[发明专利]一种基于视觉传感器的三维测力平台

说明书

一种基于视觉传感器的三维测力平台。本发明涉及一种测力平台。包括主体框架，包括保证相机与主体框架相对位置的相机固定机构以及控制机器人在主体框架初始位置的测力调整系统，通过调整机器人的初始位置使二维码在相机的光心与焦点的连线上，在已知二维码边长和相机内参矩阵的情况下，使用迭代法求解出当前相机在二维码坐标系下的位姿，利用RPP算法，消除迭代过程局部最小值带来的错误结果，保证定位结果的正确性，进而得到机器人位姿信息与力信号融合；该平台适用于三维空间力信号的测定，具有广泛的应用前景。

技术领域

本专利涉及一种基于视觉传感器的三维测力平台。

背景技术

增强现实(Augmented Reality)是真实环境的实时视图，其中，真实环境的元素被计算机生成的图像增强。因此该技术可提高当前人们对现实世界的感受。增强通常指有环境元素的实时性和语义上下文。受益于先进的AR技术，用户周围的环境信息可变的互动并可通过数字化方式进行操控。二维码要具备旋转不对称性，具备方向的二维码可以区分四个角点以及二维码所在坐标系的方向。同时在二维码识别的过程中要具备一定的容错能力，在场景中能够不受外界干扰准确的辨识出图像中的二维码路标及其ID。

目前的三维测力平台需进行三个方向的力标定，机械结构复杂，通用性差。本发明利用增强现实技术，采用视觉传感器采集二维码的信息，通过解算获得位姿信息可简化机械结构恰好弥补了此缺陷，通用性强，能在空气和液体介质中使用。并且具有模块化设计及柔性化设计，使用方便、成本降低。

专利内容

本专利创新性的将增强现实技术与传统的测力计融合，利用简单但却容易识别的二维码作为被识别标记。在视觉系统工作时，通过视觉传感器采集张贴于机器人上的二维码，由于二维码仅含有黑白块，上位机将相机采集的彩色图像转换为灰度图像方便进一步处理，为了更容易检测二维码轮廓，将其进行二值化阈值操作，二值化操作将图像的每个像素变成黑色(像素值为0)或白色(像素值为255)。利用边缘检测函数对二值化图像处理返回一个多边形列表，每个多边形都表示一个轮廓。为了减少轮廓的像素，在找到轮廓后，开始多边形逼近筛选出非标记区域。筛选完后得到一系列的平行六面体，为了获得矩形区域的正面视图，验证它们是否为标记，首先删除透视投影，然后用Otsu算法得到图像进行二值化处理时的阈值。Otsu算法假定图像直方图呈双峰分布，然后搜索一个阈值，该阈值使得类间的方差尽量大，从而使类内的方差尽量小。最后进行标记的编码识别。本专利采用的二维码标记有一个内部编码，标记被分成7×7的网格，其中内部5×5的网络包含ID信息。其余部分是外部黑色边界，因此首先需要检查外部黑色边界是否存在，然后读取5×5网格中是否存在有效的标记编码。为了得到矩形标记图像，必须通过透视变换输入图像。每个标记都有一个内部编码，即内部5×5的网格区域的每一行由5位标识。这种编码方案是对海明码少量修改得到的。总的来讲，除每行的5位编码以外，还有两位是信息位，其他3位是错误检测码。在找到正确的标记定位后，要旋转它的角点，使其符合标准顺序。在检测到标记并对标记ID解码后，需要细化它的角点。此操作对下一步在三维空间估计标记位置很有用。在三维空间中，可通过标记角点的精确位置来解算相机与二维码之间的转换。该过程会在物体与相机之间找到一个欧式空间的变换。

基于此，本专利提供了一种基于视觉传感器的三维测力平台。该专利简化了机械结构，并采用模块化和柔性化设计，能降低成本，增强使用的通用性和便捷性。为实现本专利之目的，采用以下技术方案予以实现：一种基于视觉传感器的三维测力平台，包括主体框架、支撑机构、基座、力信号采集系统、视觉系统；所述三维测力平台通过柔性绳连接力传感器与被测件，由此获得四个约束力的数值；通过框架的旋转调节被测件的倾斜程度至工作状态，固定于框架上的相机识别被测件上二维码，采集被测件的角度信息；通过运动方程求解得到被测件的三维力以及力矩信息。

如上所述的一种基于视觉传感器的三维测力平台，所述主体框架包括相机固定机构、中间支架以及初始位置调整系统；