是在工件运行方向找到一个点，这个点使得机械手到该点的时间恰好等于传送带到该点的时间。如何寻找这个点是策略的主要目的，抓取点求取过程如下（注意这是建立在机械手坐标系$X$轴和皮带运动方向同向的基础上的）。

工件进入视觉系统瞬间，相机将会给出此刻工件位置$P$，经过$t_1$时间后，相机将会到达点$M$，设传送带速度恒定，大小为$V$，则有：
$$t_1=\frac{PM}{V}$$

再来看机械手的运动，假设此时机械手的位置为$S$，经过$t_2$时间机械手末端到同一个点$M$，所以有：
$$t_2=f(SM)$$
$f$计算规划时间的函数，如果$t_1=t_2$，此时的$M$就是抓取点：
$$\frac{PM}{V}-f(SM)=0$$

$M$点的坐标为$(x_m,y_m)$，$P$点的坐标为$(x_p,y_p)$，因为传送带运动方向为“纯”$X$方向，所以有：
$$M=(x_m,y_p)$$
显然$PM$是一个关于数$x_m$的方程，同理$SM$亦是如此。设他们之间的关系为$PM=g(x_m)SM=h(x_m)$，进而：
$$\frac{g(x_m)}{V}-f[h(x_m)]=0$$
再抽象一下：
$$t(x_m)=0$$
求抓取点问题转换成求上述方程的零点，求零点的方法可以通过二分法计算，假设抓取的上限为$U$，抓取的下限制为$D$，计算流程如下：

首先检查再指定上下游是否有解，如果没有解，直接退出循环；如果有解，根据二分法求出解的范围，每次求解的时候需要判断是否满足我们的误差要求$x_{err}$，如果不满足继续二分，如果满足退出循环，此时的$x_d$或者$x_u$为所求抓取点的位置。

[1]王铮, 戴坚锋, 钱振宇,等. 面向传送带作业系统的机器人目标跟踪与抓取策略研究[J]. 计算机测量与控制, 2016, 24(11):6.