CN107741224A - 一种基于视觉测量及标定的agv自动调姿定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，包括：(1)根据AGV自动调姿系统中的工业CCD相机、标定板、位移传感器、激光跟踪仪以及伸缩柱，对AGV进行标定，得到相机坐标系与AGV坐标系之间的关系(2)利用关系获得标定板上两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前坐标，根据四个位移传感器与两个大圆孔中心的当前位姿与目标位姿计算得到变换矩阵，获得AGV的当前位姿；(3)根据AGV的当前位姿、AGV的目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标规划调姿路径；(4)根据规划得到的调姿路径对AGV进行调姿。该方法将AGV在接泊位置调姿定位到合适位置，达到自动化快速接泊功能。
Description
技术领域
本发明属于航空制造领域，尤其涉及一种基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法。
背景技术
如今，AGV被广泛地应用于工业领域。AGV的引入不仅可以减少人工的工作量，还可以很大程度地提升工厂的自动化水平，降低成本以及降低运输过程中损坏工件的可能性，因此AGV系统被广泛使用在物料运输系统中。此外，某些高度自动化的制造过程中，AGV是不可或缺的，尤其适用于在生产线不同装配站位之间转运产品。
对AGV系统来说，为了达到自动化运输的目的，如何在某个站位将产品更加平稳快速地转运到AGV上是一个必须要深入考虑的问题。接泊速度和精度严重影响生产效率。对于不同产品、不同工装情况下的站位接泊，对应的AGV接泊方式需要单独设计以使性能最优。
发明内容
鉴于上述，本发明提出了一种基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，该方法能够将AGV在接泊位置调姿定位到合适位置，达到自动化快速接泊功能。
一种基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，包括以下步骤：
(1)根据AGV自动调姿系统中的工业CCD相机、标定板、位移传感器、激光跟踪仪以及伸缩柱，对AGV进行标定，得到相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
(2)利用关系获得标定板上两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前坐标，根据四个位移传感器与两个大圆孔中心的当前位姿与目标位姿计算得到变换矩阵，进而获得AGV的当前位姿；
(3)根据AGV的当前位姿、AGV的目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标规划调姿路径；
(4)根据规划得到的调姿路径对AGV进行调姿。
所述的步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将四个标定板安装在工位底座基准面上，通过激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，调整四个标定板直至处于同一平面且法向沿着基准面法向；
(1-2)将AGV车驶入接驳位置，并将AGV固定于地面上的定位窝定位位置处；
(1-3)借助激光跟踪仪调整AGV底座姿态，直至接驳移动台能顺利于站位底座与AGV车之间转运；
(1-4)通过激光跟踪仪建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
(1-5)利用AGV坐标系与标定板坐标系的关系测得标定板中大圆孔中心在AGV坐标系下的坐标；
(1-6)驱动4个伸缩柱移动至与其对应的标定板相接触，记录此时的4个位移传感器在AGV坐标系下的读数；
(1-7)打开工业CCD相机，微调每个工业CCD相机的位姿，使标定板上的圆孔于相机图像中呈现的图像是圆形而不是椭圆形；
(1-8)标定工业CCD相机的内参kx和ky(mm/像素)；即CCD相机的像素与实际距离的对应关系；
(1-9)标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
所述步骤(1-4)的具体步骤为：
(1-4-1)激光跟踪仪测量AGV车身上的ERS点，建立AGV坐标系Base；
(1-4-2)激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，建立标定板坐标系Plane；
(1-4-3)根据坐标系Base与坐标系Plane建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
所述的为标定板坐标系在AGV坐标系下的位姿，具体表示为：
将标定板上的ERS点在AGV坐标系下的位置坐标与装配现场坐标系下的理论值进行基于SVD的最小二乘匹配计算，即可求得标定板坐标系Plane在AGV坐标系Base下的位姿，即
用方向余弦矩阵R3×3表示标定板坐标系在AGV坐标系下的姿态，位置用平移向量T3×1表示，则有：
设共有n(n>3)个非共面公共观测点，在实际工程中，并不是绝对相等的，存在如下关系：
式中，ε为3×1的误差矩阵，为使得ε最小构造目标函数：
利用矩阵奇异值分解法，即可求得旋转矩阵R3×3和平移向量T3×1,求得标定板坐标系和AGV坐标系的关系。
所述的步骤(1-8)的具体过程为：
首先，获取标定板中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的实际距离；
然后，获取图像中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的像素距离；
最后，根据实际距离与像素距离计算得到工业CCD相机的内参kx和ky，单位为mm/像素：
其中，Δxi,Δyi分别表示标定板中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的实际距离；Δui,Δvi分别表示图像中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的像素距离。
所述的步骤(1-9)的具体过程为：
首先，将工业CCD相机自动对焦，使相机坐标系Cemera建立于标定板上，提取所有标定板上圆孔中心在相机坐标系下的坐标；
然后，获得从工业CCD相机坐标系Cemera与标定板坐标系Plane之间的关系先将相机坐标系绕标定板的法向方向旋转一个角度α，得到中间坐标系，再将中间坐标系平移到标定板坐标系，平移向量为(ΔX，ΔY，ΔZ)，用变换矩阵来表示为：
