CN110815216A - 一种图像采集机器人的参数校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种图像采集机器人的参数校准方法，包括如下步骤：在机器人运动平台上配合机器人的图像采集装置视角来设置图像校准板；给机器人预设一个或多个行走序列，并在机器人运动平台上按照行走序列动作，机器人采集到图像校准板上的图像信息；依据图像信息和行走序列的运动信息对图像采集装置的参数经进行计算，并对计算结果进行校验，参数校准装置包括机器人运动平台和图像校准装置，分别用于给机器人提供平稳运动的平面，以及为机器人提供图像信息，图像校准装置的图像面朝向机器人运动平台以供机器人采集图像信息；本方案省去了对校准台机械精度的额外要求，有很强的适应性和鲁棒性，容易复制和扩展。

Description

一种图像采集机器人的参数校准方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及机器人图像校准技术领域，具体涉及一种图像采集机器人的参数校准方法及装置。

背景技术

客观世界中三维物体经由传感器(如摄像机)转变为二维的平面图像，再经图像处理，输出该物体的图像。通常机器人判断物体位置和形状需要两类信息，即距离信息和明暗信息。当然作为物体视觉信息来说，还有色彩信息，但它对物体的位置和形状识别不如前两类信息重要。机器人视觉系统对光线的依赖性很大，往往需要好的照明条件，以便使物体所形成的图像最为清晰，检测信息增强，克服阴影、低反差、镜反射等问题。

机器人对其图像获取装置校准工作的目的是：

1、校正机器人的机械参数，从而得到从机器人内部传感器、电机等读数转化到机器人位置的精确转换关系；

2、计算出图像获取装置的参数，从而得到环境中点的世界坐标和采集到的图像中对应的点的图像坐标的精确转换关系。

机器人校准工作一方面是得到机器人的高精度位置，为机器人运动和路径规划提供帮助；另一方面是使用图像获取装置实时采集图像，感知机器人周围环境，为机器人的感知和实时定位提供帮助。

但是现有的机器人校准工作一般通过多次采集棋盘格图像，对图像分析校正机器人的传动和采集参数，但是校准工作在实施过程中还存在如下缺陷：

(1)需要校准的参数众多，校准流程复杂，需要采集的数据复杂，目前技术难以实现一次性、高效校准；

(2)无法保证棋盘格表面的平整性，影响图像获取的准确性，降低参数校准精度。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种图像采集机器人的参数校准方法及装置，通过将演示图纸的上下两端均固定，并且在对演示图纸上端固定的同时，对图纸表面进行推平，同时利用自动化参数校准和模块功能检查装置进行机器人校准工作，以解决现有技术中的问题。

为了实现上述目的，本发明一方面提供如下技术方案：一种图像采集机器人的参数校准方法，包括如下步骤：

步骤100、在机器人运动平台上配合机器人的图像采集装置视角来设置图像校准板；

步骤200、给机器人预设一个或多个行走序列，并在所述机器人运动平台上按照所述行走序列动作，机器人采集到所述图像校准板上的图像信息；

步骤300、依据所述图像信息和所述行走序列的运动信息对所述图像采集装置的参数经进行计算，并对计算结果进行校验。

进一步地，所述图像校准板包括亚克力板和编码棋盘格，所述编码棋盘格固定在所述亚克力板的表面，并且所述编码棋盘格的图像面朝向所述机器人运动平台。

进一步地，所述图像校准板包括设置在所述机器人运动平台上用于校准所述图像采集装置光学内参的内参校准板，以及用于校准所述图像采集装置光学外参的外参校准板，机器人按照所述行走序列依次完成对所述内参校准板和所述外参校准板的图像采集。

进一步地，所述行走序列包括配合采集所述内参校准板上内参图像信息的内参行走序列，以及配合采集外参校准板上外参图像信息的外参行走序列；

机器人依据所述内参行走序列采集所述内参图像信息，当机器人采集满足预设数量的内参图像信息后，再依据所述外参行走序列采集所述外参图信息，并计算内参结果；

当机器人采集满足预设数量的外参图像信息后，停止工作，并计算外参结果。

本发明另一方面提供如下技术方案：一种图像采集机器人的参数校准装置，包括：

机器人运动平台，用于给机器人提供平稳运动的平面；

图像校准装置，设置在所述机器人运动平台上，所述图像校准装置为机器人提供图像信息，所述图像校准装置的图像面朝向所述机器人运动平台以供机器人采集图像信息。

进一步地，所述图像校准装置包括外参校准板和内参校准板，在所述外参校准板和内参校准板上均通过设置编码棋盘格来提供图像信息，所述外参校准板倾斜设置在所述机器人运动平台上，所述内参校准板倾斜设置在所述机器人运动平台的侧边。

