[发明专利]基于单目手眼系统的空间圆六维位置-姿态主动式测量方法

说明书

本发明公开了一种基于单目手眼系统的空间圆六维位置‑姿态主动式测量方法，控制单目手眼系统在至少两个不同的位置采集图像，根据采集的图像计算空间圆的圆心坐标、法向量和半径，得到空间圆的六维位置‑姿态估计，不同位置上采集的图像满足投影的椭圆在图像的中间位置，且不同位置处的单目手眼系统的光心与空间圆圆心连线的夹角大于设定值，更加精确计算圆形工件的位姿。

技术领域

本发明涉及一种基于单目手眼系统的空间圆六维位置-姿态主动式测量方法。

背景技术

物体位姿测量在机器人、摄影测量及机器视觉中都有非常重要的应用，尤其是在机器人领域，准确快速地得到物体的六维位姿对于机器人抓取物体是至关重要的，而在工业装配现场更是如此，装配件的位置和姿态的精确测量是工业机器人快速抓取物体、进行对准安装的关键，并可以减少机械磨损，提高机器人的装配效率。

目前应用机器视觉技术对物体进行非接触式的位姿估计已经有了较为成熟的方法。一些方法利用二维图像特征和三维模型之间的对应关系，估计目标工件的六自由度的位置-姿态。有的文献利用立体视觉系统以及事先已知的参数化工件CAD模型，可以估计工件表面上孔洞的位姿。有的文献利用尺度不变特征变换描述子(SIFT,Scale InvariantFeature Transform)建立工件的三维模型，要求工件必须丰富的纹理信息，才能提取足以建立三维模型的SIFT特征，不适用于螺母、螺栓等缺乏纹理特征的物体。有的文献利用RGB-D深度摄像头从几个不同的视角获取的图像建立物体的模型，虽然这一方法不要求精确的三维CAD模型，但是从三维点云对物体建模需要很大的计算量。

立体视觉系统不需要预先已知或者事先建立物体的三维模型，但是立体视觉系统为了保证两个摄像头之间的距离，体积较大，不适合安装于机械臂的末端。

综上，现有的方法都没有考虑如何通过控制手眼系统的主动性，也就是，没有考虑面向提高物体位姿测量精度，主动地控制单目手眼系统的移动，在某些特定的有利位置上获取圆形工件的图像，根据这些有利位置采集到的图像，更加精确计算圆形工件的位姿。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于单目手眼系统的空间圆六维位置-姿态主动式测量方法，本发明通过机器人控制安装于机械臂末端的单目视觉系统移动获取相对于圆形目标物体两个不同视角的两幅图片，通过这两幅图片，可以得到空间圆的六维位置-姿态估计，分析单目相机两个视角的相对位置对于空间圆的位置-姿态估计精度的影响，基于这一分析，提出了面向提高空间圆位置-姿态估计精度的单目手眼系统的移动优化策略。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于单目手眼系统的空间圆六维位置-姿态主动式测量方法，控制单目手眼系统在至少两个不同的位置采集图像，根据采集的图像计算空间圆的圆心坐标、法向量和半径，得到空间圆的六维位置-姿态估计，不同位置上采集的图像满足投影的椭圆在图像的中间位置，且不同位置处的单目手眼系统的光心与空间圆圆心连线的夹角大于设定值。

进一步，不同位置采集的图像，至少一幅图像中投影椭圆的半短轴与半长轴之比小于预定值小且另一幅图像中投影椭圆的半短轴与半长轴之比大于预设值，趋近于1。

进一步的，控制单目手眼系统的具体方法为：控制机械臂的移动，使得单目手眼系统检测到的投影椭圆处于图像中间位置，并使得投影椭圆的主轴平行于图像平面的u轴，计算投影椭圆半短轴与半长轴之比，根据椭圆半短轴与半长轴之比对机械臂进行微调，确定最终的采集位置。