其中，[cosα,sinα,0]T和[-sinα,cosα,0]T是标定板坐标系相对于相机坐标系在水平方向和竖直方向的方向向量；(ΔX，ΔY，ΔZ)是中间坐标系相对于标定板坐标系的原点偏移量，其中，△Z由图像平面(相机坐标系的XOY平面)到标定板坐标系的定义位置的距离决定，为0；
此步骤中，旋转角α的计算过程为：
tanα1＝(C2.y-C1.y)/(C2.x-C1.x)
tanα2＝(C4.y-C3.y)/(C4.x-C3.x)
α＝arctan((tanα1+tanα2)/2)
其中，C2.y表示小圆孔2的圆心的y向坐标，C1.y表示小圆孔1的圆心的y向坐标，C2.x表示小圆孔2的圆心的x向坐标，C1.x表示小圆孔1的圆心的x向坐标，C4.y表示小圆孔4的圆心的y向坐标，C3.y表示小圆孔3的圆心的y向坐标，C4.x表示小圆孔4的圆心的x向坐标，C3.x表示小圆孔3的圆心的x向坐标；
通过标定板上大圆孔中心在图像中心坐标系下的像素坐标(u，v)与其在标定板坐标系下的坐标(Xp，Yp)，求得相机坐标系在标定板坐标系中的偏移△X和△Y：
图像中心坐标系原点于图像中心，向右为x轴，向上为y轴。
最后，根据与得到标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系即手眼关系：
通过步骤(1)的过程，准确地获得了工业CCD相机的内参kx和ky、相机坐标系与AGV坐标系之间的关系以后在AGV实际接泊使用时无需再次标定，根据测量系统即可计算得到每次接泊时相对目标位姿的初始位姿。
所述的步骤(2)的具体步骤为：
将AGV的目标位姿变换到当前位姿所用的变换矩阵是由一个3×1旋转矩阵和一个平移矩阵组成，位姿变换公式为：
其中，[xg,yg,zg,1]T为AGV的目标位姿，[xc,yc,zc,1]T为AGV的当前位姿；
(2-1)选取4个位移传感器端点与2个大圆孔中心作为用于计算变换矩阵的6个监测点；
(2-2)通过激光跟踪仪测量得到6个监测点在AGV坐标系下的目标位姿，其中，4个位移传感器端点在AGV坐标系下的目标位姿为：
[xg1,yg1,zg1]T
[xg2,yg2,zg2]T
[xg3,yg3,zg3]T
[xg4,yg4,zg4]T
2个大圆孔中心在AGV坐标系下的目标位姿为：
[xg5,yg5,zg5]T
[xg6,yg6,zg6]T
(2-3)利用激光跟踪仪测量4个位移传感器端点在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc1,yc1,zc1]T
[xc2,yc2,zc2]T
[xc3,yc3,zc3]T
[xc4,yc4,zc4]T
(2-4)利用工业CCD相机获得标定板上两个大圆孔中心的坐标，然后根据已获得的得到手眼关系计算得到两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc5,yc5,zg5]T
[xc6,yc6,zc6]T
(2-5)将6个检测点的当前位姿与目标位姿带入到位姿变换公式中，利用最小二乘法求解得到变换矩阵，变换矩阵转化为由目标姿态到当前姿态的旋转角θ,β,γ和平移tx,ty,tz组成，其中：
θ＝αtan2(r21/cβ,r11/cβ)
γ＝αtan2(r32/cβ,r33/cβ)
(2-6)利用变换矩阵，根据AGV的目标位姿，计算得到AGV的当前位姿。
所述步骤(3)的具体步骤为：
根据步骤(2)计算得到的AGV的当前位姿、目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标值，将路径规划为先平动后转动，并划分为n次进行调姿，则每次调姿的定位器目标坐标可以计算得到。进行路径规划，使得调姿运动可以同步平稳的运行。
所述的定位器目标坐标的获取过程为：
调姿运动是由若干次微调组成的，事先规定每次微调的最大平动位移length和最小转角angle。
在平动时，每次微调的定位器目标坐标由微调之前的定位器当前坐标乘以坐标变换矩阵得到。所述的坐标变换矩阵为样式，其中的T3x1和R3x3由length和angle组成。驱动定位器运动到该目标坐标即可。
所述步骤(4)的具体步骤为：
根据规划的路径对AGV进行调姿：同步协调运动6个定位器至目标位置，然后再次检测当前AGV的位姿误差，如果不满足要求，继续重复上述调姿过程，直至位姿误差在误差允许范围内，调姿结束。
本发明基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位系统及方法，具有的优点为：
(1)机翼骨架通过滑动的方式从站位底座转移至AGV底座，相对传统的吊装等方式更加方便平稳快速。
(2)位姿测量系统采用2个相机和4个位移传感器，保证结果精确可靠。
(3)本系统测量AGV底座位姿的方式只需要在标定时使用激光跟踪仪，之后仅通过相机和位移传感器便可以自动测量当前位姿，更加方便快捷。
附图说明
图1是应用本发明方法的系统的立体图；
图2是图1中的A局部放大图；
图3是本发明系统中的标定板示意图；
图4是本发明方法的流程图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
参见图1、图2，本发明基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法所应用的系统包括：AGV平台1、机翼骨架工装2、六个坐标定位器(坐标定位器31、坐标定位器32、坐标定位器33，还有三个图中未标出)、伸缩柱41、伸缩柱42、伸缩柱43、伸缩柱44、位移传感器51、位移传感器52、位移传感器53、位移传感器54、CCD相机61、CCD相机62以及4块标定板，标定板的结构如图3所示。标定板为正方形，且标定板是中心有一个大圆孔，标定的顶点处设有四个小圆孔，且四个小圆孔组成的方形的中心位于标定板的中心，方形的边长不同、中心重合且边长平行。
图4所示的本发明基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法流程图，该方法包括分为标定、位姿测量、路径规划、位姿调姿四个过程，具体包括：
S01，标定：根据AGV自动调姿系统中的工业CCD相机、标定板、位移传感器、激光跟踪仪以及伸缩柱，对AGV进行标定，得到相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
S01的具体步骤为：
S01-1，将四个标定板安装在工位底座基准面上，通过激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，调整四个标定板直至处于同一平面且法向沿着基准面法向；
