[实用新型]一种基于变构臂载视觉的环境场采集系统

说明书

本实用新型涉及一种基于变构臂载视觉的环境场采集系统，包括：多个变构机械臂、机器人本体、图像采集模块、图像处理模块和控制模块。所述图像采集模块与图像处理模块相连，将采集到的环境信息传给所述图像处理模块进行图像处理；所述控制模块与所述图像处理模块相连，其可根据处理后的图像信息对机器人进行控制；所述图像采集模块安装在机械臂上，所述控制模块和所述图像处理模块安装在机器人本体内；该系统可使机器人变构组成为双目、三目、六目等立体深度视觉系统。本实用新型对救援机器人建立大范围视场监测区域有很大帮助，提升了事故区域救援的效率。

技术领域

本实用新型属于灾后救援机器人领域，尤其是涉及一种基于变构臂载视觉的环境场采集系统。

背景技术

城市自然灾害与环境灾害目前正在呈上升趋势，由灾害引发的各种建筑坍塌并且搜救不及时所造成的人身伤亡比灾害本身所造成的数量还要大，因此城市应急搜救装备的研制具有巨大的社会效益。然而，城市街巷纵横，建筑物高大、坚固、密集，地下工程设施复杂，条件恶劣，狭小空间众多，大大增加了搜救难度，也阻碍了地面搜索分队的进入，现有的救援方式无法保证及时、准确地开展搜救任务；搜救过程中可能出现的二次灾难也极大地威胁了相关人员的安全。为了在城市废墟环境内进行紧急搜救任务，并向后方人员实时传回灾后环境信息，给救援人员实施救援方案提供科学依据，需要一种基于变构臂载视觉的环境场采集系统来解决。

实用新型内容

为达到上述目的，实现本实用新型的技术方案如下：

一种基于变构臂载视觉的环境场采集系统，包括多个变构机械臂、机器人本体、图像采集模块、控制模块和图像处理模块，所述图像采集模块为RGB-D相机，安装于变构机械臂末端，用于对环境信息进行实时采集；所述图像处理模块，对所述图像采集模块采集的图像进行处理并将数据信息传送给所述控制模块；所述控制模块根据所述图像处理模块传送的信息，向机器人发送控制指令，以控制机器人运动。该系统可根据不同需求，使机器人变构组成为双目、三目、六目立体深度视觉系统，实现狭窄缝隙及多种遮挡下的延伸视觉探测。

进一步，所述双目立体深度视觉系统，其特征在于：当需要双目视觉采集图像信息时，控制任意两个变构机械臂的图像采集模块组成双目视觉，利用剩余机械臂组成两足、三足、六足移动方式，双目立体深度视觉标定步骤如下：

Step1：机器人控制两个变构机械臂图像采集模块组成双目视觉系统，变构机械臂位置固定后，已知各变构机械臂电机的转动角度及位置关系，通过机器人正向运动学解建立机器人的变构机械臂坐标系与世界坐标系之间的位置关系，通过齐次变换矩阵来表达，公式如下：

其中，R为旋转矩阵，P为所在世界坐标系位置。

根据变构机械臂转动角度，结合D-H参数求出连杆坐标系{i}相对于坐标系 {i-1}的齐次变换矩阵，得到如下齐次变换矩阵：

Step2：利用“张氏标定法”分别进行标定，得到变构机械臂图像采集模块的内外参数，标定公式以及坐标系符号表示如下：

Step3：对每组相机中的单个相机进行图像矫正，对于径向畸变，利用主点(principle point)周围的泰勒级数展开式的前两项进行描述，表达为k1和 k2，根据其在径向方向上的分布位置，调节公式为：

x₀＝x(1+k₁r²+k₂r⁴)

y₀＝y(1+k₁r²+k₂r⁴)

而针对切向畸变，畸变模型可以用两个额外的参数p1和p2来描述：