CN112828892B - 一种工件抓取方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工件抓取方法，包括：S1获取工件原始点云；S2分割并识别工件原始点云获取初步工件信息；S3逐个识别初步工件信息获取工件信息；S4获取第一排序，经由第一抓取规划模块依据第一排序轮询工件点云进行抓取规划判断，其包括至少两类柱面抓取姿态，每类柱面抓取姿态中夹角不同设置，若柱面抓取姿态对应工件点云通过抓取规划，对外输出；若均未通过抓取规划转入S5；S5获取第二排序，经由第二抓取规划模块依据第二排序轮询初步工件点云进行抓取规划判断，其包括至少一类端面抓取姿态，若端面抓取姿态对应初步工件点云通过抓取规划，则对外输出；若均未通过抓取规划结束，该方法可有效提高抓取成功率，实现完全无序的状态下的工件抓取。

Description

一种工件抓取方法、装置、计算机设备及存储介质

技术领域

本发明涉及一种从料框抓取零件的系统及控制方法，尤其是涉及一种工件抓取方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术

在工业制造领域，传统的上下料系统是基于自动化工装或人工的方式实现的，工件笨重，人工操作劳动强度大，对应的招工难。随着工业级3D相机的推广和3D视觉算法的兴起，基于 3D视觉的无序分拣上料系统有望将过去的人工或自动化的方式实现智能化，实现自动上下料系统的产业升级。

3D视觉引导应用抓取零件，从料框堆栈中抓取、从积放链中抓取、EHB输送系统中抓取零件，定位精确，实现高效率自动化率。其中从堆栈料框尤其是深料框中抓取工件最为复杂，料框中的工件通常处于散乱、无序状态，零部件料框抓取时不仅仅需要定位工件位置，还需要判断工件所在的位置，此外还需要面对工种类多，工尺寸不一等问题。

无序分拣所面临的复杂性对机器人提出了更多更高的要求，目前主要面临以下三大个问题：第一，料框中的工件通常处于散乱、无序状态，意味着工业机器人不能再依靠设定好的程序继续执行工作，而是需要对通过3D视觉对外部环境进行感知、分析，继而做出判断，从而解决无序分拣在场景物料匹配度低、产品种类迭代快、系统调整适应性低等方面的痛点。第二，由于工件随机摆放易导致料框内大量工件存在重叠、遮挡、阴影和复杂背景等情形，通过相机无法获取该类工件的完整点云数据进而无法识别出相关工件，导致不能进行此类工件抓取。第三，目前无序分拣中，常见的运动规划是指机械臂伸入料框，抓取依赖机械臂本体运动学模型，机器人末端手抓设计为长直杆，抓取策略为末端垂直于工件表面吸取，对于料框尺寸较大或料框与机器人相对较远时，机器人易产生臂展不够的问题，机器人姿态(直杆角度)有时无法满足30°以内。如图1和图2所示，近端机器人姿态可达30°，但远端就只能达到15°。

发明内容

本发明的目的是提供一种工件抓取方法，以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种工件抓取方法，使用末端手爪进行工件抓取，所述末端手爪包括一直杆以及一手爪组件，所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机器臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

所述工件抓取方法包括如下步骤：

S1获取工件原始点云；

S2分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入步骤S3，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿，若识别失败，则结束；

S3逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入步骤S4，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入步骤S5；

S4经由第一抓取规划模块轮询所述工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入步骤S5；

S5经由第二抓取规划模块轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少一类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，每类端面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束。

优选的，所述步骤S4之前还包括依据所述工件位姿对所述工件点云进行空间排序以获取第一排序，所述步骤S4中，经由第一抓取规划模块依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断；

所述步骤S5之前还包括依据所述初步工件位姿对所述初步工件点云进行空间排序以获取第二排序，所述步骤S5中，经由第二抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断。

优选的，所述步骤S4中，多个所述柱面抓取姿态串联设置，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断，若前一个所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述柱面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

和/或，所述步骤S5中，多个所述端面抓取姿态串联设置，每个所述端面抓取姿态依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断：若前一个所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述端面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态。

优选的，所述步骤S4中，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断包括如下步骤：

S41根据当前柱面抓取姿态以及当前待抓取的工件位姿获取直杆角度θ；

S42若所述直杆角度θ不大于预设角度，以当前柱面抓取姿态模拟抓取所述工件点云进行避碰检测：

若通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述柱面抓取姿态围绕所述工件点云坐标系z轴以360° /k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后仍判断不可抓取，则依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

S43若所述直杆角度θ大于预设角度，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

和/或，所述步骤S5中，每个所述端面抓取姿态依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断包括如下步骤：

S51根据当前端面抓取姿态以及当前初步工件位姿确认直杆角度θ；

S52若所述直杆角度θ不大于预设角度时，以当前端面抓取姿态模拟抓取所述初步工件点云进行避碰检测：

若通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述端面抓取姿态围绕所述初步工件点云坐标系z轴以 360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后判断不可抓取，则依据所述第二排序轮询下一个初步工件点云进行抓取规划判断；