S01-2，将AGV车驶入接驳位置，并将AGV固定于地面上的定位窝定位位置处；
S01-3，借助激光跟踪仪调整AGV底座姿态，直至接驳移动台能顺利于站位底座与AGV车之间转运；
S01-4，通过激光跟踪仪建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
S01-5，利用AGV坐标系与标定板坐标系的关系测得标定板中大圆孔中心在AGV坐标系下的坐标；
所述S01-4的具体步骤为：
S01-4-1，激光跟踪仪测量AGV车身上的ERS点，建立AGV坐标系Base；
S01-4-2，激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，建立标定板坐标系Plane；
S01-4-3，根据坐标系Base与坐标系Plane建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
为标定板坐标系在AGV坐标系下的位姿，具体表示为：
将标定板上的ERS点在AGV坐标系下的位置坐标与装配现场坐标系下的理论值进行基于SVD的最小二乘匹配计算，即可求得标定板坐标系Plane在AGV坐标系Base下的位姿，即
用方向余弦矩阵R3×3表示标定板坐标系在AGV坐标系下的姿态，位置用平移向量T3×1表示，则有：
设共有n(n>3)个非共面公共观测点，在实际工程中，并不是绝对相等的，存在如下关系：
式中，ε为3×1的误差矩阵，为使得ε最小构造目标函数：
利用矩阵奇异值分解法，即可求得旋转矩阵R3×3和平移向量T3×1,求得标定板坐标系和AGV坐标系的关系。
S01-6，驱动4个伸缩柱移动至与其对应的标定板相接触，记录此时的4个位移传感器在AGV坐标系下的读数；
S01-7，打开工业CCD相机，微调每个工业CCD相机的位姿，使标定板上的圆孔于相机图像中呈现的图像是圆形而不是椭圆形；
S01-8，标定工业CCD相机的内参kx和ky(mm/像素)；即CCD相机的像素与实际距离的对应关系；
具体过程为：
首先，获取标定板中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的实际距离；
然后，获取图像中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的像素距离；
最后，根据实际距离与像素距离计算得到工业CCD相机的内参kx和ky，单位为mm/像素：
其中，Δxi,Δyi分别表示标定板中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的实际距离；Δui,Δvi分别表示图像中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的像素距离。
S01-9，标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
S01-9的具体过程为：
首先，将工业CCD相机自动对焦，使相机坐标系Cemera建立于标定板上，提取所有标定板上圆孔中心在相机坐标系下的坐标；
然后，获得从工业CCD相机坐标系Cemera与标定板坐标系Plane之间的关系先将相机坐标系绕标定板的法向方向旋转一个角度α，得到中间坐标系，再将中间坐标系平移到标定板坐标系，平移向量为(ΔX，ΔY，ΔZ)，用变换矩阵来表示为：
其中，[cosα,sinα,0]T和[-sinα,cosα,0]T是标定板坐标系相对于相机坐标系在水平方向和竖直方向的方向向量；(ΔX，ΔY，ΔZ)是中间坐标系相对于标定板坐标系的原点偏移量，其中，△Z由图像平面(相机坐标系的XOY平面)到标定板坐标系的定义位置的距离决定，为0；
此步骤中，旋转角α的计算过程为：
tanα1＝(C2.y-C1.y)/(C2.x-C1.x)
tanα2＝(C4.y-C3.y)/(C4.x-C3.x)
α＝arctan((tanα1+tanα2)/2)
其中，C2.y表示小圆孔2的圆心的y向坐标，C1.y表示小圆孔1的圆心的y向坐标，C2.x表示小圆孔2的圆心的x向坐标，C1.x表示小圆孔1的圆心的x向坐标，C4.y表示小圆孔4的圆心的y向坐标，C3.y表示小圆孔3的圆心的y向坐标，C4.x表示小圆孔4的圆心的x向坐标，C3.x表示小圆孔3的圆心的x向坐标；
通过标定板上大圆孔中心在图像中心坐标系下的像素坐标(u，v)与其在标定板坐标系下的坐标(Xp，Yp)，求得相机坐标系在标定板坐标系中的偏移△X和△Y：
图像中心坐标系原点于图像中心，向右为x轴，向上为y轴。
最后，根据与得到标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系即手眼关系：
通过步骤(1)的过程，准确地获得了工业CCD相机的内参kx和ky、相机坐标系与AGV坐标系之间的关系以后在AGV实际接泊使用时无需再次标定，根据测量系统即可计算得到每次接泊时相对目标位姿的初始位姿。
S02，位姿测量：利用关系获得标定板上两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前坐标，根据四个位移传感器与两个大圆孔中心的当前位姿与目标位姿计算得到变换矩阵，进而获得AGV的当前位姿；
S02的具体步骤为：
将AGV的目标位姿变换到当前位姿所用的变换矩阵是由一个3×1旋转矩阵和一个平移矩阵组成，位姿变换公式为：
其中，[xg,yg,zg,1]T为AGV的目标位姿，[xc,yc,zc,1]T为AGV的当前位姿；
S02-1，选取4个位移传感器端点与2个大圆孔中心作为用于计算变换矩阵的6个监测点；
S02-2，通过激光跟踪仪测量得到6个监测点在AGV坐标系下的目标位姿，其中，4个位移传感器端点在AGV坐标系下的目标位姿为：
[xg1,yg1,zg1]T
[xg2,yg2,zg2]T
[xg3,yg3,zg3]T
[xg4,yg4,zg4]T
2个大圆孔中心在AGV坐标系下的目标位姿由S01-5中获得：
[xg5,yg5,zg5]T
[xg6,yg6,zg6]T
S02-3，利用激光跟踪仪测量4个位移传感器端点在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc1,yc1,zc1]T
[xc2,yc2,zc2]T
[xc3,yc3,zc3]T
[xc4,yc4,zc4]T
S02-4，利用工业CCD相机获得标定板上两个大圆孔中心的坐标，然后根据已获得的得到手眼关系计算得到两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc5,yc5,zg5]T
