(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211309652.4 (22)申请日 2022.10.25 (71)申请人 中国科学院国家空间科 学中心 地址 100190 北京市海淀区中关村南 二条1 号 (72)发明人 于强　鲁鹏飞　于泽华　刘晓珂　 任俊竹　戴宏伟　霍晓智　李欣泽　 (74)专利代理 机构 北京方安思达知识产权代理 有限公司 1 1472 专利代理师 陈琳琳　张红生 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于智能视觉的天地协同空间科学实 验机器人 (57)摘要 本发明涉及一种基于智能视觉的天地协同 空间科学实验机器人， 机器人包括空间材料科学 实验样品盒视觉定位模块、 空间材料科学实验样 品盒抓取模块、 空间材料科学实验操作指令数据 库模块和天地协同操作模块； 视觉定位模块用于 获取高温柜中批量样品管理模块的门把手、 空间 材料科学实验样品盒以及X射线透射成像模块中 样品盒把手的位姿信息， 并将位姿信息发送给空 间材料实验样品盒抓取模块； 抓取模块用于根据 位姿信息进行路径规划， 执行样品盒更换任务； 操作指令数据库模块用于使用数据库存储相关 指令数据； 天地协同操作模块用于调用空间材料 科学实验操作指令数据库模块中存储的数据， 向 空间材料科学实验样品盒抓取模块下达样品盒 更换任务的相关指令 。 权利要求书6页 说明书17页 附图2页 CN 115519546 A 2022.12.27 CN 115519546 A 1.一种基于智能视觉的天地协同空间科学实验机器人， 用于在轨完成对空间站高温柜 中实验材料样品盒的更换； 其特征在于， 所述机器人包括： 空间材料科学实验样品盒视觉定 位模块、 空间材料科学实验样品盒抓取模块、 空间材料科学实验操作指令数据库模块和天 地协同操作模块； 其中， 所述空间材料科学实验样品盒视觉定位模块， 用于通过使用空间科学实验图像获取技 术获取高温柜中批量样品管理模块的门把手、 空间材料科学实验样品盒以及X射线透射成 像模块中样品盒把手的位姿信息， 并将位姿信息发送给空间材 料实验样品盒抓取模块； 所述空间材料科学实验样品盒抓取模块， 用于根据位姿信息进行路径规划， 执行样品 盒更换任务； 所述空间材料科学实验操作指令数据库模块， 用于使用数据库存储机器人相关的指令 数据； 所述天地协同操作模块， 用于调用空间材料科学实验操作指令数据库模块中存储的数 据， 向空间材料科学实验样品盒抓取模块下达样品盒更换任务的相关指令； 还用于对机器 人模块的工作状态进行监测。 2.根据权利要求1所述的基于智能视觉的天地协同空间科学实验机器人， 其特征在于， 所述样品盒更 换任务依次包括以下步骤： 抓住高温柜批量样品管理模块门把手， 打开高温柜批量样品管理模块门； 抽出高温柜中的空间材料科学实验样品盒或X射线透射成像模块中空间材料科学实验 材料样品盒； 取出已经完成空间材 料科学实验的材 料样品盒； 更换新的材 料样品盒； 插入高温柜中的空间材 料科学实验样品盒； 抓住高温柜批量样品管理模块门把手， 关闭高温柜批量样品管理模块门。 3.根据权利要求1所述的基于智能视觉的天地协同空间科学实验机器人， 其特征在于， 所述空间材料科学实验样品盒视觉定位模块， 包括： 空间科学实验图像传感器、 位姿感知部 件、 空间材料科学实验材料样品盒数据分析部件和空间材料科学实验材料样品盒位姿 数据 交换部件； 其中， 所述空间科学实验图像传感器， 用于通过使用空间科学实验图像获取技术， 获得高温 柜批量样品管理模块中门把手、 空间材料科学实验样品盒以及X射线透射成像模块中样品 盒把手的三维信息， 并传递给位姿感知部件； 所述位姿感知部件， 用于将高温柜批量样品管理模块中门把手、 空间材料科学实验样 品盒以及X射线透射成像模块中样品盒把手的三 维信息转换为高温柜批量样品管理模块中 门把手、 空间材料科学实验样品盒以及X射线透射成像模块中样品盒把手的图像信息， 并传 递给空间材 料科学实验材 料样品盒数据分析部件； 所述空间材料科学实验材料样品盒数据分析部件， 用于对空间材料科学实验样品盒视 觉定位模块传递的图像信息进行分析， 得到高温柜批量样品管理模块中门把手、 空间材料 科学实验样品盒以及X射线透射成像模块中样品盒把手的位姿信息； 所述空间材料科学实验材料样品盒位姿数据交换部件， 用于将高温柜批量样品管理模 块中门把手、 空间材料科学实验样品盒以及X射线透射成像模块中样品盒把手的位姿信息权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115519546 A 2传递传给天地协同操作模块。 4.根据权利要求3所述的基于智能视觉的天地协同空间科学实验机器人， 其特征在于， 所述空间材 料科学实验样品盒视 觉定位模块， 获取位姿信息包括： 先对相机进行 标定， 后对投影仪进行 标定： 其中， u表示像素坐标系下的横轴坐标， v表示像素坐标系下的纵轴坐标， Zc表示物距， A 表示相机内参矩阵， R表示相机旋转矩阵， T表示相机平移矩阵， X表 示世界坐标系下的x轴坐 标， Y表示世界坐标系下的y轴坐标， Z表示世界坐标系下的z轴坐标； 进行二维傅里叶变换： F(u,v)表示傅里叶变换后的频域图像， M表示图像的宽度， N表示图像的高度， f(x,y)表 示傅里叶变换 前的时域图像， 选取传递 函数H(u,v)： 其中， D(u,v)表示 点(u,v)到傅里叶变换中心的距离， D0表示截止频率； 进行二维傅里叶反变换： 使用边缘检测算法， 得到格雷码像素坐标； 其中， 待测点P的世界坐标： 其中， Oc表示相机坐标系下的原点， Xwoc表示相机坐标系下的原点x 坐标， Ywoc表示表示相 机坐标系下的原点y坐标， Zwoc表示表示相机坐标系下的原点z坐标， Rc表示表示相机坐标系权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115519546 A 3