[发明专利]一种机器人立体视觉伺服系统组建方法

摘要

本发明公开了一种机器人立体视觉伺服系统组建方法,所述方法包括以下步骤：第一步，机器人立体视觉伺服系统体系结构及立体视觉系统模型建立；第二步，目标的检测与定位研究；第三步，运动目标跟踪及预测研究；第四步，机器人立体视觉伺服系统的并行处理研究；第五步，机器人实时立体视觉伺服系统演示实验。本发明的机器人立体视觉伺服系统组建方法，通过对图像的运动目标跟踪和捕获进行研究，采用立体视觉伺服系统实现视频信息的采集、处理、识别、跟踪及定位，同时通过基于位置的机器人视觉控制方法实现运动目标跟踪和捕获，并运用网络进行信息的传输。

主权项

1.一种机器人立体视觉伺服系统组建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步，机器人立体视觉伺服系统体系结构及立体视觉系统模型建立，a.介绍机器人立体视觉伺服系统模型，通过分层设计的方法研究基于并行处理的视觉伺服系统的体系结构；b.根据图像处理层、并行处理层和操作控制层的视觉伺服控制策略，建立了机器人视觉伺服系统结构，并把系统分为左、右摄像机图像采集及目标识别子系统、图像匹配及预测子系统和主控系统四部分；c.研究直角坐标系之间的坐标变换关系，标定机器人坐标系和世界坐标系之间的变换矩阵；d.研究立体视觉平台结构，建立立体视觉运动学模型，设计应用于机器人视觉伺服系统的立体视觉平台；e.根据摄像机成像模型，研究摄像机参数的标定方法，完成了摄像机标定；第二步，目标的检测与定位研究，a.介绍一种基于机器人视觉伺服的目标检测与定位方法，根据不同的伺服任务确定相应的目标检测方法；b.针对两幅图像当前目标检测结果以及前一时刻的目标检测结果，运用提出的两阶段的立体匹配算法确定最佳立体匹配集合；c.根据双目立体视觉测距的数学模型和匹配点选择方案计算目标当前时刻和前一时刻之间的奇次变换关系；为以后的目标预测和机器人轨迹规划提供计算数据；第三步，运动目标跟踪及预测研究，a.介绍一种在自然环境中运动目标跟踪和预测的方法，并根据结果设计一种机器人轨迹规划策略；b.在运动目标预测过程中，采用带多重观测滞后系统稳态卡尔曼估计器模型中卡尔曼预报的方法实现运动目标的状态估计，并根据预测结果设计了双目平台控制策略和机器人轨迹规划策略；c.在摄像机控制过程中分析单摄像机跟踪控制原理，并在此基础上提出一种双目协调控制策略，实现了双目平台对运动目标的跟踪；d.给出一种控制双目平台的安全保护方案，实现双目平台快速、可靠、安全的跟踪运动目标的方法；e.介绍一种机器人路径规划方法，该方法在机器人路径实时修正过程中具有快速响应、安全可靠的特性；第四步，机器人立体视觉伺服系统的并行处理研究，a.介绍一种机器人立体视觉伺服系统图像处理的并行化策略，根据并行处理的设计步骤，通过对串行程序的分析和并行层次划分原理，设置了一种并行划分规则；b.针对在不降低伺服周期的前提下提高定位精度和识别率的目的，设计了一种自适应负载平衡算法；c.在自适应负载平衡算法中通过使用LC测度来进行处理器参数的调整，建立一组适当的目标检测和定位参数的组合，实现各个处理器QoS的优化，满足了机器人视觉伺服系统在伺服周期、伺服精度和鲁棒性之间的平衡；d.在系统通讯中，采用编码组合方法解决图像传输中的乱序的现象，提高系统的鲁棒性；e.从并行算法中的运行时间、加速比和并行效率方面分析并行化策略的性能；f.对系统的可扩展性进行分析，并给出处理措施；第五步，机器人实时立体视觉伺服系统演示实验，a.通过双目机构平台及RX机器人，多台计算机，图像采集卡及CCD摄像机及相关硬件设备搭建机器人视觉伺服实验系统，并进行调试；b.系统的软件部分采用模块化和面向对象的设计思想，完成各个模块的功能；c.通过跟踪实验，验证算法的有效性和实时性。