[發明專利]一種基于激光和單目的機器人手眼協同定位方法

無效

• 申請號: 201310286112.3
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103426166A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 張波濤;劉士榮;呂強;吳秋軒;王堅
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

????本發明屬于機器視覺技術領域，是一種基于激光和單目的機器人手眼協同定位方法。

背景技術

機器人視覺系統模擬了人類視覺的感知功能，具有探測范圍寬、目標信息完整等優勢，它是移動機器人智能化關鍵技術之一。目標的定位是指獲取目標在全局坐標系中的坐標，被廣泛應用于三維檢測、機器人導航、醫學成像等領域。基于視覺的目標位置測定分為單目視覺定位與多目視覺定位，單目視覺比雙目視覺速度快，成本低，但單攝像頭的單次信息采集中缺乏深度信息。因此，基于單目的定位多采用其他距離傳感器配合或采用多次信息采集來恢復深度信息，例如：激光和機械臂可以彌補單目在深度信息獲取方面的缺陷。目前的單目與激光協同定位的技術不便于機器人攜帶，或結構復雜且成本高。本發明所提方法簡化了設備，提高了便攜性，便于裝備于機械臂或機器人。

發明內容

本發明針對單目與激光協同定位設備不便于便攜性、成本高等問題，根據機械臂、激光、單目視覺各自的特點，提出了一種基于激光和單目的機器人手眼協同定位方法。

一種基于激光和單目的機器人手眼協同定位方法，具體包括如下步驟：

步驟一：確定機械臂的機械結構，構建機械臂各模塊的坐標系，并建立D-H參數表；?

步驟二：根據激光發射器在機械臂上的安裝位置,確定激光發射器相對于機械臂的末端執行器的位置轉換矩陣???????????????????????????????????????????????；

步驟三：當激光束被投射于目標物上時，設投射點為A，用攝像機對投射點進行捕獲，并計算投射點在圖像中的坐標G(X_G,?Y_G)；

步驟四：計算光心-目標連線與光軸的夾角。可通過下式評估：

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其中，為圖幀中心到投射點在圖幀中位置的像素個數，為每個像素對應的弧度，為弧度誤差；

步驟五：根據計算激光發射點到投射點A的距離，由于攝像機安裝時的光軸平行于激光束，故光束平行于光軸，只需要計算這個點沿縱軸方向的距離，即可算出要計算激光發射點到投射點的距離。計算方式如下：

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其中，為光軸與激光束之間的距離；

步驟六：以D-H方法建立機器人系統的轉換矩陣，根據D-H參數表可得機械臂相鄰各模塊之間的轉換矩陣依次為,,?…,?，則從基座到末端執行器間的坐標轉換矩陣如下：

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???步驟七：計算全局坐標轉換矩陣。基座相對于全局坐標系的位置轉換矩陣為已知，記為；根據步驟二可得激光發射器相對于機械臂的末端執行器的位置轉換矩陣為；根據公式（2）可得發射點到投射點之間的轉換矩陣為。則全局的坐標轉換矩陣如下

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步驟八：根據以下公式計算目標點三維坐標

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有益效果:?本發明提出了一種激光與單目結合的目標定位方法。該方法可用于機器人搜索過程中的目標位置信息收集、目標操作等。對整個系統而言，機械臂為基礎硬件，以此為基礎加裝攝像機與簡易激光發射器，硬件成本低廉、實時性好，是一種非常實用的三維定位方案。

附圖說明

圖1為測距系統的結構圖；

圖2?為手眼協同定位系統。

具體實施方式：?

如圖1、圖2所示，本發明是一種基于激光和視覺的手眼協同定位方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：確定機械臂4的機械結構，構建機械臂4各模塊的坐標系，并建立D-H參數表。?

步驟二：根據激光發射器2在機械臂上的安裝位置,確定激光發射器2相對于機械臂的末端執行器3的位置轉換矩陣。

步驟三：當激光束被投射于目標物上時，設投射點為A，用攝像機1對投射點進行捕獲，并計算投射點在圖像中的坐標G(X_G,?Y_G)。

步驟四：計算光心-目標連線與光軸的夾角。可通過下式評估：

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