[发明专利]一种青饲机自动抛送系统位姿变换矩阵的标定方法

说明书

一种青饲机自动抛送系统位姿变换矩阵的标定方法，包括如下步骤：S1、在相机视野内设置多个标记点，并使其在标定过程中相对于机械臂转盘保持不动；S2、转动机械臂一个位姿，获取该位姿时的机械臂的欧拉角信息，获取该位姿时的相机中的彩图和深度点云图；S3、根据彩图和深度点云图，找出各标记点中心在相机坐标系下的三维信息；S4、重复步骤S2至S3，得到多个位姿时的各标记点中心在相机坐标系下的三维信息和机械臂的欧拉角。S5、根据S4步骤中得到的在相机坐标系下的三维信息，解算不同位姿时的相机坐标系之间的位姿变换矩阵；S6、根据S4步骤中得到的机械臂的欧拉角，解算不同位姿时机械臂坐标系之间的位姿变换矩阵。

技术领域

本发明涉及机器视觉与农业自动化技术领域，尤其是涉及一种青饲机自动抛送系统位姿变换矩阵的标定方法。

背景技术

青饲机是一种常用农业收获机械，主要用来收获青绿牧草、燕麦、甜菜茎叶等低矮青饲作物。青饲机大体由前方割台、机身喂入装置及切碎抛送装置组成。前方割台为一个装有多把甩刀旋转切碎器用于高速收割作物，机身收集作物并将其切碎，然后由抛送装置抛出，青饲机抛出的物料由后方或侧方同向行驶的运输车承接。具有自动抛送系统的青饲机，机身收集作物并将其切碎，然后由固定在机械臂上的RGB-D相机识别和定位车斗位姿，然后基于相机和机械臂坐标变换矩阵，得出车斗在机械臂坐标系下的位姿，自动调整机械臂实现物料的精准抛投。RGB-D相机(后文中简称相机，本申请中的相机都是指RGB-D相机)是一种可以同时获得颜色信息和深度信息的相机。

青饲机自动抛送系统利用相机实现对运输车车斗进行自动识别与定位，其一个前提是需要知道青饲机相机坐标系和机械臂坐标系之间的位姿变换矩阵。求解上述位姿变换矩阵的过程称作标定。具有自动抛送系统的青饲机需要出厂之前对位姿变换矩阵进行标定，目前主要是通过人工测量标定物中的标记点在机械臂坐标系下的三维信息，用算法获取在相机中的三维信息，然后对同一个标记点在两坐标系下的三维信息进行3D-3D位姿估计方法解算出两坐标系的位姿变换矩阵。这种基于人工测量的方法费时费力，并且标定误差较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出了一种青饲机自动抛送系统位姿变换矩阵的标定方法。

本发明采用的技术方案如下：

姿态传感器安装固定在青饲机的机械臂上；

制作一块背景为灰色的标记板，标记板上包含四个圆形或矩阵的红色标记点，任意两个标记点之间距离差大于80cm。

青饲机自动抛送系统位姿变换矩阵的标定过程包含步骤如下：

步骤1：放置标定板于青饲机侧面或后面且位于相机视野内，并使其在标定过程中保持不动；

步骤2：转动机械臂至一个位姿；

步骤3：通过姿态传感器，获取该位姿下的机械臂的欧拉角信息；

步骤4：获取该位姿下相机的彩图和深度点云图；

步骤5：通过颜色滤波方法从彩图中分离出标记点集；

步骤6：把分离出来的标记点集通过聚类算法得出每个标记点中心的像素坐标，把所有标记点中心映射到点云图中，找出各标记点中心在相机坐标系下的三维信息；

重复步骤2-6共四次，设上述四个不同机械臂位姿分别为第一位姿A、第二位姿B、第三位姿C和第四位姿D，获得四组不同机械臂位姿下的各标记点中心在相机坐标系下的三维信息和机械臂位姿的欧拉角。所有位姿下都满足各标记点都在相机视野内，且任意两个位姿之间机械臂在水平或竖直方向转动角度之差大于10度；

步骤7：根据4个不同机械臂位姿下的各标记点中心在相机坐标系下的三维信息，解算各两个不同位姿时相机坐标系之间的位姿变换矩阵Hc；每一个位姿时都有一个相机坐标系，即每一个位姿时都包含一个机械臂坐标系和一个相机坐标系。