S53若所述直杆角度θ大于预设角度时，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断。

进一步的：所述预设角度为15度。

优选的，所述末端手爪夹角角度为15度与45度可调；

所述第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；所述第二类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角；

所述第二抓取规划模块包括第一类端面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角。

优选的，所述第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态分别包括一正向柱面中间抓取姿态和一反向柱面中间抓取姿态，当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位；当所述柱面抓取姿态为所述反向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件柱面中间部位；

和/或，所述第二抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态包括一正向端面中间抓取姿态和一反向端面中间抓取姿态，当所述端面抓取姿态为正向端面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件端面，抓取点位于所述工件正中间部位；当所述端面抓取姿态为反向端面中间抓取姿态时，所述手抓末端反向垂直于工件端面，且抓取点位于所述工件端面中间部位。

优选的，所述第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态还分别包括正向柱面中间偏左抓取姿态、正向柱面中间偏右抓取姿态、反向柱面中间偏左抓取姿态、反向柱面中间偏右抓取姿态一种或多种组合；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位。

按照本发明的另一个方面，本发明还公开了一种工件抓取装置，其使用末端手爪进行工件抓取，所述末端手爪包括一直杆以及与所述直杆相连的手爪组件；所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机器臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

所述工件抓取装置包括：

工件原始点云获取模块，用于获取工件原始点云；

初步工件信息获取模块，用于分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入工件信息获取模块，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿；

工件信息获取模块，用于逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入第一排序获取模块，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入第二抓取规划模块处理；

第一抓取规划模块，用于所述初步工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入第二抓取规划模块；

第二抓取规划模块，用于轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少一类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束。

按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。

按照本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。

本发明所示的一种工件抓取方法、装置、计算机设备及存储介质，所述末端手爪设置夹角且所述夹角角度可调，通夹角角度可切换的手末端手爪与第一抓取规划模块、第二抓取规划模块两类抓取策略的配合，可可有效提高抓取成功率，实现完全无序的状态下的工件抓取，同时实现让机器人以±15°以内的姿态完成倾角在±90°以内的工件抓取，相比于直杆手抓设计，节约了机器人臂展，也更多地避免了机器人姿态奇异。

附图说明

图1为机器人远端抓取时臂展受限结构示意图；

图2为机器人近端抓取时臂展受限结构示意图；

图3为本发明工件抓取方法一实施例的工作流程示意图；

图4为手抓末端一实施例的结构示意图；

图5为第一抓取规划判断模块一实施例的工作流程示意图；

图6为本发明所示工件抓取方法工作时抓取结构示意图；

图7为柱面抓取姿态抓取规划判断的工作流程示意图；

图8为第一类正向柱面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为15度；

图9(a)为使用图8所示手爪末端以第一类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为0°工件抓取的结构示意图；

图9(b)为使用图8所示手爪末端以第一类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为15°工件抓取的结构示意图；

图9(c)为使用图8所示手爪末端以第一类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为30°工件抓取的结构示意图；

图10为第一类反向柱面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为15度；

图11(a)为使用图10所示手爪末端以第一类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为30°工件抓取的结构示意图；

图11(b)为使用图10所示手爪末端以第一类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为15°工件抓取的结构示意图；

图11(c)为使用图10所示手爪末端以第一类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为0°工件抓取的结构示意图；

图12为第二类正向柱面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为45度；

图13(a)为使用图12所示手爪末端以第二类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为30°工件抓取的结构示意图；

图13(b)为使用图12所示手爪末端以第二类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为45°工件抓取的结构示意图；

图13(c)为使用图12所示手爪末端以第二类正向柱面中间抓取姿态进行倾角为60°工件抓取的结构示意图；

图14为第一类反向柱面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为45度；

图15(a)为使用图14所示手爪末端以第二类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为60°工件抓取的结构示意图；

图15(b)为使用图14所示手爪末端以第二类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为45°工件抓取的结构示意图；

图15(c)为使用图14所示手爪末端以第二类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为30°工件抓取的结构示意图；

图16(a)是第一类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态的结构示意图；

图16(b)是第一类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态结构示意图；

图16(c)是第一类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态结构示意图；

图16(d)是第一类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态结构示意图；

图17(a)是第二类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态结构示意图；

图17(b)是第二类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态结构示意图；

图17(c)是第二类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态结构示意图；

图17(d)是第二类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态结构示意图；

图18为端面抓取姿态抓取规划判断的工作流程示意图；

图19为第一类正向端面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为15度；

图20(a)为使用图19所示手爪末端以正向端面中间抓取姿态进行倾角为60°工件抓取的结构示意图；

图20(b)为使用图19所示手爪末端以正向柱面中间抓取姿态进行倾角为75°工件抓取的结构示意图；

图20(c)为使用图19所示手爪末端以正向柱面中间抓取姿态进行倾角为90°工件抓取的结构示意图；

图21为第一类反向端面中间抓取姿态结构示意图，其中夹角为15度；

图22(a)为使用图21所示手爪末端以第一类反向端面中间抓取姿态进行倾角为60°工件抓取的结构示意图；

图22(b)为使用图21所示手爪末端以第一类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为75°工件抓取的结构示意图；

