CN100352624C - 具有激光器的多自由度立体视觉装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机器人技术领域内空间目标物体位置和姿态确定的检测装置。本发明采用基于特征匹配方法，在输出轴上连接摄像机、激光器，电机驱动花键轮、花键套、蜗杆轴轴端的外花键，摆动自由度的传动轴与仰俯自由度箱体连接，仰俯自由度传动轴与转动自由度箱体连接，转动自由度传动轴即为输出轴，激光器的点线与摄像机的光轴平行，调节机构调节摄像机，调整机构调整激光器，解决了基于特征匹配方法应用中所存在的实际图像表面复杂性和噪声所带来的特征提取和准确定位的困难，目标特征模糊和易造成特征误匹配的难题，能够快速、实时、准确地完成特征匹配，是视觉检测技术的革新。本发明结构简洁，易于操作。

Description

具有激光器的多自由度立体视觉装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，特别涉及一种用于对空间目标物体位置和姿态确定的机器人立体视觉检测装置。

背景技术

目前，随着计算机技术的发展，机器人立体视觉装置，尤其是双目立体视觉装置已经开发出了多种形式，并得到了广泛的应用。

这些视觉装置通常包括摄像机和传感器、图像处理包括图像预处理和特征提取、特征匹配、三维尺寸计算和深度信息内插。其中，特征匹配是视觉算法中最为复杂的一个环节。

在本发明实现之前，特征匹配主要是采用图像匹配，即根据已知的图像模式(实时图)，然后在另一幅图像(参考图)中寻找相应或相近模式的过程。这其中又包括两种方法，即基于图像灰度的相关匹配和基于图像特征的匹配。基于图像灰度相关的图像匹配方法存在着计算量大，难以实时实现，当实时图与参考图因成像环境和成像机理不同而呈现出较大差异，如大量的局部灰度反转时，基于灰度相关的匹配就很难收到良好的匹配效果，因此在使用中存在极大的限制。基于特征的匹配方法，由于利用空间位置相对不变的景象特征如边缘、角点等进行匹配，因此在一定程度上可以克服因实时图与参考图的差异所带来的误匹配现象。但是，采用现在已有的方法来进行特征提取和准确定位是很困难的，这是由于实际图像表面的复杂性和噪声的影响，在进行图像匹配时，就会出现目标特征模糊，而且极易造成特征误匹配的现象，而这一现象一直无法予以较好解决，使得基于特征的匹配方法在实际应用中存在着局限性。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种基于特征的匹配方法的立体视觉检测装置。

本发明的技术方案是：

具有激光器的多自由度立体视觉装置，包括箱体及安装在其上的电机及输出轴，连接在输出轴上的摄像机，电机驱动花键轮、花键套、蜗杆轴轴端的外花键，其主要技术特征在于激光器连接在输出轴上，摆动自由度的传动轴通过摆动自由度传动轴轴承支撑在箱体上，电机通过花键轮、花键套、蜗杆轴轴端的外花键、蜗轮使摆动自由度传动轴转动，转动自由度传动轴即为输出轴，激光器的点线与摄像机的光轴平行，摄像机与输出轴之间设置调节机构，调节机构安装在支撑板上，包括输出轴锁紧螺母、摄像机锁紧螺母、摄像机螺栓，摄像机经摄像机螺栓与支撑板连接，摄像机锁紧螺母固定摄像机螺栓、支撑板，支撑板与输出轴螺纹连接，输出轴锁紧螺母固定支撑板、输出轴，激光器设置在环形支架上，环形支架与支撑板刚性连接，支撑板与多自由度立体视觉装置的输出轴螺纹连接，环形支架的中心线与摄像机的光轴平行或同轴，环形支架与激光器之间设置调整机构，环形支架上开有环形槽，调整机构的T形螺栓可在环形槽内滑动，环形槽锁紧螺母将T形螺栓紧固在环形支架上，盘状螺栓可在T形螺栓内转动，盘状锁紧螺母可将二者固定，固定螺栓可在盘状螺栓内转动，锁紧螺母可将二者固定，固定螺栓连接激光器，摆动自由度运动结构的上方是仰俯自由度机构，仰俯自由度机构的上方是转动自由度机构，仰俯自由度机构位于摆动自由度运动结构与转动自由度机构之间，它们组成四自由度本体。

本发明的优点和效果在于解决了基于特征匹配方法应用中所存在的实际图像表面复杂性和噪声所带来的特征提取和准确定位的困难，目标特征模糊和易造成特征误匹配的难题，能够快速、实时、准确地完成特征匹配，是视觉检测技术的革新。本发明结构简洁，易于操作。

附图说明

图1——本发明结构原理示意图。

图2——本发明结构主视图。

图3——本发明结构左视图。

图4——图2、3中的摆动自由度结构主视图。

图5——图4的左视图。

图6——图2、3中摄像机调节机构图。

图7——图2、3中激光器调整机构图。

具体实施方式

图1中表示的是摄像机2，有两台，又称双目，激光器1也有多个，激光器1是小型激光器；摄像机2与激光器1安装在四自由度机械本体3上，构成多个激光器1多自由度立体视觉装置，可以使摄像机2、激光器1实现四个自由度的运动；激光器1的点线与摄像机2的光轴平行。