[xc6,yc6,zc6]T
S02-5，将6个检测点的当前位姿与目标位姿带入到位姿变换公式中，利用最小二乘法求解得到变换矩阵，变换矩阵转化为由目标姿态到当前姿态的旋转角θ,β,γ和平移tx,ty,tz组成，其中：
θ＝αtan2(r21/cβ,r11/cβ)
γ＝αtan2(r32/cβ,r33/cβ)
S02-6，利用变换矩阵，根据AGV的目标位姿，计算得到AGV的当前位姿。
S03，路径规划：根据AGV的当前位姿、AGV的目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标规划调姿路径；
将路径规划为先平动后转动，并划分为n次进行调姿，则每次调姿的定位器目标坐标可以计算得到。进行路径规划，使得调姿运动可以同步平稳的运行。
定位器目标坐标的获取过程为：
调姿运动是由若干次微调组成的，事先规定每次微调的最大平动位移length和最小转角angle。
在平动时，每次微调的定位器目标坐标由微调之前的定位器当前坐标乘以坐标变换矩阵得到。所述的坐标变换矩阵为样式，其中的T3x1和R3x3由length和angle组成。驱动定位器运动到该目标坐标即可。
S04，位姿调整：根据规划得到的调姿路径对AGV进行调姿：
同步协调运动6个定位器至目标位置，然后再次检测当前AGV的位姿误差，如果不满足要求，继续重复上述调姿过程，直至位姿误差在误差允许范围内，调姿结束。
实施例
位姿测量系统标定试验：
(1)事先完成所有标定所需要的工作。
(2)根据上述具体实施方式中所述的标定步骤完成标定工作，并记录相关数据。
(3)根据标定结果计算AGV在不同位姿时所有标定板大圆孔中心在AGV坐标系下的坐标，和通过激光跟踪仪测得的数据进行对比。
表1测量系统精度
表1是AGV在不同姿态下，标定板大圆孔中心在AGV坐标系下的坐标值，分别是由测量系统测得数值和由激光跟踪仪测得的数值。L和左侧相机对应的标定板，R代表和右侧相机对应的标定板。其中序号5是自动化测量的，序号1-4是人工测量的，通过拾取待测大圆孔周围3个点而拟合出一个圆。在表格中我们可以看出，使用自动化测量方法更加精确稳定。而且，无论采用哪种测量方式，误差距离都在0.3mm以下，因此上述标定方法是合理的。
自动转载试验：
整个转载试验如下所述：
(1)驱动AGV入位并固定，使AGV底座复位。
(2)按照具体实施方案所述，测量当前位姿。和目标位姿作对比，进行路径规划，获取AGV底座6个定位器的调姿运动路径。
(3)重复多次位姿测量-位姿调姿，使当前位姿在目标位姿的约定误差范围内。将机翼壁板骨架从站位骨架底座转移到AGV底座上。
表2距离和位置误差
基于测量点的位置误差，可以计算得到AGV底座的位姿偏差，经计算如表3所示。可以很清楚的看到，在两次调姿试验后，位姿偏差基本消除，当前位姿和目标位姿基本接近，机翼骨架可以平稳地从站位底座转运到AGV底座上。并且整个过程持续时间在几分钟之内，系统满足要求。
表3调姿过程中的位姿偏差
| 位姿参数 | X(mm) | Y(mm) | Z(mm) | A(°) | B(°) | C(°) |
| 初始位姿 | -4.475 | 1.006 | -5.53 | 0.1194 | 0.1239 | 0.1193 |
| 目标位姿 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 第一次调姿 | -0.554 | -0.017 | 0.544 | 0.0006 | -0.0048 | 0.0009 |
| 第二次调姿 | -0.008 | 0.004 | 0.001 | 0.0001 | -0.0002 | 0.0001 |
| 第三次调姿 | 0.002 | -0.002 | -0.003 | 0 | 0.0002 | 0 |
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，包括以下步骤：
(1)根据AGV自动调姿系统中的工业CCD相机、标定板、位移传感器、激光跟踪仪以及伸缩柱，对AGV进行标定，得到相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
(2)利用关系获得标定板上两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前坐标，根据四个位移传感器与两个大圆孔中心的当前位姿与目标位姿计算得到变换矩阵，进而获得AGV的当前位姿；
(3)根据AGV的当前位姿、AGV的目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标规划调姿路径；
(4)根据规划得到的调姿路径对AGV进行调姿。
2.如权利要求1所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述的步骤(1)的具体步骤为：
(1-1)将四个标板安装在工位底座基准面上，通过激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，调整四个标定板直至处于同一平面且法向沿着基准面法向；
(1-2)将AGV车驶入接驳位置，并将AGV固定于地面上的定位窝定位位置处；
(1-3)借助激光跟踪仪调整AGV底座姿态，直至接驳移动台能顺利于站位底座与AGV车之间转运；
(1-4)通过激光跟踪仪建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
(1-5)利用AGV坐标系与标定板坐标系的关系测得标定板中大圆孔中心在AGV坐标系下的坐标；
(1-6)驱动4个伸缩柱移动至与其对应的标定板相接触，记录此时的4个位移传感器在AGV坐标系下的读数；
(1-7)打开工业CCD相机，微调每个工业CCD相机的位姿，使标定板上的圆孔于相机图像中呈现的图像是圆形而不是椭圆形；
(1-8)标定工业CCD相机的内参kx和ky(mm/像素)；即CCD相机的像素与实际距离的对应关系；
(1-9)标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
3.如权利要求2所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述步骤(1-4)的具体步骤为：
(1-4-1)激光跟踪仪测量AGV车身上的ERS点，建立AGV坐标系Base；
(1-4-2)激光跟踪仪测量标定板上的ERS点，建立标定板坐标系Plane；
(1-4-3)根据坐标系Base与坐标系Plane建立AGV坐标系与标定板坐标系的关系