图22(c)为使用图21所示手爪末端以第一类反向柱面中间抓取姿态进行倾角为90°工件抓取的结构示意图；

图23为本发明一种工件抓取装置一实施例的结构示意图；

图24为本发明计算机设备的一个实施例的硬件架构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，而非以任何方式限制本发明的保护范围。

在说明书的全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列相目中的一个或多个的任何和全部组合。在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、步骤、整体、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、步骤、整体、操作、元件、部件和/或它们的组合。

如在说明书中使用的用语“基本上”、“大约”以及类似的用于用作表示近似的用语，而不用作表示程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另有限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

本发明公开了一种工件抓取方法，使用末端手爪进行工件抓取，所述末端手爪包括一直杆以及一手爪组件，所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机器臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

如图3所示，所述工件抓取方法包括如下步骤：

S1获取工件原始点云；

S2分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入步骤S3，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿，若识别失败，则结束本次流程；

S3逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入步骤S4，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入步骤S5；

S4依据所述工件位姿对所述工件点云进行空间排序以获取第一排序，经由第一抓取规划模块依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入步骤S5；

S5依据所述初步工件位姿对所述初步工件点云进行空间排序以获取第二排序，经由第二抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少两类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，每类所述端面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束本次流程。

本发明所示的一种工件抓取方法，所述末端手爪设置夹角且所述夹角角度可调，通夹角角度可切换的手末端手爪与第一抓取规划模块、第二抓取规划模块两类抓取策略的配合，可可有效提高抓取成功率，实现完全无序的状态下的工件抓取，同时实现让机器人以±15°以内的姿态完成倾角在±90°以内的工件抓取，相比于直杆手抓设计，节约了机器人臂展，也更多地避免了机器人姿态奇异。

由于末端手爪夹角角度可调，根据夹角角度设置数量n的不同,第一抓取规划模块与第二抓取规划模块中，柱面抓取姿态与端面抓取姿态又进一步可分别细分为n类抓取姿态，其中n类柱面抓取姿态用于常规工件抓取；n类端面抓取姿态用于料框内存在重叠、遮挡、阴影和复杂背景等情形下工件抓取方案解决，在进行工件抓取时，当工件原始点云经预处理识别出包含完整或较完整柱面信息的工件轮廓的工件点云后，由n类柱面抓取姿态进行抓取判断，工作时，每个柱面抓取姿态轮询所识别出工件点云，从而最终确定可抓取工件以及对应的抓取姿态(包括对应的末端手爪夹角)并输出至机器人进行工件抓取，通过本发明所示的柱面抓取姿态，已可完成料框内绝大部分无序状态下工件抓取；对于料框内工件存在重叠、遮挡、阴影和复杂背景等情形，即多个柱面抓取姿态判断没有可抓取工件或原始工件点云经预处理未能识别出工件点云时，转入端面抓取姿态处理，端面抓取姿态用于对工件进行扰动，实现工件在料框中位置的移动，然后在重新拍照进行下一轮的工件抓取规划。N类端面抓取姿态的抓取规划判断对象为初步工件点云(初步分割的点云)进行抓取规划，通过每个端面抓取姿态轮询所识别出初步工件点云(工件点云簇)，以判断是否存在可抓取的工件以及对应的端面抓取姿态(包括对应的末端手爪夹角)；若有，则输出给外部机器人，由外部机器人带上末端手爪进行工件扰动，以实现工件位置的移动。

以下以深料框内圆柱棒工件抓取、末端手爪夹角角度15度与45度可切换为例，对本发明所示的一种工件抓取方法工作原理进一步说明。

本实施例中，使用末端手爪进行工件抓取，如图4所示，所述末端手爪包括一直杆以及一手爪组件，所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度为15度与45度可切换，所述直杆用于连接外部机器臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；所述第二类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角；第二抓取规划模块也包括第一类端面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角，可实现让机器人以±15°以内的姿态完成姿态在±90°以内的工件抓取。

如图5所示，本发明公开的一种工件抓取方法，包括如下步骤：

S110获取工件原始点云；步骤S110中，通过3D相机配合光源对料筐内工件拍照以获取工件原始点云；

S120分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入步骤S3，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿，若识别失败，结束本次流程；

作为一优选方案，本实施例中，分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息包括如下步骤：

S121设置抓取空间，调整虚拟料框的长宽高厚尺寸和位姿，以裁剪出实际料框区域，进而得到裁剪后的点云；

S122对裁剪后的点云进行初步分割，获取分割后的点云，即所述初步工件信息，本实施例中，通过Box识别工具，进行裁剪后的点云进行初步识别，从而获取各初步工件信息，初步工件信息包括了初步点云数据以及对应的工件位姿的等信息。

S130逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入步骤S4，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入步骤S5；

步骤S130中对初步工件点云进一步处理，获取精确的工件点云轮廓，本实施例中，使用圆柱识别工具对分割后的初步工件信息逐个进行识别，得到每个工件信息，即获取对应的工件点云以及工件位姿，圆柱识别结果如图6所示，工件坐标系的z轴沿工件轴向，x轴沿工件径向，x-y-z轴构成右手坐标系。

