[發明專利]一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統

在審

• 申請號: 202010908441.7
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112446949A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 祁宇明;謝兵;謝雷;張有全;王文;王帥;鄧三鵬;權利紅
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學（中國職業培訓指導教師進修中心）;天津博諾智創機器人技術有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/50;G06T7/80;B25J11/00
• 代理公司: 天津市科航尚博專利代理事務所(普通合伙) 12234
• 代理人: 劉希望

1.一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統，其特征在于：變構機械臂(1)、機器人本體(2)、圖像采集模塊(1-2)、控制模塊(2-1)和圖像處理模塊(2-2)，所述圖像采集模塊(1-2)中為RGB-D相機，安裝于變構機械臂末端，用于對環境信息進行實時采集；所述圖像處理模塊(2-2)，對所述圖像采集模塊(1-2)采集的圖像進行處理并將數據信息傳送給所述控制模塊(2-1)；所述控制模塊(2-1)根據所述圖像處理模塊(2-2)傳送的信息，向機器人發送控制指令，以控制機器人運動；該系統可根據不同需求，使機器人變構組成為雙目、三目、六目立體深度視覺系統，實現狹窄縫隙及多種遮擋下的延伸視覺探測。

2.根據權利要求1所述一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統，其特征在于：所述雙目立體深度視覺系統，其特征在于：當需要雙目視覺采集圖像信息時，控制任意兩個變構機械臂的圖像采集模塊組成雙目視覺，利用剩余機械臂組成兩足、三足、六足移動方式，雙目立體深度視覺標定步驟如下：

Step1：機器人控制兩個變構機械臂(1-2、1-3、1-4、1-5)圖像采集模塊組成雙目視覺系統，變構機械臂位置固定后，已知各變構機械臂電機的轉動角度及位置關系，通過機器人正向運動學解建立機器人的變構機械臂坐標系與世界坐標系之間的位置關系，通過齊次變換矩陣來表達，公式如下：

其中，R為旋轉矩陣，P為所在世界坐標系位置；

根據變構機械臂轉動角度，結合D-H參數求出連桿坐標系{i}相對于坐標系{i-1}的齊次變換矩陣，得到如下齊次變換矩陣：

Step2：利用“張氏標定法”分別進行標定，得到變構機械臂圖像采集模塊的內外參數，標定公式以及坐標系符號表示如下：

Step3：對每組相機中的單個相機進行圖像矯正，對于徑向畸變，利用主點(principlepoint)周圍的泰勒級數展開式的前兩項進行描述，表達為k1和k2，根據其在徑向方向上的分布位置，調節公式為：

x₀＝x(1+k₁r²+k₂r⁴)

y₀＝y(1+k₁r²+k₂r⁴)

而針對切向畸變，畸變模型可以用兩個額外的參數p1和p2來描述：

x₀＝2p₁xy+p₂(r²+2x²)+1

y₀＝2p₂xy+p₂(r²+2y²)+1

Step4：雙目立體視覺系統標定時，根據Step1標定出左右攝像機坐標系之間的相對關系，按照內外參數分離法，通過外部參數關系獲得兩個變構機械臂相對位置R和T，標定方程為：

T＝T_r-RT₁

其中R₁，R_r，T₁，T_r分別為兩相機單目標定得到的外參數；

Step5：進行立體矯正時，利用Bouguet校正法，將旋轉矩陣R和平移矩陣T分解成左右相機各旋轉一半的旋轉和平移矩陣R₁，R_r，T₁，T_r，分解原則為左右圖像重投影造成的畸變最小，左右視圖的共同面積最大。

3.根據權利要求1所述一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統，其特征在于：所述三目或六目立體深度視覺系統，利用剩余變構機械臂組成兩足、三足移動方式運動；其立體深度視覺標定方法與權利要求2所述方法一致。