由于多激光器多自由度立体视觉装置四个自由度运动实现结构形式是一样的，在此以摆动自由度运动结构实现说明多激光器多自由度立体视觉装置的具体实施过程。

如图1、2、3、4、5、6、7所示，电机5一端连接编码器4，电机5通过花键轮12、花键套6、蜗杆轴8轴端的外花键13连接，实现卸荷传动，达到电机5只传递力矩，消除电机5径向载荷，这样可提高传动灵活性，延长电机5的使用寿命；蜗杆轴轴承7支承在箱体11上，电机5也连接在箱体11上，箱体11安装在支承板14上，而蜗轮9则通过键15驱动摆动自由度传动轴10转动，而摆动自由度传动轴10通过摆动自由度传动轴轴承16支承在箱体11上，蜗轮9与摆动自由度传动轴轴承16之间设置隔套17，使蜗轮9与摆动自由度传动轴轴承16有正确的位置关系；摄像机2、激光器1安装在四自由度机械本体3上端的输出轴18上；摄像机2与输出轴18之间设置调节机构19(见图3)，它具体包括输出轴锁紧螺母21、摄像机螺栓23、摄像机锁紧螺母22构成(见图6)，调节机构19安装在支承板20上，输出轴18与支承板20用螺纹连接，输出轴锁紧螺母21锁紧输出轴18与支承板20的连接，摄像机锁紧螺母22将摄像机螺栓23与支承板20锁紧，摄像机锁紧螺栓23连接摄像机2；激光器1与环形支架25之间设置调整机构24(见图3)，具体包括T型螺栓27、环形槽锁紧螺母28、盘状螺栓29、盘状锁紧螺母30、固定螺栓31、锁紧螺母32；环形支架25与支承板20刚性连接，环形支架25的中心线与摄像机2的光轴平行或同轴，环形支架25上开有环形槽26，T形螺栓27设置在环形槽26内，且可在该槽内滑动，而环形槽锁紧螺母28可将其固定在环形支架25上，盘状螺栓29可在T形螺栓27内转动，而盘状锁紧螺母30可将其固定，固定螺栓31可在盘状螺栓29内转动，而锁紧螺母32可将其固定，固定螺栓31连接激光器1。

操作时，摆动自由度的运动实现，由电机5通过花键轮12、花键套6、蜗杆轴8轴端的外花键13、蜗杆轴8、蜗轮9使摆动自由度传动轴传动，摆动自由度传动轴10带动仰俯自由度机构和转动自由度机构，实现输出轴18的运动，从而实现激光器1、摄像机2摆动；仰俯自由度运动实现由相应的电机带动转动自由度机构，实现输出轴18的运动，从而实现激光器1、摄像机2仰俯；转动自由度运动实现也由相应的电机带动，实现输出轴18的转动，从而实现激光器1、摄像机2转动。操作时，四个自由度的电机可同时运动，从而实现激光器1、摄像机2自由摆动、仰俯和转动合成的复合运动。

在运动过程中，电机5通过花键轮12、花键套6、蜗杆轴8轴端的外花键13实现卸荷；编码器4读出电机5的电机轴转动的角度，从而可以知道激光器1和摄像机2相对于空间的位置和姿态，为空间目标物体位置和姿态的计算提供必要的参数；摄像机2通过调节机构19可以保证多台摄像机2的光轴始终处于同一平面内；激光器1通过环形支架25及其上的环形槽26、调整机构24使得激光器1的点线与摄像机2的光轴平行；激光器1在环形支架25及环形槽26内可沿圆周均匀或非均匀布置，也可沿非圆周均匀或非均匀布置。

Claims (1)

1.具有激光器的多自由度立体视觉装置，包括箱体及安装在其上的电机及输出轴，连接在输出轴上的摄像机，电机驱动花键轮、花键套、蜗杆轴轴端的外花键，其特征在于激光器连接在输出轴上，摆动自由度的传动轴通过摆动自由度传动轴轴承支撑在箱体上，电机通过花键轮、花键套、蜗杆轴轴端的外花键、蜗轮使摆动自由度传动轴转动，转动自由度传动轴即为输出轴，激光器的点线与摄像机的光轴平行，摄像机与输出轴之间设置调节机构，调节机构安装在支撑板上，包括输出轴锁紧螺母、摄像机锁紧螺母、摄像机螺栓，摄像机经摄像机螺栓与支撑板连接，摄像机锁紧螺母固定摄像机螺栓、支撑板，支撑板与输出轴螺纹连接，输出轴锁紧螺母固定支撑板、输出轴，激光器设置在环形支架上，环形支架与支撑板刚性连接，支撑板与多自由度立体视觉装置的输出轴螺纹连接，环形支架的中心线与摄像机的光轴平行或同轴，环形支架与激光器之间设置调整机构，环形支架上开有环形槽，调整机构的T形螺栓可在环形槽内滑动，环形槽锁紧螺母将T形螺栓紧固在环形支架上，盘状螺栓可在T形螺栓内转动，盘状锁紧螺母可将二者固定，固定螺栓可在盘状螺栓内转动，锁紧螺母可将二者固定，固定螺栓连接激光器，摆动自由度运动结构的上方是仰俯自由度机构，仰俯自由度机构的上方是转动自由度机构，仰俯自由度机构位于摆动自由度运动结构与转动自由度机构之间，它们组成四自由度本体。

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