[发明专利]基于在线自适应与单目视觉的飞行蛇形臂协同定位方法

说明书

本发明涉及一种基于在线自适应与单目视觉的飞行蛇形臂协同定位方法，该方法包括如下步骤：(1)搭建单目相机采集系统；(2)获取机载机械臂的CAD模型；(3)单目相机实时采集包含机载机械臂的图像；(4)处理CAD模型，创建机载机械臂各节的匹配模板集；(5)提取图像中的边缘信息，匹配得到机载机械臂各节的最优匹配模板；(6)根据最优匹配模板计算得到位于图像内且遮挡较少的关节的位姿；(7)基于机械臂各关节的拓扑关系计算得到其余关节的位姿，完成各个关节初步位姿的获取；(8)对各个关节的初步位姿进行协同粗到精优化得到各个关节的精确位姿。与现有技术相比，本发明方法定位准确、成本低、精度高、速度快、可快速自适应。

技术领域

本发明涉及机器人视觉技术领域，尤其是涉及一种基于在线自适应与单目视觉的飞行蛇形臂协同定位方法。

背景技术

蛇形机器人是一种能够模仿生物蛇运动的新型仿生机器人，蛇体采用模块化设计思路，利用多关节来模拟蛇类生物的柔软身体。蛇形机器人作为一种特种机器人能够用于各种复杂狭小封闭环境作业以及高柔性操作等领域。当蛇形机器人一端固定，则变为蛇形机械臂，如安装于移动平台(移动机器人)上，可以用于管道检测以及公共场合的安检、排爆；安装于工业机器人末端可以用于飞机复杂箱体内的加工装配、发动机检测以及飞机壁板的涂胶等；蛇形机械臂还可以用于医疗，设计小型的移动机器人，进入人体器官(如肠道、血管)完成手术和定点给药是机器人研究的一个新的热门领域。

目前，多旋翼无人机正在广泛研究并制造中，可以用于高危险环境完成指定任务比如森林灭火或者人员救援，也可代替人工更高效地实现运输或者监测任务。无人机将进一步设计成高性价比、高机动性的作业机器人，各个研究机构正在开发能够快速响应作业的无人机。通常无人机是通过加载在无人机上的设备进行作业，如用于拍摄的摄像机，用于各种特定操作的机械臂。

定位是机械臂作业的前提之一，对于蛇形机械臂来说尤为重要，这是因为蛇形机械臂的控制大多是通过依次控制蛇形机械臂各节完成，控制的前提是知道蛇形机械臂各节的准确位姿。由于较多的关节，难以通过常规方法准确确定各关节位姿。视觉传感器由于信号探测范围广、信息量大等优点成为机械臂定位的一个主要研究方向常作为机械臂控制系统的重要组成部分，用于感知周围环境并指导蛇形机械臂进行作业。目前常用的依赖视觉进行机械臂定位的方法为：1)在机械臂尾端安装一个视觉系统，对目标进行识别与跟踪；2)在机械臂各部分上粘贴一张二维码，通过机载视觉系统获取二维码的位姿信息从而确定机械臂的位姿。对于第一种方法，蛇形机械臂作业时，尾端位姿变化较大较快，会引起尾端视觉系统采集到的图像变化较快，跟踪难度很大。对于第二种方法，随着蛇形机械臂关节的增加，通过二维码获取的位姿信息存在一定误差，由于累积效应会使蛇形机械臂的定位产生较大误差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于在线自适应与单目视觉的飞行蛇形臂协同定位方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于在线自适应与单目视觉的飞行蛇形臂协同定位方法，该方法包括如下步骤：

(1)搭建单目相机采集系统；

(2)获取首尾双头蛇形机械臂的CAD模型并标定单目相机；

(3)单目相机实时采集包含首尾双头蛇形机械臂的图像；

(4)处理CAD模型，创建首尾双头蛇形机械臂各节的匹配模板集；

(5)提取图像中首尾双头蛇形机械臂的边缘信息，匹配得到首尾双头蛇形机械臂各节的最优匹配模板；

(6)根据最优匹配模板计算得到首尾双头蛇形机械臂中位于图像内且遮挡较少的关节的位姿信息；

(7)基于首尾双头蛇形机械臂各关节的拓扑关系计算得到除步骤(6)中所述关节之外的其余关节的位姿信息，完成整个首尾双头蛇形机械臂各个关节的初步位姿信息的获取；