进一步地，所述外参校准板通过立体支架设置在所述机器人运动平台上；所述立体支架包括四根设置在所述机器人运动平台上的伸缩杆，每一根所述伸缩杆分别与所述外参校准板的一个角固定连接。

进一步地，所述内参校准板通过万向支撑臂夹持在所述机器人运动平台的侧边，且所述内参校准板位于所述机器人运动平台内侧。

进一步地，所述内参校准板的两侧边缘安装有用于导向棋盘格图纸移位的走缝槽板，两个所述走缝槽板的下端均设有条形挡块，所述条形挡块的下端铰接有阻尼转动杆，所述阻尼转动杆的外表面固定套设有定位摩擦块；

所述内参校准板的两侧板设有内凹孔槽，所述内凹孔槽内安装有收线转动手柄，所述收线转动手柄上缠绕有收放线圈，所述内参校准板上设有穿线孔，所述收放线圈的拉线通过穿线孔对应固定在定位摩擦块的上端夹角处。

进一步地，所述走缝槽板的内侧设有图纸穿缝，所述走缝槽板在图纸穿缝的外侧设有贯穿限位孔，两个所述贯穿限位孔之间设有平整滑杆，所述平整滑杆表面设有两块关于平整滑杆中心轴线对称分布的整理推片。

本发明实施例具有如下优点：

(1)本发明的校准装置除每个棋盘格各自的精度以及行走平面的平整度外，其他部分并不需要额外的精密调整步骤来保证精度，机器人校准的精度仅与棋盘格精度，行走平面平整度，行走序列和算法有关，省去了对校准台机械精度的额外要求；

(2)本发明提供一种工艺简单、使用方便的带图像获取装置的机器人的自动化参数校准和模块功能检查装置，结构简单，使用方便，生产效率高效，生产成本低廉，可以满足机器人自动化行走、参数计算要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的参数校准方法的流程示意图；

图2为本发明提供的校准装置整体结构示意图；

图3为本发明提供的内参校准板正视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的内参校准板侧视结构示意图；

图中：

1-机器人运动平台；2-图像校准装置；3-立体支架；4-万向支撑臂；5-走缝槽板；6-条形挡块；7-阻尼转动杆；8-定位摩擦块；9-内凹孔槽；10-收线转动手柄；11-收放线圈；12-穿线孔；13-图纸穿缝；14-贯穿限位孔；15-平整滑杆；16-整理推片；

201-外参校准板；202-内参校准板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种图像采集机器人的参数校准方法，本实施方式将机器人的内参校准与外参校准通过组合的方式在同一个校准机构中完成，并且将机器人外形特征与运动方式的配合，满足全自动的全参数一次性校准。

具体包括如下步骤：

步骤100、在机器人运动平台上配合机器人的图像采集装置视角来设置图像校准板。

图像校准板包括用于校准所述图像采集装置光学内参的内参校准板，以及用于校准所述图像采集装置光学外参的外参校准板，其中内参校准板和外参校准板均设置在所述机器人运动平台上。

内参校准板和外参校准板均包括亚克力板和编码棋盘格，所述编码棋盘格固定在所述亚克力板的表面，并且所述编码棋盘格的图像面朝向所述机器人运动平台。

其中内参是与摄像头自身特性相关的参数，比如焦距、像素大小等，外参是摄像头在世界坐标系中的参数，比如器位置、旋转方向等。

机器人的图像采集装置通过多次拍摄内参校准板上的编码棋盘格，通过编码棋盘格的图像区别校准机器人的内参，通过多次拍摄外参校准板上的编码棋盘格，通过编码棋盘格的图像校准机器人的外参。

步骤200、给机器人预设一个或多个行走序列，并在所述机器人运动平台上按照所述行走序列动作，机器人采集到所述图像校准板上的图像信息。

也就是说，机器人按照所述行走序列依次完成对所述内参校准板和所述外参校准板的图像采集。

因此在同一个校准机构中，可以容纳多台机器人共同校准，前提是多台机器人在校准装置中沿自己的路径运动时能保证不会产生物理碰撞。

校准装置除每个棋盘格各自的精度以及行走平面的平整度外，其他部分并不需要额外的精密调整步骤来保证精度，机器人校准的精度仅与棋盘格精度，行走平面平整度，行走序列和算法有关，省去了对校准台机械精度的额外要求，有很强的适应性和鲁棒性，容易复制和扩展。