S140依据所述工件位姿对所述工件点云进行空间排序以获取第一排序，经由第一抓取规划模块依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断，抓取规划时，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入步骤 S150；

步骤S140中依据识别出的工件点云的工件位姿信息进行空间排序，排序原则为z轴方向优先于x轴方向和y轴方向，其次x轴方向，最后y轴方向，即对所识别出的多个工件点云，首先基于工件点云z轴方向的高低进行排序，z轴方向高度越高排序越靠前，若多个工件点云的z轴高度相同，则依据x轴方向的大小进行排序，也是数值越大排序越靠前；若工件点云的x轴方向数值也相同，则继续基于y轴方向大小进行排序，从而获取工件点云的空间排序；

当获取工件点云的第一排序之后，转入第一抓取规划模块进行抓取判断，第一抓取规划模块为常规抓取姿态判断模块，本实施例中，所述第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与第二类柱面抓取姿态，第一类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；所述第二类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角。两类柱面抓取姿态的抓取点位于工件的柱面处，这样末端手爪的吸附区域大小和吸附面积较大，能更有效的进行工件抓取。

每个柱面抓取姿态对应设置为一个抓取规划单元，多个抓取规划单元之间串联设置，第一抓取规划模块进行抓取判断时，依据内部排序，从第一个柱面抓取姿态开始，依据所述第一排序轮询全部所述工件点云进行抓取判断，直至其中一组工件点云通过抓取判断，则输出所述工件信息以及对应的抓取姿态，若未找到可通过抓取判断的工件点云，则转入下一个柱面抓取姿态，继续依据所述第一排序轮询全部所述工件点云以进行抓取判断；若所有的柱面抓取姿态对应的全部工件点云均判断不可抓取，则转入步骤S150。其中若上一次抓取规划判断夹角为15度即为第一类柱面抓取姿态，而本次抓取规划判断夹角应为45度即为第二类柱面抓取姿态时，机器人端发送切换指令驱动手爪组件切换抓取角度，然后进行本次抓取。

每次抓取规划判断时，为尽可能的获取可抓取工件点云，作为一优选方案，如图7所示，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断包括如下步骤：

S141根据当前柱面抓取姿态以及当前待抓取的工件位姿获取直杆角度θ；

S142若所述直杆角度θ不大于预设角度，则以当前柱面抓取姿态模拟抓取所述工件点云进行避碰检测。

如前所述，对于料框尺寸较大或料框与机器人相对较远时，即便机器人姿态(直杆角度θ) 为30°时，机器人仍然易产生臂展不够的问题。作为一优选方案，本实施例中，预设角度为15度。

若通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述柱面抓取姿态围绕所述工件点云坐标系z轴以360° /k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后仍判断不可抓取，则依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

S143若所述直杆角度θ大于预设角度，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断。

通过转动多个角度，当前所述柱面抓取姿态进行其中一组工件点云抓取规划时，能够获取更多可能的抓取姿态，保证料框内绝大部分工件均能被抓取。

更进一步的，本实施例中，第一类柱面抓取姿态包括第一类正向柱面中间抓取姿态和第一类反向柱面中间抓取姿态，第二类柱面抓取姿态分别包括第二类正向柱面中间抓取姿态和第二类反向柱面中间抓取姿态。

如图8所示，当柱面抓取姿态为第一类正向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角。进行工件抓取时，如图9(a)所示，当工件倾角为0°时，直杆角度θ为15°；如图9(b)所示，当工件倾角为15°时，直杆角度θ为0°；如图9(c)所示，当工件倾角为30°时，直杆角度θ为-15°。 15°的末端手爪设计配合第一类正向柱面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐增大时，直杆角度θ逐渐减小。

如图10所示,当柱面抓取姿态为第一类反向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆也呈15度夹角。进行工件抓取时，如图11(a)所示，当工件倾角为0°时，直杆角度θ为-15°；如图11(b)所示，当工件倾角为-15°时，直杆角度θ为0°；如图11(c)所示，当工件倾角为-30°时，直杆角度θ为15°。15°的末端手爪设计配合第一类反向柱面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐减小时，直杆角度逐渐增大。

如图12所示，当柱面抓取姿态为第二类正向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角。进行工件抓取时，如图13(a)所示，当工件倾角为30°时，直杆角度θ为15°；如图13(b)所示，当工件倾角为45°时，直杆角度θ为0°；如图13(c)所示，当工件倾角为60°时，直杆角度θ为-15°。45°的末端手爪设计配合第一类正向柱面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐增大时，直杆角度逐渐减小。

如图14所示，当柱面抓取姿态为第二类反向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆也呈45度夹角。进行工件抓取时，如图15(a)所示，当工件倾角为-30°时，直杆角度θ为-15°；如图15(b)所示，当工件倾角为-45°时，直杆角度θ为0°；如图15(c)所示，当工件倾角为-60°时，直杆角度θ为15°。45°的末端手爪设计配合第一类反向柱面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐增大时，直杆角度逐渐减小。

