[发明专利]基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法

说明书

本发明涉及基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法，利用两条水平线结构光照射平面合作靶标上表面，并提取其图像坐标；根据相机坐标系和图像坐标系间的几何关系，将线结构光图像坐标转换为相机系坐标，并进行平面拟合，确定合作靶标上表面在相机坐标系下的位置；计算拟合平面的法线，设定其为模型坐标系z轴，设定拟合平面线结构光方向为模型坐标系x轴，z轴叉乘x轴即为模型坐标系y轴；在平面合作靶标上表面形成一个十字光区域，其交叉点即为模型坐标系原点；根据相机坐标系与模型坐标系间的几何关系，即可确定其旋转矩阵及平移向量。本发明可以实现机器人重复定位精度的在线、实时、自动、非接触测量，测量速度快、系统柔性好。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体的说涉及基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，自动化生产已经成为未来的发展趋势和方向。利用机器人代替人工实现自动上下料，不仅节约生产成本，同时也提高了生产效率和安全系数，降低了工人劳动强度，成为越来越多企业的理想选择。

为了实现机器人自动上下料，需要其具有较高的重复定位精度。结构光测量方法具有实时性强，设备简单等特点，使其受到越来越多的重视，对于测量设备的体积、重量、功耗等方便要求比较严格的应用场合，结构光测量的自身优势体现得更加明显。

结构光测量方法作为一种主动式光学测量技术，其主要原理是利用结构光投射器向被测物体表面投射可控制的光点、光条或光面，然后通过图像传感器(比如摄像机)获取图像，根据系统的几何关系，运用三角原理计算得到物体的三维坐标。根据结构光投射器向被测物体表面投射结构分别为可控制的光点、光条或光面，可将结构光分为点结构光、线结构光和面结构光。点结构光测量方法需要逐点扫描物体从而进行测量，被测物体越大，图像获取和处理时间将越长，难以实现实时测量；面结构光提供的三维坐标点数据量非常大，计算时间亦会随之增加。因此，线结构光更适用于工程应用。

恶劣的生产环境，严重的噪声污染，机器人自身的不确定性，一般测量方法的精度很难满足实际要求。

发明内容

为了解决生产环境中噪声污染严重，以及机器人自身不确定性等问题对测量精度的影响，本发明提供一种测量速度快，鲁棒性强，能够实时测量机器人重复定位精度的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法，利用水平线结构光照射平面合作靶标上表面，并提取合作靶标上表面的图像坐标，根据相机坐标系和图像坐标系间的几何关系，将线结构光图像坐标转换为相机系坐标，并进行平面拟合，确定合作靶标上表面在相机坐标系下的位置，进而确定合作靶标的模型坐标系坐标轴以及原点，最后根据相机坐标系与模型坐标系间的几何关系，确定旋转矩阵及平移向量，实现机器人重复定位精度的测量。

基于线结构光拟合平面的机器人重复定位精度测量方法，包括以下步骤：

平面合作靶标上表面形成一个十字光区域，并利用水平线结构光照射合作靶标上表面，用相机采集含有十字光区域和水平线结构光区域的图像；

通过对采集的图像二值化，确定十字光水平区域及线结构光区域，得到水平区域图像；

对采集的图像与水平区域图像进行差分，确定十字光垂直区域，得到垂直区域图像；

利用重心法分别提取水平区域图像中十字光水平区域坐标及线结构光区域坐标、垂直区域图像中十字光垂直区域坐标，得到线结构光图像；

将线结构光图像坐标转换为相机坐标系坐标，并对相机坐标系下的线结构光数据进行平面拟合，进而确定模型坐标系坐标轴；

利用十字光水平区域坐标及十字光垂直区域坐标确定模型坐标系原点；

根据相机坐标系与模型坐标系间的几何关系，确定旋转矩阵及平移向量。