[發(fā)明專利]一種基于單目視覺(jué)的大型剛體構(gòu)件自動(dòng)對(duì)接方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011156320.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112381881B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅華;尚俊云;李中偉;鐘凱;劉崗;郭靜;楊娜;李瑞峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安航天精密機(jī)電研究所
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80;G06T7/73
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發(fā)明提供了一種基于單目視覺(jué)的大型剛體構(gòu)件自動(dòng)對(duì)接方法，該方法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高、柔性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，其主要步驟包括：1、視覺(jué)系統(tǒng)的內(nèi)參標(biāo)定；2、視覺(jué)系統(tǒng)的外參標(biāo)定；3、標(biāo)定對(duì)接狀態(tài)下移動(dòng)端標(biāo)靶與固定端標(biāo)靶在調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)矩陣以及平移向量；4、求解實(shí)際對(duì)接過(guò)程中調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下移動(dòng)端標(biāo)靶從待對(duì)接狀態(tài)到對(duì)接狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)矩陣以及平移向量；5、求取實(shí)際對(duì)接過(guò)程中移動(dòng)端剛體構(gòu)件在調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)角度與位移；6、將步驟5的結(jié)果解算為調(diào)姿平臺(tái)各軸的具體動(dòng)作值，控制調(diào)姿平臺(tái)動(dòng)作從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，具體涉及一種基于單目視覺(jué)的大型剛體構(gòu)件自動(dòng)對(duì)接方法，可應(yīng)用于航天、航空、裝配等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在航天、航空領(lǐng)域，大型剛體構(gòu)件的對(duì)接工作主要依靠人工完成，通過(guò)肉眼估算移動(dòng)端剛體構(gòu)件與固定端剛體構(gòu)件之間的距離偏差與角度偏差，再通過(guò)手搖調(diào)姿機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)端剛體構(gòu)件位姿調(diào)整，逐步完成對(duì)接工作，其效率低下，調(diào)姿難度大。

為了解決目前采用人工方式進(jìn)行大型剛體構(gòu)件對(duì)接工作所帶來(lái)的效率低下，調(diào)姿難度大的問(wèn)題，一些公司已經(jīng)研究出基于激光測(cè)量的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)大型剛體構(gòu)件對(duì)接工作，基于激光測(cè)量的方式主要有以下兩種基本設(shè)計(jì)思路：

第一種是：采用激光跟蹤儀測(cè)量方法測(cè)量零部件的位置，對(duì)接時(shí)在剛體構(gòu)件表面固定三個(gè)以上跟蹤靶球，組成靶球框架，構(gòu)件局部坐標(biāo)系，激光跟蹤儀可以實(shí)時(shí)測(cè)量各個(gè)靶球的三維坐標(biāo)，計(jì)算靶球框架的空間姿態(tài)，從而獲取待對(duì)接剛體構(gòu)件的空間姿態(tài)，根據(jù)姿態(tài)結(jié)果引導(dǎo)對(duì)接平臺(tái)完成大型剛體構(gòu)件的空間對(duì)接。

第二種是：采用激光輪廓掃描法對(duì)待對(duì)接剛體構(gòu)件進(jìn)行三維測(cè)量，獲取的接面或?qū)犹卣鞯娜S形貌數(shù)據(jù)，計(jì)算待對(duì)接剛體構(gòu)件的空間姿態(tài)，根據(jù)姿態(tài)結(jié)果引導(dǎo)對(duì)接平臺(tái)完成大型剛體構(gòu)件的空間對(duì)接。

上述采用激光測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型剛體構(gòu)件的對(duì)接工作雖然具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但激光測(cè)量設(shè)備價(jià)格昂貴，而且對(duì)一些有嚴(yán)格安全要求的目標(biāo)該類方法就無(wú)法使用。

相比激光測(cè)量法，立體視覺(jué)法具有成本低、使用便捷以及安全性更高等優(yōu)點(diǎn)。但是目前的立體視覺(jué)法均采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的相機(jī)組成立體視覺(jué)，對(duì)目標(biāo)體進(jìn)行姿態(tài)跟蹤，完成目標(biāo)體的引導(dǎo)對(duì)接，而實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中立體視覺(jué)系統(tǒng)容易受工業(yè)環(huán)境影響，需要定期標(biāo)定系統(tǒng)參數(shù)保證測(cè)量精度，如果工作現(xiàn)場(chǎng)存在振動(dòng)，則標(biāo)定的頻次會(huì)增加從而影響應(yīng)用效果。

針對(duì)現(xiàn)階段立體視覺(jué)存在需要定期標(biāo)定的問(wèn)題，本發(fā)明提出基于單目視覺(jué)定位的大型剛體構(gòu)件自動(dòng)對(duì)接方法，實(shí)現(xiàn)大型剛體構(gòu)件的對(duì)接工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)中激光測(cè)量法存在激光測(cè)量設(shè)備價(jià)格昂貴，安全性低的問(wèn)題，以及現(xiàn)有立體視覺(jué)法容易受工業(yè)環(huán)境影響，需要定期標(biāo)定系統(tǒng)參數(shù)從而會(huì)影響精度的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于單目視覺(jué)的大型剛體構(gòu)件自動(dòng)對(duì)接方法。

本發(fā)明的基本實(shí)現(xiàn)思路主要包括兩個(gè)方面：?jiǎn)文恳曈X(jué)系統(tǒng)的內(nèi)、外參標(biāo)定以及對(duì)接位姿求解，其基本是原理為：

一、視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定主要包括以下步驟：

1、采用內(nèi)參標(biāo)定板對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)中圖像采集設(shè)備的內(nèi)參進(jìn)行標(biāo)定

圖像采集設(shè)備的內(nèi)參包括：視覺(jué)坐標(biāo)系中X軸、Y軸方向單位像素尺寸值與焦距的比值(f_x,f_y)，以及圖像采集設(shè)備的光軸與圖像平面的交點(diǎn)在視覺(jué)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(u₀,v₀)；

2：視覺(jué)系統(tǒng)的外參標(biāo)定，獲取視覺(jué)坐標(biāo)系與對(duì)接調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系的位姿關(guān)系；

2.1：將外參標(biāo)定板與調(diào)姿平臺(tái)固連，確定調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系；

2.2：構(gòu)建兩個(gè)手眼標(biāo)定方程：A1X＝XB1，A2X＝XB2，從而求解出視覺(jué)坐標(biāo)系到調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣以及視覺(jué)坐標(biāo)系到調(diào)姿平臺(tái)坐標(biāo)系下的平移向量從而完成視覺(jué)系統(tǒng)的外參標(biāo)定。