所述的为标定板坐标系在AGV坐标系下的位姿，具体表示为：
<mrow>
<mmultiscripts>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>P</mi>
<mi>l</mi>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>B</mi>
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</mrow>
</mmultiscripts>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
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<mrow>
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<mn>3</mn>
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<mrow>
<mn>3</mn>
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<mn>1</mn>
</mrow>
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</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
将标定板上的ERS点在AGV坐标系下的位置坐标与装配现场坐标系下的理论值进行基于SVD的最小二乘匹配计算，即可求得标定板坐标系Plane在AGV坐标系Base下的位姿，即
4.如权利要求3所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，用方向余弦矩阵R3×3表示标定板坐标系在AGV坐标系下的姿态，位置用平移向量T3×1表示，则有：
<mrow>
<msubsup>
<mi>P</mi>
<mi>T</mi>
<mi>i</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
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<mn>3</mn>
</mrow>
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<mi>P</mi>
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<mo>+</mo>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mi>x</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
设共有n(n>3)个非共面公共观测点，在实际工程中，并不是绝对相等的，存在如下关系：
<mrow>
<mi>&epsiv;</mi>
<mo>=</mo>
<mo>|</mo>
<mo>|</mo>
<msubsup>
<mi>P</mi>
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<mn>3</mn>
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<mi>P</mi>
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<mrow>
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</mrow>
</msub>
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</mrow>
<mo>|</mo>
<mo>|</mo>
</mrow>
式中，ε为3×1的误差矩阵，为使得ε最小构造目标函数：
<mrow>
<msup>
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</msup>
<mo>=</mo>
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<mrow>
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<mn>1</mn>
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<mi>n</mi>
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<mn>3</mn>
</mrow>
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<mi>P</mi>
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</msubsup>
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<mrow>
<mn>3</mn>
<mo>&times;</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>|</mo>
<msup>
<mo>|</mo>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
利用矩阵奇异值分解法，求得旋转矩阵R3×3和平移向量T3×1,得到标定板坐标系和AGV坐标系的关系。
5.如权利要求2所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述的步骤(1-8)的具体过程为：
首先，获取标定板中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的实际距离；
然后，获取图像中同一水平线或同一竖直线上的两个圆孔的圆心之间的像素距离；
最后，根据实际距离与像素距离计算得到工业CCD相机的内参kx和ky，单位为mm/像素：
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>x</mi>
<mi>i</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mrow>