为使得工件点云匹配更为合适的抓取姿态，本实施例中，在上述4个柱面抓取姿态基础之上，本发明还对抓取点在柱面上的相对位置进行限定，所述第一类柱面抓取姿态、与第二类柱面抓取姿态还包括正向柱面中间偏左抓取姿态、正向柱面中间偏右抓取姿态、反向柱面中间偏左抓取姿态、反向柱面中间偏右抓取姿态一种或多种组合；

如图16(a)所示，当第一类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位，手爪组件与所述直杆为15度夹角；如图16(b)所示，当所第一类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位，手爪组件与所述直杆为15度夹角。如图16(c)所示，当所述第一类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位，手爪组件与所述直杆为15度夹角；如图16(d)所示，当所述第一类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位，手爪组件与所述直杆为15度夹角。

如图17(a)所示，当第二类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位，手爪组件与所述直杆为45度夹角；如图17(b)所示，当所第二类柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位，手爪组件与所述直杆为45度夹角。如图17(c)所示，当所述第二类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位，手爪组件与所述直杆为45度夹角；如图17(d)所示，当所述第二类柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位，手爪组件与所述直杆为45度夹角。

本实施例中，第一抓取规划模块中设置上述12个柱面抓取姿态，各柱面抓取姿态分别对应一个抓取规划单元，各抓取规划单元之间为串联关系，每个抓取规划单元进行抓取规划时，抓取规划单元使用对应柱面抓取姿态m(m＝1,…,12)，从i＝1的第一个工件点云开始，根据识别到的工件位姿和抓取姿态m计算手抓的直杆角度θ：若θ不大于15°，则进行避碰检测；若避碰通过，则输出可抓工件信息；若避碰不通过，则将姿态m绕工件坐标系的z轴转动k次，每次转动角度为360°/k，每次都进行避碰检测，直到找到一个角度避碰通过，则输出可抓工件信息；若转动360°后仍然没有可抓工件，则跳转到下一个识别到的工件点云。若抓取姿态1～12都没有可抓工件，则触发另外一个抓取策略，即转入步骤S150。

S150依据所述初步工件位姿对所述初步工件点云进行空间排序以获取第二排序，经由第二抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少两类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，每类所述端面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角θ不同设置，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束本次流程。

当识别出的各点云工件均无法通过第一抓取规划模块进行抓取或未识别出初步工件点云时，说明此时料框内暂无合适的待抓取工件，存在如工件位于料框角落、工件叠套等无法有效获取工件柱面点云的情形，此时则转入步骤S150，由第二抓取规划判断模块选择合适的工件通过吸附端面进行扰动，即通过步骤S150所示的抓取策略选择合适的抓取姿态以及抓取工件，由末端手爪将工件吸附起来后扰动其姿态，让工件恢复到可抓取状态，然后重新拍照并进行工件抓取，以通过第一抓取规划模块完成重新定位后工件的准确抓取。

步骤S150中，首先依据步骤S120中所识别的出的初步点云工件的位姿信息进行空间排序；通过第一抓取规划模块已将料框中绝大部分工件分拣完毕，剩下的工件进行识别时，往往只能获得端面点云及部分壁面点云，故第二抓取规划模块基于初步点云工件进行空间排序，排序原则也为z轴方向优先于x轴方向和y轴方向；即对所识别出的多个初步工件点云，首先基于初步工件点云z轴方向的高低进行排序，z轴方向高度越高排序越靠前，若几个初步工件点云的z轴高度相同，则依据x轴方向的大小进行排序，也是数值越大排序越靠前；若初步工件点云的x轴方向数值也相同，则继续基于y轴方向大小进行排序，从而获取初步工件点云的空间排序。

获取初步工件点云的第二排序结果后，转入第二规划抓取模块选择合适的工件以及对应的抓取姿态进行工件位置扰动。本实施例中，所述第二抓取规划模块包括第一类端面抓取姿态，第一类端面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；端面抓取姿态的抓取点位于工件的端面处，用于吸取工件以进行工件扰动。

第二抓取规划模块中，各抓取姿态也是串联设置，进行抓取判断时，首先选择其中一端面抓取姿态，对于所述第二抓取规划模块中的任意一端面抓取姿态，依据所述第二排序，轮询所述初步工件点云进行抓取判断，直至其中一组初步工件点云通过抓取判断，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若当前抓取姿态下的全部初步工件点云均未通过抓取判断，则转入下一个端面抓取姿态，并依据所述第二排序，轮询所述初步工件点云进行抓取判断，直至其中一组初步工件点云通过抓取判断，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若所述第二抓取规划模块中所有抓取姿态对应的全部初步工件点云均不可抓取，则结束本次抓取判断并向外报错。

由于当前料框中以无适合抓取工件，若第二抓取规划模块未找到合适的抓取工件进行抓取，则整个系统结束，为尽量保证料框内工件均能被抓取，故第二抓取规划模块中每次抓取规划判断时，也通过转动角度，以尽量多尝试各种可能的抓取姿态。