步骤300、依据所述图像信息和所述行走序列的运动信息对所述图像采集装置的参数经进行计算，并对计算结果进行校验。

所述行走序列包括配合采集所述内参校准板上内参图像信息的内参行走序列，以及配合采集外参校准板上外参图像信息的外参行走序列；

机器人依据所述内参行走序列采集所述内参图像信息，当机器人采集满足预设数量的内参图像信息后，再依据所述外参行走序列采集所述外参图信息，并计算内参结果；

当机器人采集满足预设数量的外参图像信息后，停止工作，并计算外参结果。

整个校准流程从开始到数据收集，再到计算和验证为全自动流程，中间无需人为参与，最大程度上保证量产效率。

全局优化算法内置在机器人的软件中，算法与机器人的运动相结合，实施通信，同步记录运动过程中的机械读数与视觉设备采集到的图像，以实现校准数据采集的有效性。

校准程序在校准的过程中也同时完成对参数的校验，可以在第一时间发现问题参数，排除不良。

实施例2

如图2示，为了与上述校准方法对应，本发明还提供了一种图像采集机器人的参数校准装置，包括：

机器人运动平台1，用于给机器人提供平稳运动的平面。

图像校准装置2，设置在所述机器人运动平台上，所述图像校准装置为机器人提供图像信息，所述图像校准装置的图像面朝向所述机器人运动平台以供机器人采集图像信息。

所述图像校准装置2包括外参校准板201和内参校准板202，在所述外参校准板201和内参校准板202上均通过设置编码棋盘格来提供图像信息，所述外参校准板201倾斜设置在所述机器人运动平台1上，所述内参校准板202倾斜设置在所述机器人运动平台1的侧边。

所述外参校准板201通过立体支架3设置在所述机器人运动平台1上；所述立体支架3包括四根设置在所述机器人运动平台1上的伸缩杆，每一根所述伸缩杆分别与所述外参校准板201的一个角固定连接。

外参校准板201和外参校准板201均可以调整角度，因此通过调整外参校准板201或者外参校准板201的拍摄角度，即可进行大量的实验来验证内参和外参的准确性，所述内参校准板202通过万向支撑臂4夹持在所述机器人运动平台1的侧边，且所述内参校准板202位于所述机器人运动平台1内侧。

校准装置中固定板的摆放角度与机器人视觉模组的视野方向之间有足够的配合，能够让机器人顺利采集到不同角度的固定板图案。

由于机器人的图像获取装置和机器人装配过程的差异，必须要让机器人一系列的运动后，根据特定的参照物，对图像获取装置的参数进行校正，计算其差异化数据，而后机器人根据这组参数数据，就能计算实时获取图像中相应的特征元素的具体位置，从而实现对机器人的图像获取装置和机器人自身的移动装置匹配，提高机器人行走参数的准确性。

在获取棋盘格图纸的图像时，务必保证棋盘格图纸的表面平整，因此本实施方式在内参校准板202上增加抚平棋盘格图纸的结构，具体为：

如图3和图4所示，在内参校准板202的两侧边缘安装有用于导向棋盘格图纸移位的走缝槽板5，所述走缝槽板5的内侧设有图纸穿缝13，两个所述走缝槽板5的下端均设有条形挡块6，所述条形挡块6的下端铰接有阻尼转动杆7阻尼转动杆7，所述阻尼转动杆7阻尼转动杆7的外表面固定套设有定位摩擦块8定位摩擦块8。

内参校准板202的两侧板设有内凹孔槽9，所述内凹孔槽9内安装有收线转动手柄10，所述收线转动手柄10上缠绕有收放线圈11，所述内参校准板202上设有穿线孔12，所述收放线圈11的拉线通过穿线孔12对应固定在定位摩擦块8定位摩擦块8的上夹角处。

在摆放棋盘格图纸时，首先将棋盘格图纸安插在走缝槽板5的图纸穿缝13内，沿着图纸穿缝13下移，直至棋盘格图纸的下端抵住条形挡块6，此时旋转收线转动手柄10，将收放线圈11收紧，定位摩擦块8定位摩擦块8绕阻尼转动杆7阻尼转动杆7旋转，定位摩擦块8定位摩擦块8将挤压住棋盘格图纸的下端，防止万向支撑臂调整角度时，棋盘格图纸在走缝槽板5内移动，从而保证棋盘格图纸在内参校准板202上的定位效果。

当需要更换棋盘格图纸时，只需要反向旋转收线转动手柄10，将收放线圈11松开，定位摩擦块8定位摩擦块8受自身的重力作用，将绕这阻尼转动杆7阻尼转动杆7反向旋转，从而释放定位摩擦块8定位摩擦块8对棋盘格图纸的挤压作用，方便将棋盘格图纸取出更换。

定位摩擦块8定位摩擦块8只是对棋盘格图纸的下端进行固定，为了将棋盘格图纸的表面推平整，本实施方式的走缝槽板5在图纸穿缝13的外侧设有贯穿限位孔14，贯穿限位孔14的上端弯向与图纸穿缝13重合，两个所述贯穿限位孔14之间设有平整滑杆15，所述平整滑杆15表面设有两块关于平整滑杆15中心轴线对称分布的整理推片16。

