[發明專利]一種用于剛體坐標系空間變換標定的匯聚式雙目系統

有效

• 申請號: 201911304061.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111028298B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 李長樂;張雷鋒;張學賀;范逸倫;趙杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G01B11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

一種用于剛體坐標系空間變換標定的匯聚式雙目系統，屬于剛體坐標系空間變換定位技術領域。本發明解決了現有剛性差的工具在進行標系空間變換標定時，仍然存在標定速度慢、準確性差的問題。本發明主要采用匯聚式雙目系統，兩個相機以光軸相交形式放置，調整兩個相機的相對位姿可以靈活地改變相交視覺空間的大小，以適應不同剛體的尺寸和標定分辨率需求，通過相關的相機標定技術，建立相機空間坐標系，通過一定的圖像處理算法可以精確表示放入相交視覺測量空間的任意一點的相機空間坐標，控制剛體進行一定步驟的平移運動和旋轉運動即可建立與剛體相關聯的關鍵點坐標系在已知坐標系中的位姿。本發明適用于對剛體的位置姿態進行標定。

技術領域

本發明屬于剛體坐標系空間變換定位技術領域，具體涉及一種用于剛體坐標系空間變換標定的匯聚式雙目系統。

背景技術

剛體坐標系空間變換是剛體運動學的基礎，在機器人領域，剛體坐標系空間變換的準確與否直接影響機器人的工作性能，由于機械制造與裝配的誤差導致設計尺寸與實際尺寸不符，因此機器人在投入使用前必須進行運動學標定，通常生產廠家會使用激光跟蹤儀通過規范的步驟和穩健的算法計算出實際的關鍵尺寸，以保證機器人的性能，但是用戶所使用的末端工具千差萬別，如何經濟快速地標定末端工具的關鍵點與機器人末端法蘭中心的坐標轉換關系一直以來沒有較為通用的解決方案。在手術機器人導航領域，紅外光學導航是最為普遍的技術，但是紅外光學導航系統一般只能精準跟蹤生產廠家提供的標準工具，因而使用過程中通常是將標準工具固連在實際使用的工具上，對于形狀簡單剛性較好的工具，一些廠家提出了方便快捷的主點旋轉校準法實現標準工具坐標系與實際使用工具關鍵點坐標系之間的精確轉換，但是對于形狀復雜，剛性較差的工具仍然存在標定速度慢、準確性差的問題。

發明內容

本發明是為了現有剛性差的工具在進行標系空間變換標定時，仍然存在標定速度慢、準確性差的問題。提出了一種用于剛體坐標系空間變換標定的匯聚式雙目系統。

本發明所述的一種用于剛體坐標系空間變換標定的匯聚式雙目系統，該系統包括相機a1、兩個平面光源2、兩個光源固定板3、十字調整臺a、十字調整臺b、相機b5、基座8和上位機9；

十字調整臺a包括縱向滑臺a10和橫向滑臺a11；橫向滑臺a11設置在縱向滑臺a10的上側，所述橫向滑臺a11的滑動方向與縱向滑臺a10的滑動方向垂直；

十字調整臺b包括橫向滑臺b6和縱向滑臺b7；橫向滑臺b6設置在縱向滑臺b7上，所述橫向滑臺b6的滑動方向與縱向滑臺b7的滑動方向垂直；

十字調整臺a、十字調整臺b和兩個光源固定板3均固定在基座8的上表面，圍成視覺測量空間；所述視覺測量空間用于放置待標定剛體；

縱向滑臺a10的滑動方向與縱向滑臺b7的滑動方向垂直；

橫向滑臺a11的滑動方向與橫向滑臺b6的滑動方向垂直；

兩個光源固定板3相鄰設置，所述兩個光源固定板3均固定有平面光源2；

縱向滑臺a10和縱向滑臺b7的滑動方向分別與兩個光源固定板3垂直；

橫向滑臺a11上固定有相機a1，所述相機a1的拍攝面與一個平面光源相對；

橫向滑臺b6上固定有相機b5，所述相機b5的拍攝面與另一個平面光源相對；相機b5和相機a1用于對視覺測量空間內待標定剛體進行圖像采集；

相機b5和相機a1分別將采集的待標定剛體的圖像上傳至上位機9；

采用四個電機一一對應控制橫向滑臺b6、縱向滑臺b7、縱向滑臺a10和橫向滑臺a11；