如图18所示，第二抓取规划模块中每次抓取规划判断包括如下步骤：

S151根据当前端面抓取姿态以及当前初步工件位姿确认直杆角度θ；

S152若所述直杆角度θ不大于预设角度时，以当前端面抓取姿态模拟抓取所述初步工件点云进行避碰检测。本实施例中，预设角度优选为15度。

若通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述端面抓取姿态围绕所述初步工件点云坐标系z轴以 360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后判断不可抓取，则依据所述第二排序轮询下一个初步工件点云进行抓取规划判断；

S153若所述直杆角度θ大于预设角度时，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断。

更进一步的，本实施例中，第一类端面抓取姿态包括第一类正向端面中间抓取姿态和第一类反向端面中间抓取姿态。

如图19所示，当端面抓取姿态为第一类正向端面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件端面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角。进行工件抓取时，如图20(a)所示，当工件倾角为-90°时，直杆角度θ为15°；如图20(b)所示，当工件倾角为-75°时，直杆角度θ为0°；如图20(c)所示，当工件倾角为-60°时，直杆角度θ为-15°。15°的末端手爪设计配合第一类正向端面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐增大时，直杆角度逐渐减小。

如图21所示，当端面抓取姿态为第一类反向端面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件端面，抓取点位于工件正中间部位，所述手爪组件与所述直杆也呈15度夹角。进行工件抓取时，如图22(a)所示，当工件倾角为60°时，直杆角度θ为15°；如图22 (b)所示，当工件倾角为75°时，直杆角度θ为0°；如图22 (c)所示，当工件倾角为90°时，直杆角度θ为-15°。15°的末端手爪设计配合第一类反向端面中间抓取姿态，随着工件倾角逐渐增大时，直杆角度逐渐减小。

本实施例中，第二抓取规划模块中设置上述2个端面抓取姿态即抓取姿态1、2，各端面抓取姿态分别对应一个抓取规划单元，各抓取规划单元之间为串联关系，每个抓取规划单元进行抓取规划时，抓取规划单元使用对应抓取姿态m(m＝1、2)，从i＝1的第一个初步工件点云开始，根据识别到的工件位姿和抓取姿态m计算手抓的直杆角度θ：若θ不大于30°，则进行避碰检测；若避碰通过，则输出可抓工件信息；若避碰不通过，则将姿态m绕工件坐标系的z轴转动k次，每次转动角度为360°/k，每次都进行避碰检测，直到找到一个角度避碰通过，则输出可抓工件信息；若转动360°后仍然没有可抓工件，则跳转到下一个识别到的工件点云。若抓取姿态1、2都没有识别出可抓工件，则说明料框内确实无可抓取工件，则结束本次抓取判断并向外报错。

本发明所示的一种工件抓取方法，当工件倾角在±30以内时，15°夹角手抓末端配合第一类柱面抓取姿态，可以让机器人以±15°以内姿态完成抓取。工件倾角在30°～60°、-60°～30°，45°夹角手抓末端配合配合第二类柱面抓取姿态，可以让机器人以±15°以内姿态完成抓取；当工件倾角在60°～90°，-90°～-60°，15°手抓末端配合第一类端面抓取姿态，，可以让机器人以±15°以内姿态完成抓取。因此，15-45°两档切换的手抓末端设计，配合第一抓取规划模块与第二抓取规划模块，可以让机器人以±15°以内的姿态完成姿态在±90°以内的工件抓取。相比于直杆手抓、30°手抓设计，节约了机器人臂展，也更多地避免了机器人姿态奇异。

实施例二

本发明还公开了一种工件抓取装置10，其使用末端手爪进行工件抓取，所述末端手爪包括一直杆以及与所述直杆相连的手爪组件；所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机器臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

如图23所示，所述工件抓取装置10包括：

工件原始点云获取模块11，用于获取工件原始点云；

初步工件信息获取模块12，用于分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入工件信息获取模块，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿；

工件信息获取模块13，用于逐个识别初步工件信息以获取工件信息并转入第一排序获取模块，工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入第二抓取规划模块处理；

第一抓取规划模块14，用于轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入第二抓取规划模块17；

第二抓取规划模块15，用于轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少一类端面抓取姿态，端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，每类所述端面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束。

本发明所示的一种工件抓取装置10，所述末端手爪设置夹角且所述夹角角度可调，通夹角角度可切换的手末端手爪与第一抓取规划模块、第二抓取规划模块两类抓取策略的配合，可可有效提高抓取成功率，实现完全无序的状态下的工件抓取，同时实现让机器人以±15°以内的姿态完成倾角在±90°以内的工件抓取，相比于直杆手抓设计，节约了机器人臂展，也更多地避免了机器人姿态奇异。

优选的，本发明所示的一种工件抓取装置10还包括第一排序获取模块16与第二排序获取模块17

所述第一排序获取模块16用于依据所述工件位姿对所述工件点云进行空间排序以获取第一排序并转入第一抓取规划模块处理；所述第一抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断；