也就是说，棋盘格图纸的下端通过定位摩擦块8定位摩擦块8固定后，平整滑杆15微转，通过其表面的整理推片16推平棋盘格图纸表面。

当平整滑杆15沿着贯穿限位孔14的上端弯向与图纸穿缝13重合时，平整滑杆15可将棋盘格图纸的上端固定，配合棋盘格图纸下端的条形挡块6将棋盘格图纸的下端固定，实现对棋盘格图纸的上下端固定，并且棋盘格图纸的表面推平，可保证棋盘格图纸在校正使用时保持平整性，提高图像采集校准的稳定性和精确性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种图像采集机器人的参数校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、在机器人运动平台上配合机器人的图像采集装置视角来设置图像校准板；

步骤200、给机器人预设一个或多个行走序列，并在所述机器人运动平台上按照所述行走序列动作，机器人采集到所述图像校准板上的图像信息；

步骤300、依据所述图像信息和所述行走序列的运动信息对所述图像采集装置的参数经进行计算，并对计算结果进行校验。

2.根据权利要求1所述的一种图像采集机器人的参数校准方法，其特征在于，所述图像校准板包括亚克力板和编码棋盘格，所述编码棋盘格固定在所述亚克力板的表面，并且所述编码棋盘格的图像面朝向所述机器人运动平台。

3.根据权利要求1所述的一种图像采集机器人的参数校准方法，其特征在于，所述图像校准板包括设置在所述机器人运动平台上用于校准所述图像采集装置光学内参的内参校准板，以及用于校准所述图像采集装置光学外参的外参校准板，机器人按照所述行走序列依次完成对所述内参校准板和所述外参校准板的图像采集。

4.根据权利要求3所述的一种图像采集机器人的参数校准方法，其特征在于，

所述行走序列包括配合采集所述内参校准板上内参图像信息的内参行走序列，以及配合采集外参校准板上外参图像信息的外参行走序列；

机器人依据所述内参行走序列采集所述内参图像信息，当机器人采集满足预设数量的内参图像信息后，再依据所述外参行走序列采集所述外参图信息，并计算内参结果；

当机器人采集满足预设数量的外参图像信息后，停止工作，并计算外参结果。

5.一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于，包括：

机器人运动平台(1)，用于给机器人提供平稳运动的平面；

图像校准装置(2)，设置在所述机器人运动平台上，所述图像校准装置为机器人提供图像信息，所述图像校准装置的图像面朝向所述机器人运动平台以供机器人采集图像信息。

6.根据权利要求5所述的一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于，所述图像校准装置(2)包括外参校准板(201)和内参校准板(202)，在所述外参校准板(201)和内参校准板(202)上均通过设置编码棋盘格来提供图像信息，所述外参校准板(201)倾斜设置在所述机器人运动平台(1)上，所述内参校准板(202)倾斜设置在所述机器人运动平台(1)的侧边。

7.根据权利要求6所述的一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于，所述外参校准板(201)通过立体支架(3)设置在所述机器人运动平台(1)上；所述立体支架(3)包括四根设置在所述机器人运动平台(1)上的伸缩杆，每一根所述伸缩杆分别与所述外参校准板(201)的一个角固定连接。

8.根据权利要求6所述的一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于，所述内参校准板(202)通过万向支撑臂(4)夹持在所述机器人运动平台(1)的侧边，且所述内参校准板(202)位于所述机器人运动平台(1)内侧。

9.根据权利要求6所述的一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于，所述内参校准板(202)的两侧边缘安装有用于导向棋盘格图纸移位的走缝槽板(5)，两个所述走缝槽板(5)的下端均设有条形挡块(6)，所述条形挡块(6)的下端铰接有阻尼转动杆(7)，所述阻尼转动杆(7)的两端固定套设有安装在内参校准板(202)上的定位摩擦块(8)；

所述内参校准板(202)的两侧板设有内凹孔槽(9)，所述内凹孔槽(9)内安装有收线转动手柄(10)，所述收线转动手柄(10)上缠绕有收放线圈(11)，所述内参校准板(202)上设有穿线孔(12)，所述收放线圈(11)的拉线通过穿线孔(12)对应固定在定位摩擦块(8)的上端夹角处。

10.根据权利要求书9所述的一种图像采集机器人的参数校准装置，其特征在于：所述走缝槽板(5)的内侧设有图纸穿缝(13)，所述走缝槽板(5)在图纸穿缝(13)的外侧设有贯穿限位孔(14)，两个所述贯穿限位孔(14)之间设有平整滑杆(15)，所述平整滑杆(15)表面设有两块关于平整滑杆(15)中心轴线对称分布的整理推片(16)。

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