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<mrow>
<msub>
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<mfrac>
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<mi>x</mi>
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<mo>+</mo>
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<mi>k</mi>
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<mi>x</mi>
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</mrow>
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</mrow>
<mn>2</mn>
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<mo>,</mo>
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<mi>y</mi>
<mn>1</mn>
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</msub>
<mo>+</mo>
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<mi>k</mi>
<mrow>
<mi>y</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mn>2</mn>
</mfrac>
</mrow>
其中，Δxi,Δyi分别表示标定板中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的实际距离；Δui,Δvi分别表示图像中水平方向和竖直方向上第i组相邻的两个圆孔的圆心之间的像素距离。
6.如权利要求2所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述的步骤(1-9)的具体过程为：
首先，将工业CCD相机自动对焦，使相机坐标系Cemera建立于标定板上，提取所有标定板上圆孔中心在相机坐标系下的坐标；
然后，获得从工业CCD相机坐标系Cemera与标定板坐标系Plane之间的关系先将相机坐标系绕标定板的法向方向旋转一个角度α，得到中间坐标系，再将中间坐标系平移到标定板坐标系，平移向量为(ΔX，ΔY，ΔZ)，用变换矩阵来表示为：
<mrow>
<mmultiscripts>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
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<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
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<mrow>
<mi>P</mi>
<mi>l</mi>
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</mrow>
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<mfenced open = "[" close = "]">
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</mtd>
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</mrow>
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<mtd>
<mn>0</mn>
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<mrow>
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</mrow>
</mtd>
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<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
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<mi>Z</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中，[cosα,sinα,0]T和[-sinα,cosα,0]T是标定板坐标系相对于相机坐标系在水平方向和竖直方向的方向向量；(ΔX，ΔY，ΔZ)是中间坐标系相对于标定板坐标系的原点偏移量，其中，△Z由图像平面(相机坐标系的XOY平面)到标定板坐标系的定义位置的距离决定，为0；
此步骤中，旋转角α的计算过程为：
tanα1＝(C2.y-C1.y)/(C2.x-C1.x)
tanα2＝(C4.y-C3.y)/(C4.x-C3.x)
α＝arctan((tanα1+tanα2)/2)
其中，C2.y表示小圆孔2的圆心的y向坐标，C1.y表示小圆孔1的圆心的y向坐标，C2.x表示小圆孔2的圆心的x向坐标，C1.x表示小圆孔1的圆心的x向坐标，C4.y表示小圆孔4的圆心的y向坐标，C3.y表示小圆孔3的圆心的y向坐标，C4.x表示小圆孔4的圆心的x向坐标，C3.x表示小圆孔3的圆心的x向坐标；
通过标定板上大圆孔中心在图像中心坐标系下的像素坐标(u，v)与其在标定板坐标系下的坐标(Xp，Yp)，求得相机坐标系在标定板坐标系中的偏移△X和△Y：
<mrow>