所述第二排序获取模块17用于依据所述初步工件位姿对所述初步工件点云进行空间排序以获取第二排序；所述第二抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，

优选的，所述第一抓取规划模块14中，多个所述柱面抓取姿态串联设置，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断，若前一个所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述柱面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

和/或，所述第二抓取规划模块15中，多个所述端面抓取姿态串联设置，每个所述端面抓取姿态依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断：若前一个所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述端面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动。

优选的，所述第一抓取规划模块14中，每个所述柱面抓取姿态判断子模块包括：

第一直杆角度获取单元，用于根据当前柱面抓取姿态以及当前待抓取的工件位姿获取直杆角度θ；

第一避碰检测判断单元，用于若所述直杆角度θ大于预设角度，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；若当所述直杆角度θ不大于预设角度时转入避碰检测单元；

以及第一避碰检测单元，用于以当前柱面抓取姿态模拟抓取所述工件点云进行避碰检测：若通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若未通过避碰检测，则以当前所述柱面抓取姿态围绕所述工件点云坐标系z轴以360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后仍判断不可抓取，则依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

作为一优选方案，第二抓取规划模块15中，每个端面抓取姿态判断子模块包括：

第二直杆角度获取单元，用于根据当前端面抓取姿态以及当前初步工件位姿确认直杆角度θ；

第二避碰检测判断单元，用于若所述直杆角度θ大于预设角度时，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；若所述直杆角度θ不大于预设角度时，转入第二避碰检测单元避碰检测：

以及第二避碰检测单元，用于以当前端面抓取姿态模拟抓取所述初步工件点云进行避碰检测；若通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态；若未通过避碰检测，则以当前所述端面抓取姿态围绕所述初步工件点云坐标系z轴以360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后判断不可抓取，则依据所述第二排序轮询下一个初步工件点云进行抓取规划判断。

进一步的，所述预设角度为15°。

优选的，所述末端手爪夹角角度为15度与45度可调，第一抓取规划模块15包括第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；所述第二类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角。

进一步的，第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态分别包括一正向柱面中间抓取姿态和一反向柱面中间抓取姿态，当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位；当所述柱面抓取姿态为所述反向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件柱面中间部位。

更进一步的，所述第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态还分别包括正向柱面中间偏左抓取姿态、正向柱面中间偏右抓取姿态、反向柱面中间偏左抓取姿态、反向柱面中间偏右抓取姿态一种或多种组合；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位。

优选的，第二抓取规划模块15包括第一类端面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角。

进一步的，第一类端面抓取姿态包括一正向端面中间抓取姿态和一反向端面中间抓取姿态，当所述端面抓取姿态为正向端面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件端面，抓取点位于所述工件正中间部位；当所述端面抓取姿态为反向端面中间抓取姿态时，所述手抓末端反向垂直于工件端面，且抓取点位于所述工件端面中间部位。

实施例四

图24所示是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集群)等。本实施例的计算机设备20至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器21、处理器22，如图24所示。需要指出的是，图24仅示出了具有组件21-22的计算机设备20，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。

本实施例中，存储器21(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)，存储器21也可以是计算机设备20的外部存储设备，例如该计算机设备20上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。当然，存储器21还可以既包括计算机设备20的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器21通常用于存储安装于计算机设备20的操作系统和各类应用软件，例如方法实施例的工件抓取方法的程序代码等。此外，存储器21还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。

处理器22在一些实施例中可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器22通常用于控制计算机设备20的总体操作。本实施例中，处理器22用于运行存储器21中存储的程序代码或者处理数据，例如运行工件抓取装置10，以实现方法实施例中的工件抓取方法。

实施例五

本申请还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如， SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储工件抓取装置的程序代码，被处理器执行时实现方法实施例中的工件抓取方法。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种工件抓取方法，使用末端手爪进行工件抓取，其特征在于：所述末端手爪包括一直杆以及一手爪组件，所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机械臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

所述工件抓取方法包括如下步骤：

S1获取工件原始点云；

S2分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入步骤S3，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿，若识别失败，则结束；

S3逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入步骤S4，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入步骤S5；

S4经由第一抓取规划模块轮询所述工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入步骤S5；

S5经由第二抓取规划模块轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少一类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，每类端面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束。

2.根据权利要求1所述的一种工件抓取方法，其特征在于：所述步骤S4之前还包括依据所述工件位姿对所述工件点云进行空间排序以获取第一排序，所述步骤S4中，经由第一抓取规划模块依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断；

所述步骤S5之前还包括依据所述初步工件位姿对所述初步工件点云进行空间排序以获取第二排序，所述步骤S5中，经由第二抓取规划模块依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断。

3.根据权利要求2所述的一种工件抓取方法，其特征在于：所述步骤S4中，多个柱面抓取姿态串联设置，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断，若前一个所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述柱面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

所述步骤S5中，多个端面抓取姿态串联设置，每个所述端面抓取姿态依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断：若前一个所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则转入下一个所述端面抓取姿态进行抓取规划判断，直至其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态。

