[发明专利]基于单目相机与机器人的混合机立式桨叶姿态检测方法

说明书

本发明涉及一种基于单目相机与机器人的混合机立式桨叶姿态检测方法，该方法首先获取机器人与单目相机之间的手眼标定关系，通过调整机器人来调整单目相机到达合适位置，利用单目相机采集混合机桨叶图像后，对其进行图像处理及特征提取，通过单目相机成像原理及相关几何关系可解得立式混合机桨叶与相机之间的角度关系，进而利用标定好的相机与机器人手眼关系解得桨叶在机器人基坐标系中的自转角度，即得到桨叶姿态。

技术领域

本发明涉及高危易爆环境中的位姿检测领域，具体地为一种基于单目相机与机器人的混合机立式桨叶姿态检测方法。

背景技术

该发明背景为航天火工品生产车间，属易燃易爆高危环境。目前，航天领域中有关航天器的姿态识别研究较多，而关于高危车间内的物体姿态识别的相关文献较少。混合机立式桨叶用于火箭推进剂混合，处于易燃易爆的车间内，利用机器人对其进行相关操作前，需要检测其空间姿态。常用的视觉求解目标姿态的方式主要有单目相机、双目相机等。相比单目相机，双目相机立体标定校正匹配算法复杂，效率相对较低，且双目相机系统外形尺寸较大，不适宜安装于作业空间较小的工业现场及工业机器人末端。考虑到需要对视觉传感器进行隔爆处理，选用体积较小、安装方便、系统更稳定的单目相机进行立式混合机桨叶姿态的检测。

发明专利CN201410016272.0中公开了一种基于机械臂末端单目视觉的动态目标位置和姿态测量方法，首先进行摄像机标定和手眼标定，然后利用单目摄像机拍摄两幅图像，之后提取目标特征点并进行特征点匹配，进而求解摄像机的旋转变换矩阵，对特征点进行三维重构和尺度校正，最后利用重构后的特征点获得目标相对摄像机的位置和姿态。该方法有效利用机械臂的移动性能，在两个不同位置进行目标的图像采集，原理与双目相机系统类似却具有更大的灵活性和稳定性，但该方法在两幅待测目标图像的特征点匹配过程中，对特征点数目要求较多，对于较恶劣的工业测量环境，待测目标很难提供较多数量的特征点，此外，对于外形复杂的待测目标，三维重构算法计算量大，处理速度较慢，在对算法速度要求较高的场合不适用。

发明内容

要解决的技术问题

混合机立式桨叶为复杂曲面，其表面附着有大量残余推进剂，无法提供足够的特征点，因此，无法通过特征点匹配及三维重建来完成桨叶姿态的检测。为了克服其恶劣的检测条件及满足其检测需求，需要提出一种不依赖一定数量的特征点，无需进行三维重建的简单、可行性大的桨叶姿态检测方法。

技术方案

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于单目相机与机器人的混合机立式桨叶姿态检测方法。该方法首先获取机器人与单目相机之间的手眼标定关系，通过调整机器人来调整单目相机到达合适位置，利用单目相机采集混合机桨叶图像后，对其进行图像处理及特征提取，通过单目相机成像原理及相关几何关系可解得立式混合机桨叶与相机之间的角度关系，进而利用标定好的相机与机器人手眼关系解得桨叶在机器人基坐标系中的自转角度，即得到桨叶姿态。

一种基于单目相机与机器人的混合机立式桨叶姿态检测方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：定义单目相机图像像素坐标系为O_pixX_pixY_pix，单目相机安装于机器人末端，使用棋盘格标定板进行单目相机内参数标定，求解其内参矩阵，具体如下：

1a.将棋盘格标定板放置于相机视野中，不断变换标定板姿态，采集标定板图像；

1b.对图像进行处理，采用“张正友标定法”计算得到单目相机内参矩阵K，其中，f为单目相机焦距，dx与dy为单目相机单个感光单元芯片的长度与宽度，(u₀,v₀)为单目相机光轴与成像平面的交点在图像像素坐标系中的像素坐标；