<mfenced open = "(" close = ")">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>X</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>Y</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "(" close = ")">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>X</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>Y</mi>
<mi>p</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mfenced open = "(" close = ")">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
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</mrow>
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</mrow>
</mtd>
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<mtd>
<mrow>
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</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mi>c</mi>
<mi>o</mi>
<mi>s</mi>
<mi>&alpha;</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mfenced open = "(" close = ")">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
<mi>u</mi>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>k</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
<mi>v</mi>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
图像中心坐标系原点于图像中心，向右为x轴，向上为y轴。
最后，根据与得到标定相机坐标系与AGV坐标系之间的关系
<mrow>
<mmultiscripts>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>a</mi>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mrow>
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<mo>=</mo>
<mmultiscripts>
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<mrow>
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<mi>l</mi>
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<mrow>
<mi>B</mi>
<mi>a</mi>
<mi>s</mi>
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</mrow>
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<mmultiscripts>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mi>C</mi>
<mi>a</mi>
<mi>m</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
<mrow>
<mi>P</mi>
<mi>l</mi>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
<mi>e</mi>
</mrow>
</mmultiscripts>
<mo>.</mo>
</mrow>
7.如权利要求1所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体步骤为：
将AGV的目标位姿变换到当前位姿所用的变换矩阵是由一个3×1旋转矩阵和一个平移矩阵组成，位姿变换公式为：
<mrow>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>y</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>z</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>11</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>12</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>13</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>x</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>21</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>22</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>23</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>y</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>31</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>32</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>33</mn>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>t</mi>
<mi>z</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
