[发明专利]一种基于双目相机与单目相机结合的割刀辅助定位算法

说明书

本发明提供了一种双目相机和单目相机相结合的割胶机器人割刀定位算法，所解决的是利用机器人上面的双目相机找到目标橡胶树后，并通过树木上的辅助定位标志将割刀移动到橡胶树上的本起始割胶位置。首先，根据双目相机采集到的图像，通过橡胶树的颜色、边缘以及视差图，来得到橡胶树所在的位置，完成割刀位置的粗调整；接下来使用单目相机识别橡胶树上的辅助定位标志，来不断调整机器人的位置，使在单目相机视野中的图案与预先标定好的目标图案在相机中的大小及中心点位置相一致，来实现割刀位置的微调。本发明仅通过双目相机与单目相机相结合的方式就可快速完成割刀初始位置的准确定位，提高了割胶机器人的割胶速度。

技术领域

本发明涉及了割胶机器人的关键技术领域，尤其是智能履带式自动割胶机器人，具体涉及智能割胶机器人机械臂上的割刀在切割橡胶树上的定位算法设计与实现。为了控制割胶机器人的割刀能更加快速和精确地到达初始割胶位置，本设计提出了一种基于双目相机与单目相机结合的的割胶机器人割刀初始位置定位算法，能够有效快速实现割刀定位和割胶质量。

背景技术

目前天然橡胶的采集手段还是采用的人力手工割胶的原始手段，即工人通过使用专用割胶工具在树木的特定位置环绕树木割出一个斜半圆形的切口，来进行割胶。海南橡胶目前还有约2.5万从事割胶工作的工人，橡胶树出胶的条件是温度要在摄氏25度左右，所以工人的工作时间是凌晨1点到6点，工作量约人均300棵树/天。因此当前从事割胶这个工作劳动成本较高，工作效率较低，苛刻的工作条件使得工人凌晨作业安全性很难得到有效的保障。

另外，市场上现有的一些成品割胶机器人仍存在很多问题，如机械臂的高成本与针对不同特殊情况的可扩展性的问题、夜间工作割刀定位问题以及对不同姿态生长的树干怎样定位等问题。虽然如今工业机械臂的集成度越来越高，灵活性也得到了很大的提升，但其可扩展性受到了极大地限制，受到了开发商极大的限制，如一些必要的辅助割胶的传感器和功能难以集成到现有的机械臂上，从而提高了识别橡胶树割胶位置的难度，影响了割胶效果，橡胶树的割胶产量因此减少，最终影响整个割胶产业的经济效益。

发明内容

为了克服人工操作时所带来的不确定因素，提高割胶过程中机器人割刀定位的精与稳定。为了有效降低机器人的制作成本，增加机器人的可扩展性与稳定性，更好地适应割胶环境的多样变化，提高效率来提升最终的割胶产量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于双目相机与单目相机结合的的割胶机器人割刀初始位置定位算法，主要包括有通过双目相机对割刀位置的粗调节以及利用单目相机对割刀位置的微调过程。首先是利用双目相机来识别双目的具体位置，具体包括以下步骤。

步骤1：对双目相机进行双目标定，来消除相机的畸变。

步骤2：获取双目相机的图像。

步骤3：对双目相机所采集到的两幅图像，通过双目立体匹配SGBM算法来计算出当前的视差图。

步骤4：利用双目相机中的左相机所采集到的图像，对其进行中值滤波操作后，根据颜色来得到一个橡胶树的位置区域。

步骤5：利用双目相机中的左相机所采集到的图像，将其转换为灰度图，然后使用canny算子来进行边缘检测，并执行开操作去消除图像中的噪声，平滑树木轮廓的边缘，最终得到一个橡胶树的位置区域。

步骤6:利用步骤3中所计算得到的视差图，根据视差图的数值，选择数值在一个合适范围内的区域作为一个橡胶树的位置区域。

步骤7：综合以上三个区域，选择它们的交集作为最终橡胶树的位置，并根据这个区域计算得到橡胶树的中心位置。

步骤8：根据步骤7所得到的橡胶树中心位置，由步骤3计算的视差图，来获得橡胶树此时距离割胶机器人抱环的距离。

步骤9：根据计算得到的橡胶树的位置，来调整割刀的位置，直到割刀与橡胶树的距离在一个合适的范围内后，割刀位置的粗调节整个过程结束。