[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

说明书

本发明公开了基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，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；S3，光斑质心重定位；S4，相对姿态测算；S5，空间姿态解算；本方法通过云台相机远程识别机器人表面的结构光阵列，在相机内参固定的情况下，根据结构光几何参数、云台相机外参解算出机器人空间姿态，可以为IMU测量值进行辅助修正。本方法规避了机器人运动时相机远程成像模糊的问题，且不受作业环境噪声干扰，达到了良好的测算效果。

技术领域

本发明涉及计算机图形学、计算机图像处理技术领域，尤其是涉及一种为机器人设计的结构光阵列，通过该结构光阵列对机器人进行远程姿态解算的方法。

背景技术

磁吸附爬壁机器人在探测、维护钢结构物方面有着重要应用，自动化作业是其未来的发展趋势。对磁吸附爬壁机器人进行定位和建图，是实现自动化作业的前提。

空间姿态是机器人进行定位的重要参数，目前一般通过IMU（InertialMeasurement Unit，惯性测量单元）计算获得。然而磁吸附爬壁机器人通常具有磁轮、磁阵列等吸附结构，导致周边地磁场严重畸变、IMU内部电子罗盘失效，因此IMU陀螺仪得到的姿态漂移严重，且随着使用时间变长，累积误差逐渐增大。因此，需要研究一种对机器人进行全局姿态测量的方法，对IMU进行辅助修正。

结构光三维面成像的应用日益广泛，投影结构光空间位置和形状参数的精度与三维测量数据的精度有着直接联系。现有技术中，对投影的结构光的标定大多将设为平面，过于简单，但在实际的情况中，例如爬壁机器人在圆柱形的钢制油罐表面，由于钢制油罐表面为圆柱形，通过相机定位时，存在正对和侧对爬壁机器人的情况。通过单应矩阵能够在一定程度上解决该问题，在计算机视觉中，平面的单应性被定义为一个平面到另外一个平面的投影映射，因此一个二维平面上的点映射到摄像机成像仪上的映射就是平面单应性的例子，单应矩阵约束了同一三维空间点在两个像素平面的二维齐次坐标。

但对爬壁机器人的标定时，可能会用到许多类型的标定方式，例如多种不同的光斑颜色或者光斑形状，因此需要设置不同的LED灯，或者不同形状的LED灯，这提高了爬壁机器人的成本和能耗，同时过多的用于标定的光斑也会提高光斑识别的算力。因此，需要一种能够用最少的类型、最少的点的结构光阵列来标定爬壁机器人，再通过标定的光斑和单应矩阵，通过云台相机对爬壁机器人的姿态进行识别和解析，从而修正IMU误差。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现IMU误差修正的目的，本发明采用如下的技术方案：

基于结构光阵列远程识别的机器人空间姿态解算方法，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；

S3，光斑质心重定位；