[发明专利]一种基于视觉传感器和激光测距仪的位姿检测装置与方法有效

专利信息
申请号: 201510229371.1 申请日: 2015-05-07
公开(公告)号: CN105091744B 公开(公告)日: 2018-06-26
发明(设计)人: 卢金燕;王鹏;覃政科;熊召;任超;徐德;袁晓东;邹伟;刘长春;周海 申请(专利权)人: 中国科学院自动化研究所;中国工程物理研究院激光聚变研究中心
主分类号: G01B11/00 分类号: G01B11/00;G01C21/00
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 宋焰琴
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 激光测距仪 视觉传感器 角度偏差 特征直线 特征点 位姿检测装置 图像偏差 像素当量 位姿 相对位置关系 旋转自由度 采集目标 六自由度 目标图像 图像坐标 位姿检测 装置使用
【说明书】:

发明公开了一种基于视觉传感器和激光测距仪的位姿检测装置与方法,该装置使用一个视觉传感器和三个激光测距仪共同采集目标信息;该方法包括:从目标图像中选择特征点和特征直线,得到特征点的图像坐标和特征直线的角度,进而得到特征点的图像偏差和特征直线的角度偏差;求取当前像素当量,根据当前图像偏差、角度偏差和像素当量,得到当前位姿在三个自由度上的偏差;根据三个激光测距仪的读数及相对位置关系,得到当前姿态在对应两个旋转自由度上的角度偏差和当前位姿在深度方向上的偏差,由此实现目标的六自由度位姿检测。

技术领域

本发明属于传感器检测技术领域,更具体地涉及一种基于视觉传感器和激光测距仪的位姿检测装置和方法。

背景技术

位姿检测作为重要环节,广泛的应用于机器人控制、航空对接、跟踪制导等诸多领域。传感器种类丰富,功能多样,是获取外界环境信息的重要工具。通过传感器提供的信息实现位姿检测吸引了众多学者的关注。

视觉传感器能够感知丰富的环境信息,且安装使用方便,是较常使用的一种外部传感器。通过对视觉传感器获取的图像信息进行处理,可以得到目标的轮廓、形状、颜色,还可以实现目标的运动检测、相对定位等。根据视觉传感器提供的图像信息得到目标位姿信息是常用的位姿检测方法,这类方法(例如参考SangJoo Kwon,Haemm Jeong,and JaewoongHwang.Kalman Filter-Based Coarse-to-Fine Control for Display Visual AlignmentSystems[J].IEEE Transactions on Automation Science and Engineering,2012,9(3):621-628;Biao Zhang,Jianjun Wang,Gregory Rossano,Carlos Martinez andKock.Vision-guided Robot Alignment for Scalable,Flexible Assembly Automation[C].IEEE International Conference on Robotics and Biomimetic.Phuket,Thailand,2011:944-951.)一般基于单目视觉或双目视觉,先从视觉图像中提取关键特征,然后结合视觉测量技术,经过多个坐标变换,得到目标的位置和姿态信息,实现目标的位姿检测。这类方法仅使用视觉传感器,传感器配置方便,检测过程简单高效。但是这类方法要求目标在检测过程中一直完全可见,因此只适用于小尺寸目标的位姿检测。

当不能得到充分目标信息如目标尺寸较大、部分视觉特征不可见时,就需要借助其他传感器来完成目标检测。目前,常用的方法主要有借助激光跟踪仪(例如参见Zhi Liu,Ying Xie,Jing Xu,Ken Chen.Laser tracker based robotic assembly system forlarge scale peg-hole parts[C].IEEE International Conference on CyberTechnology in Automation,Control and Intelligent Systems,Hong Kong,China,2014:574-578.)或者激光测距仪(例如参见Young-Keun Kim,Yonghun Kim,Kyung-sooKim,Yun Sub Jung.Developing a Robust Sensing System for Remote Relative 6-DOFMotion Using 1-D Laser Sensors[C].IEEE International Systems Conference,Vancouver,CANADA.2012.)来实现大尺寸目标的位姿检测。激光跟踪仪非常适合用于大尺寸零部件的位姿测量,但价格昂贵。激光测距仪测量精度高,性能稳定,抗干扰能力强,体积小,便于安装。目前的借助激光测距仪和视觉传感器进行位姿检测的方法将视觉传感器安装在目标物体上,检测时需要先手动调整激光测距仪的位姿,使其打到目标物体的指定位置,这类方法检测过程繁琐,且检测精度较低。

发明内容

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