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<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
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<mfenced open = "[" close = "]">
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<mtr>
<mtd>
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<mi>x</mi>
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</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>y</mi>
<mi>c</mi>
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</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>z</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "(" close = ")">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>R</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mo>&times;</mo>
<mn>3</mn>
</mrow>
</msub>
</mtd>
<mtd>
<msub>
<mi>T</mi>
<mrow>
<mn>3</mn>
<mo>&times;</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mfenced open = "[" close = "]">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>x</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>y</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<msub>
<mi>z</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>1</mn>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
</mrow>
其中，[xg,yg,zg,1]T为AGV的目标位姿，[xc,yc,zc,1]T为AGV的当前位姿；
(2-1)选取4个位移传感器端点与2个大圆孔中心作为用于计算变换矩阵的6个监测点；
(2-2)通过激光跟踪仪测量得到6个监测点在AGV坐标系下的目标位姿，其中，4个位移传感器端点在AGV坐标系下的目标位姿为：
[xg1,yg1,zg1]T
[xg2,yg2,zg2]T
[xg3,yg3,zg3]T
[xg4,yg4,zg4]T
2个大圆孔中心在AGV坐标系下的目标位姿为：
[xg5,yg5,zg5]T
[xg6,yg6,zg6]T
(2-3)利用激光跟踪仪测量4个位移传感器端点在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc1,yc1,zc1]T
[xc2,yc2,zc2]T
[xc3,yc3,zc3]T
[xc4,yc4,zc4]T
(2-4)利用工业CCD相机获得标定板上两个大圆孔中心的坐标，然后根据已获得的得到手眼关系计算得到两个大圆孔中心在AGV坐标系下的当前位姿为：
[xc5,yc5,zg5]T
[xc6,yc6,zc6]T
(2-5)将6个检测点的当前位姿与目标位姿带入到位姿变换公式中，利用最小二乘法求解得到变换矩阵，变换矩阵转化为由目标姿态到当前姿态的旋转角θ,β,γ和平移tx,ty,tz组成，其中：
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mo>=</mo>
<mi>&alpha;</mi>
<mi>t</mi>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
<mn>2</mn>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>31</mn>
</msub>
<mo>,</mo>
<msqrt>
<mrow>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>11</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>+</mo>
<msubsup>
<mi>r</mi>
<mn>21</mn>
<mn>2</mn>
</msubsup>
</mrow>
</msqrt>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
θ＝αtan2(r21/cβ,r11/cβ)
γ＝αtan2(r32/cβ,r33/cβ)
(2-6)利用变换矩阵，根据AGV的目标位姿，计算得到AGV的当前位姿。
8.如权利要求1所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤为：
根据步骤(2)计算得到的AGV的当前位姿、目标位姿以及6个支撑定位器在AGV坐标系下的当前坐标值，将路径规划为先平动后转动，并划分为n次进行调姿，则每次调姿的定位器目标坐标计算得到。
9.如权利要求1所述的基于视觉测量及标定的AGV自动调姿定位方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤为：
根据规划的路径对AGV进行调姿：同步协调运动6个定位器至目标位置，然后再次检测当前AGV的位姿误差，如果不满足要求，继续重复上述调姿过程，直至位姿误差在误差允许范围内，调姿结束。
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|---|---|---|---|
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