[发明专利]基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法

权利要求书

1.基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，结构光光斑识别，获取机器人上不同的光斑；

S2，光斑解析，根据不同光斑构成的几何特征，标定机器人姿态；光斑为两组，一组用于标定机器人前后，一组用于标定机器人左右；两组光斑构成两条非平行的直线；两个光斑构成一条直线，其中一条直线在另一条直线的中垂线上；机器人头部左、右设置同组光斑A、B，尾部设置另一组光斑C、D点，CD在AB的中垂线上，S2中，距离一组光斑中点最近的光斑设为C，同组另一个光斑设为D，随机选取光斑向量DC一侧的光斑，将该光斑与D的矢量与矢量DC，计算矢量外积，若结果小于0，则将该光斑设为机器人左侧光斑A，同组另一侧的光斑设为B；

S3，光斑质心重定位；

S4，相对姿态测算，当前相机坐标系下，获取机器人光斑像素坐标的光路；虚拟标准坐标系下，对机器人采集光斑像素坐标的光路，根据单应矩阵，获取相机坐标系与虚拟标准坐标系间的旋转矩阵与平移向量；单应矩阵公式如下：

n^TP=d （1）

（2）

公式（1）表示灯光平面L在云台坐标系中的方程，P表示符合该方程的点，n表示平面法向量，d表示相机坐标系原点到该灯光平面L的垂直距离；公式（2）中，H表示单应矩阵，K表示相机内参矩阵，、表示相机坐标系与虚拟标准坐标系间的旋转矩阵与平移向量；

S5，空间姿态解算，根据旋转矩阵及机器人姿态角，得到机器人在全局坐标系的姿态。

2.根据权利要求1所述的基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，其特征在于所述S1中，在相机低曝光模式下获取图像，通过色相识别区分不同的光斑。

3.根据权利要求1所述的基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，其特征在于所述S3中，光斑识别和坐标计算均在压缩图像中进行，实际坐标按压缩率N来放大，则对原图像中，光斑质心周围的点进行灰度权值计算，选取最亮的点作为光斑质心坐标。

4.根据权利要求1所述的基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，其特征在于所述相机采用云台相机，包括两自由度云台和长焦相机，云台提供俯仰角、偏航角两个方向的转动角度输出，控制云台相机对准机器人，所述S5中，在虚拟标准坐标系中，机器人姿态角固定为，机器人在全局坐标系中的姿态为：

（3）

其中，表示机器人相对于云台相机的旋转矩阵，表示云台相机外参，即相机相对于云台基座的角度，表示云台相机坐标系相对于全局坐标系的姿态。

5.根据权利要求1所述的基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，其特征在于所述S1之前，对获取的图像进行预处理，包括图像压缩、图像去噪、HSV转换，S1中，对识别出的光斑区域进行去噪、轮廓提取、质心计算，得到四个光斑的坐标值。