4.根据权利要求3所述的一种工件抓取方法，其特征在于：所述步骤S4中，每个所述柱面抓取姿态依据所述第一排序轮询所述工件点云进行抓取规划判断包括如下步骤：

S41根据当前柱面抓取姿态以及当前待抓取的工件位姿获取直杆角度θ；

S42若所述直杆角度θ不大于预设角度，以当前柱面抓取姿态模拟抓取所述工件点云进行避碰检测：

若通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述柱面抓取姿态围绕所述工件点云坐标系z轴以360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后仍判断不可抓取，则依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

S43若所述直杆角度θ大于预设角度，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断；

和/或，所述步骤S5中，每个所述端面抓取姿态依据所述第二排序轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断包括如下步骤：

S51根据当前端面抓取姿态以及当前初步工件位姿确认直杆角度θ；

S52若所述直杆角度θ不大于预设角度时，以当前端面抓取姿态模拟抓取所述初步工件点云进行避碰检测：

若通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态；

若未通过避碰检测，则以当前所述端面抓取姿态围绕所述初步工件点云坐标系z轴以360°/k的转动角度转动k次，每转动一次进行一次避碰检测，直至其中一个转动角度通过避碰检测，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态，其中，所述k为预设值；若转动360°后判断不可抓取，则依据所述第二排序轮询下一个初步工件点云进行抓取规划判断；

S53若所述直杆角度θ大于预设角度时，则直接依据所述第一排序轮询下一个工件点云进行抓取规划判断。

5.根据权利要求4所述的一种工件抓取方法，其特征在于：所述预设角度为15度。

6.根据权利要求1所述的一种工件抓取方法，其特征在于：所述末端手爪夹角角度为15度与45度可调；

所述第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角；所述第二类柱面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈45度夹角；

所述第二抓取规划模块包括第一类端面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态中，所述手爪组件与所述直杆呈15度夹角。

7.根据权利要求1或6中所述一种工件抓取方法，其特征在于，所述第一抓取规划模块包括第一类柱面抓取姿态与第二类柱面抓取姿态，所述第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态分别包括一正向柱面中间抓取姿态和一反向柱面中间抓取姿态，当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件正中间部位；当所述柱面抓取姿态为所述反向柱面中间抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件柱面中间部位；

和/或，所述第二抓取规划模块包括第一类端面抓取姿态，所述第一类端面抓取姿态包括一正向端面中间抓取姿态和一反向端面中间抓取姿态，当所述端面抓取姿态为正向端面中间抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件端面，抓取点位于所述工件正中间部位；当所述端面抓取姿态为反向端面中间抓取姿态时，所述手爪 末端反向垂直于工件端面，且抓取点位于所述工件端面中间部位。

8.根据权利要求7中所述一种工件抓取方法，其特征在于，所述第一类柱面抓取姿态与所述第二类柱面抓取姿态还分别包括正向柱面中间偏左抓取姿态、正向柱面中间偏右抓取姿态、反向柱面中间偏左抓取姿态、反向柱面中间偏右抓取姿态一种或多种组合；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为正向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件正向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏左抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏左部位；当所述柱面抓取姿态为反向柱面中间偏右抓取姿态时，所述手爪组件反向垂直于工件柱面，抓取点位于工件中间偏右部位。

9.一种工件抓取装置，其使用末端手爪进行工件抓取，其特征在于：所述末端手爪包括一直杆以及与所述直杆相连的手爪组件；所述手爪组件与所述直杆呈夹角设置且所述夹角角度可调，所述直杆用于连接外部机械臂以使得所述机械臂位于料框外部，所述手爪组件垂直待抓取工件设置；

所述工件抓取装置包括：

工件原始点云获取模块，用于获取工件原始点云；

初步工件信息获取模块，用于分割并识别所述工件原始点云以获取初步工件信息，并转入工件信息获取模块，所述初步工件信息包括初步工件点云以及初步工件位姿；

工件信息获取模块，用于逐个识别所述初步工件信息以获取工件信息并转入第一排序获取模块，所述工件信息包括工件点云以及工件位姿；若识别失败，则转入第二抓取规划模块处理；

第一抓取规划模块，用于所述初步工件点云进行抓取规划判断，所述第一抓取规划模块包括至少两类柱面抓取姿态，所述柱面抓取姿态的抓取点位于所述工件的柱面处，每类所述柱面抓取姿态中所述手爪组件与所述直杆夹角不同设置，若其中一个所述柱面抓取姿态对应的一组工件点云通过抓取规划，则输出所述工件信息以及对应的柱面抓取姿态；若全部的所述柱面抓取姿态对应的全部工件点云均未通过抓取规划，则转入第二抓取规划模块；

第二抓取规划模块，用于轮询所述初步工件点云进行抓取规划判断，第二抓取规划模块包括至少一类端面抓取姿态，所述端面抓取姿态的抓取点位于所述工件的端面处，若其中一个端面抓取姿态对应的一组初步工件点云通过抓取规划，则输出所述初步工件信息以及对应的端面抓取姿态以进行工件扰动；若全部所述端面抓取姿态对应的全部所述初步工件点云均未通过抓取规划，则结束。

10.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

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