CN100557378C - 机械与视觉关联定位实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械与视觉关联定位实验平台，包括平台、设于平台上的水平移动机构、设于水平移动机构上的竖直移动机构、设于竖直移动机构上的摄像装置、与摄像装置相对的标定靶、及与标定靶连接的振动源，该摄像装置由左右对称的摄像机构成，该标定靶上标有位置、大小与颜色不同的标定点，摄像装置连接至计算机进行处理。本发明能精确地确定变量目标的空间坐标位置。

Description

机械与视觉关联定位实验平台

技术领域

本发明涉及一种定位实验平台，尤其涉及一种机械与视觉关联定位实验平台。

背景技术

目前水果采摘机器手一次性能采摘到水果的成功率在50-70％左右，采摘失效的原因主要是难以对水果的位置进行精确定位。

传统方法仅考虑视觉定位的相关修正算法，而不研究对具有外界扰动的位置、大小与颜色不一致的生物水果这种变量目标定位的机械定位误差与视觉定位误差的关联。水果采摘机器手对变量目标的精确定位，是包括机械、视觉和控制等技术在内的复杂***。每次采摘都要对变量目标重新定位，要求定位精确，夹紧力合适，不损伤水果，由于水果是变量目标，传统视觉修正算法无法修正该误差；其次采摘机器手的振动对水果定位的扰动使水果形成随机摆角变量，其摆动又使机械手定位不准确。由于空间摆角变量和时滞，与视觉已检测的定位距离发生了偏差，再次影响到采摘机器手的定位。这样，就形成了一个机械定位、视觉定位、扰动与变量相互影响与关联。而传统的仅从机械或视觉单一领域研究精确定位的方法已难解决该问题，要解决该问题，首先需要一种关联定位实验与检测的实验平台。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种机械与视觉关联定位实验平台，其在振动条件下，进行机械和视觉的关联精确定位的验证与实验，通过实验与分析能确定变量目标的空间准确位置，从而达到采摘机构精确定位的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种机械与视觉关联定位实验平台，包括平台、设于平台上的水平移动机构、设于水平移动机构上的竖直移动机构、设于竖直移动机构上的摄像装置、与摄像装置相对的标定靶、及与标定靶连接的振动源，该标定靶上标有若干标定点，摄像装置连接至计算机进行处理，该摄像装置由左右对称的摄像机构成。该若干标定点的位置、大小与颜色均不相同。

该水平移动机构包括两根相互平行的长导轨及垂直架设于长导轨之间的横向导轨，该竖直移动机构包括设置于横向导轨上的竖直导轨，该摄像装置通过一短导轨安装于竖直导轨上，且该短导轨与横向导轨平行。该横向导轨、竖直导轨、短导轨及摄像装置分别通过滑块与两根长导轨、横向导轨、竖直导轨及短导轨连接。该两个摄像机可通过设于短导轨上的滑块调整间距。

另外，该长导轨、横向导轨及竖直导轨均安装有读取摄像装置的坐标位置的直尺。

该标定靶通过底座及设置于底座上的支架固定于平台上，该振动源安装于支架上；该标定靶通过安装夹持机构及弹性杆连接至支架。该振动源为一微型气缸。

对摄像装置摄取的图像经计算机进行图像处理，计算出扰动环境下摄像装置与标定点的空间坐标位置，与直尺读到的实际空间坐标综合起来进行对比分析，由此构建扰动及其视觉的综合模型，计算得到扰动条件下机械与视觉的综合定位误差。

与现有技术相比，本发明通过水平移动机构及竖直移动机构建立起摄像装置与标定点的实际空间位置坐标，即实现标定点的机械定位，并通过摄像装置摄取由振动源振动的标定靶的图像，图像经计算机处理后得到图像空间坐标位置，实现标定点的视觉定位，将图像空间坐标位置与实际空间位置坐标进行对比，并最终得到定位误差，从而达到机械和视觉的关联精确定位。利用该定位实验平台***的采摘机构，能对变量目标进行精确定位，从而能有效提高采摘机构的采摘成功率。

附图说明

图1为本发明机械与视觉关联定位实验平台的结构示意图；

图2为本发明摄像装置摄取标定示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明从全局角度综合分析机械与视觉的关联定位，分析和对比振动条件下机械与视觉的综合定位误差，建立其关联的关系模型。

如图1及图2所示，一种机械与视觉关联定位实验平台，包括平台1、设于平台1上的水平移动机构、设于水平移动机构上的竖直移动机构、设于竖直移动机构上的摄像装置6、与摄像装置6相对的标定靶19、及与标定靶19连接的振动源16，该标定靶19上标有位置、大小与颜色不同的标定点，摄像装置6连接至计算机13进行处理，该摄像装置6由左右对称的CCD摄像机构成。

