[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

本發明涉及一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統，包括：變構機械臂、機器人本體、圖像采集模塊、圖像處理模塊和控制模塊。所述圖像采集模塊與圖像處理模塊相連，將采集到的環境信息傳給所述圖像處理模塊進行圖像處理；所述控制模塊與所述圖像處理模塊相連，其可根據處理后的圖像信息對機器人進行控制；所述圖像采集模塊安裝在機械臂上，所述控制模塊和所述圖像處理模塊安裝在機器人本體內；該系統可使機器人變構組成為雙目、三目、六目等立體深度視覺系統。本發明對救援機器人建立大范圍視場監測區域有很大幫助，提升了事故區域救援的效率。

技術領域

本發明屬于災后救援機器人領域，尤其是涉及一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統。

背景技術

城市自然災害與環境災害目前正在呈上升趨勢，由災害引發的各種建筑坍塌并且搜救不及時所造成的人身傷亡比災害本身所造成的數量還要大，因此城市應急搜救裝備的研制具有巨大的社會效益。然而，城市街巷縱橫，建筑物高大、堅固、密集，地下工程設施復雜，條件惡劣，狹小空間眾多，大大增加了搜救難度，也阻礙了地面搜索分隊的進入，現有的救援方式無法保證及時、準確地開展搜救任務；搜救過程中可能出現的二次災難也極大地威脅了相關人員的安全。為了在城市廢墟環境內進行緊急搜救任務，并向后方人員實時傳回災后環境信息，給救援人員實施救援方案提供科學依據，需要一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統來解決。

發明內容

為達到上述目的，實現本發明的技術方案如下：

一種基于變構臂載視覺的環境場采集系統，包括變構機械臂、機器人本體、圖像采集模塊、控制模塊和圖像處理模塊，所述圖像采集模塊為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，對所述圖像采集模塊采集的圖像進行處理并將數據信息傳送給所述控制模塊；所述控制模塊根據所述圖像處理模塊傳送的信息，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。

進一步，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(principle point)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：