其中，竖直移动机构能在水平移动机构上进行移动，完成水平面的移动；而摄像装置6能在竖直移动机构上进行纵向移动，从而实现摄像装置6在三自由度上的移动。该标定靶19在振动源16的作用下，其上的标定点将实现振动，模拟采摘的变量目标，如图1所示，模拟采摘的为水果变量目标11。

该水平移动机构包括两根相互平行的长导轨2及垂直架设于长导轨2之间的横向导轨3，该竖直移动机构包括设置于横向导轨3上的竖直导轨4，该摄像装置6通过一短导轨5安装于竖直导轨4上，且该短导轨5与横向导轨3平行。

该横向导轨3通过滑块7与两根长导轨2固定连接，竖直导轨4通过滑块8与横向导轨3固定连接，短导轨5通过滑块9与竖直导轨固定连接，摄像装置6通过滑块10与短导轨固定连接，且两个摄像机可通过设于短导轨5上的滑块10调整间距。

假设长导轨2的导滑方向为X方向，横向导轨3的导滑方向为Y方向，竖直导轨4的导滑方向为Z方向。当需要移动摄像装置6的位置时，只需移动各导轨上的滑块，便可完成摄像装置6在X、Y、Z方向上的移动。

为了便于读取摄像装置6与标定点的空间位置坐标，该长导轨2、横向导轨3及竖直导轨4均安装有读取摄像装置6的坐标位置的直尺12。本实施例中，该直尺12为钢直尺。

另外，该标定靶19通过底座14及设置于底座14上的支架15固定于平台1上，该振动源16安装于支架15上；该标定靶19通过安装夹持机构18及弹性杆17连接至支架15。该振动源16为一微型气缸。

对摄像装置摄取的图像经计算机进行图像处理，计算出扰动环境下摄像装置与摄取点的图像空间坐标，与直尺读到的实际空间坐标综合起来进行对比分析，由此构建扰动及其视觉的综合模型，计算得到扰动条件下机械与视觉的综合定位误差。

该定位实验平台所用***在许多领域都极具应用价值，如微操作***的位姿检测与控制、机器人导航与航测、野外作业的扰动条件下机器人机械手对目标的定位、三维测量及虚拟环境等。

Claims (10)

1、一种机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：包括平台(1)、设于平台(1)上的水平移动机构、设于水平移动机构上的竖直移动机构、设于竖直移动机构上的摄像装置(6)、与摄像装置(6)相对的标定靶(19)、及与标定靶(19)连接的振动源(16)，该摄像装置(6)由左右对称的摄像机构成，该标定靶(19)上标有若干标定点，摄像装置(6)连接至计算机(13)进行处理。

2、根据权利要求1所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该水平移动机构包括两根相互平行的长导轨(2)及垂直架设于长导轨(2)之间的横向导轨(3)，该竖直移动机构包括设置于横向导轨(3)上的竖直导轨(4)，该摄像装置(6)通过一短导轨(5)安装于竖直导轨(4)上，且该短导轨(5)与横向导轨(3)平行。

3、根据权利要求2所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该横向导轨(3)、竖直导轨(4)、短导轨(5)及摄像装置(6)分别通过滑块与两根长导轨(2)、横向导轨(3)、竖直导轨(4)及短导轨(5)连接。

4、根据权利要求3所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：两个摄像机通过设于短导轨(5)上的滑块(10)调整间距。

5、根据权利要求2或3或4所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该长导轨(2)、横向导轨(3)及竖直导轨(4)均安装有读取摄像装置(6)的坐标位置的直尺(12)。

6、根据权利要求1所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该标定靶(19)通过底座(14)及设置于底座(14)上的支架(15)固定于平台(1)上，该振动源(16)安装于支架(15)上。

7、根据权利要求6所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该标定靶(19)通过安装夹持机构(18)及弹性杆(17)连接至支架(15)。

8、根据权利要求6或7所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该振动源(16)为一微型气缸。

9、根据权利要求1所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：对摄像装置摄取的图像经计算机进行图像处理，计算出扰动环境下摄像装置与摄取点的空间坐标位置，与测量水平移动机构及竖直移动机构的实际空间坐标进行对比分析，构建扰动及其视觉的综合模型，并计算机械与视觉的综合定位误差。

10、根据权利要求1所述的机械与视觉关联定位实验平台，其特征在于：该若干标定点的位置、大小与颜色均不相同。

Images