CN208060066U - 一种基于视觉传感器的三维测力平台 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种测力平台。包括主体框架，主体框架包括保证相机与主体框架相对位置的相机固定机构以及控制机器人在主体框架初始位置的测力调整系统，通过调整机器人的初始位置使二维码在相机的光心与焦点连线所在的直线上；支撑机构，主体框架与支撑机构连接，支撑机构包括动力输入部分、自适应调整部分与基座，自适应调整部分包括粗定位与精定位，粗定位部分保证主体框架与地面大致呈90度，精定位部分通过调整传动机构保证主体框架与地面夹角的误差在0.015度范围内。该平台适用于三维空间力信号的测定，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本专利涉及一种基于视觉传感器的三维测力平台。
背景技术
增强现实(Augmented Reality)是真实环境的实时视图，其中，真实环境的元素被计算机生成的图像增强。因此该技术可提高当前人们对现实世界的感受。增强通常指有环境元素的实时性和语义上下文。受益于先进的AR技术，用户周围的环境信息可变的互动并可通过数字化方式进行操控。二维码要具备旋转不对称性，具备方向的二维码可以区分四个角点以及二维码所在坐标系的方向。同时在二维码识别的过程中要具备一定的容错能力，在场景中能够不受外界干扰准确的辨识出图像中的二维码路标及其ID。
目前的三维测力平台需进行三个方向的力标定，机械结构复杂，通用性差。本实用新型利用增强现实技术，采用视觉传感器采集二维码的信息，通过解算获得位姿信息可简化机械结构恰好弥补了此缺陷，通用性强，能在空气和液体介质中使用。并且具有模块化设计及柔性化设计，使用方便、成本降低。
实用新型内容
本专利创新性的将增强现实技术与传统的测力计融合，利用简单但却容易识别的二维码作为被识别标记。
基于此，本专利提供了一种基于视觉传感器的三维测力平台。该专利简化了机械结构，并采用模块化和柔性化设计，能降低成本，增强使用的通用性和便捷性。为实现本专利之目的，采用以下技术方案予以实现：一种基于视觉传感器的三维测力平台，包括主体框架，主体框架包括保证相机与主体框架相对位置的相机固定机构以及控制机器人在主体框架初始位置的测力调整系统，通过调整机器人的初始位置使二维码在相机的光心与焦点连线所在的直线上；支撑机构，主体框架与支撑机构连接，支撑机构包括动力输入部分、自适应调整部分与基座，自适应调整部分包括粗定位与精定位，粗定位部分保证主体框架与地面大致呈90 度，精定位部分通过调整传动机构保证主体框架与地面夹角的误差在0.015度范围内。
在其中一个实施例中，所述主体框架包括控制机器人在主体框架初始位置的调整系统，所述调整系统通过提升固连于机器人上的连接绳，控制机器人的在框架中的高低，防止检测时因机器人抖动失去信息。
在其中的一个实施例中，所述主体框架包括相机固定装置，所述相机固定装置留有自锁装置，调整后直接固定在主体支架上，所述相机固定装置能够保证任何情况下相机与主体支架相对位置的固定。
在其中的一个实施例中，所述支撑机构包括动力输入部分，所述动力输入部分是速比为70的传动机构，所述传动机构手柄处装有角度测量仪，通过刻度盘可以精确控制主体框架旋转的角度。
在其中的一个实施例中，所述动力输入部分包括主体支架粗定位部分，所述粗定位部分通过连接预留在支撑机构上的定位槽，对中间主体框架进行粗定位。
在其中的一个实施例中，所述动力输入部分包括主体支架精定位部分，所述精定位部分通过传动机构减小误差。
在其中的一个实施例中，所述支撑机构包括基座，所述基座上端通过螺栓连接支架，下端通过地脚螺栓固定在地面。
在其中的一个实施例中，将增强现实技术与传统的测力计融合，利用简单但却容易识别的二维码作为被识别标记。在视觉系统工作时，通过视觉传感器采集张贴于机器人上的二维码，由于二维码仅含有黑白块，上位机将相机采集的彩色图像转换为灰度图像方便进一步处理，为了更容易检测二维码轮廓，将其进行二值化阈值操作，二值化操作将图像的每个像素变成黑色(像素值为0)或白色(像素值为255)。利用边缘检测函数对二值化图像处理返回一个多边形列表，每个多边形都表示一个轮廓。为了减少轮廓的像素，在找到轮廓后，开始多边形逼近筛选出非标记区域。筛选完后得到一系列的平行六面体，为了获得矩形区域的正面视图，验证它们是否为标记，首先删除透视投影，然后用Otsu算法得到图像进行二值化处理时的阈值。Otsu算法假定图像直方图呈双峰分布，然后搜索一个阈值，该阈值使得类间的方差尽量大，从而使类内的方差尽量小。最后进行标记的编码识别。本专利采用的二维码标记有一个内部编码，标记被分成7×7的网格，其中内部5×5的网络包含ID信息。其余部分是外部黑色边界，因此首先需要检查外部黑色边界是否存在，然后读取5×5网格中是否存在有效的标记编码。为了得到矩形标记图像，必须通过透视变换输入图像。每个标记都有一个内部编码，即内部5×5的网格区域的每一行由5位标识。这种编码方案是对海明码少量修改得到的。总的来讲，除每行的5位编码以外，还有两位是信息位，其他3位是错误检测码。在找到正确的标记定位后，要旋转它的角点，使其符合标准顺序。在检测到标记并对标记ID解码后，需要细化它的角点。此操作对下一步在三维空间估计标记位置很有用。在三维空间中，可通过标记角点的精确位置来解算相机与二维码之间的转换。该过程会在物体与相机之间找到一个欧式空间的变换。
本专利与现有技术相比具有的有益效果是：本专利提供的三维测力平台相比传统传感器测力平台，使用了视觉采集位姿信息，简化了机械结构，通用性强，能在空气和液体介质中使用。并且具有模块化设计及柔性化设计。
附图说明
图1图2为本专利提供的测力平台的结构示意图。
图3为本专利提供的绳索升降装置的结构示意图。
图4为本专利提供的相机固定装置的结构示意图。
图5为本专利提供的支撑机构的结构示意图。
上述附图中，1、码盘；2、基座；3、支撑机构；4、中间支架；5、减速机连接平台；6、支架抓手；7、二维码；9、被测件；11、蜗轮蜗杆减速机；12、驱动轮；13、滚轮；14、柔性绳(其上连接有弹簧和力传感器)；15、相机支架； 16、销钉；17、转轴；18、相机。
具体实施方式
为了使本专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利，并不用于限定本专利。
在本专利的描述中，需要理解的是，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“外侧”、“内侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。
参照图1，本专利提供了一种基于视觉传感器的三维测力平台，包括主体框架、支撑框架、力信号采集系统、视觉系统。在本实施例中，主体框架由15相机支架4中间支架和绳索升降系统构成，而绳索升降系统由12驱动轮、13滚轮以及14柔性绳构成，其中柔性绳上连接有弹簧和力传感器。支撑框架由11涡轮蜗杆机构、16销钉、17转轴、6支架抓手构成。其中16销钉即粗定位机构，11 蜗轮蜗杆减速机即精定位机构。2基座即为连接底座，用于保持主体框架的稳定。
在本实施例中，主体框架用于连接9被测件并固定18单目相机，并保持相机能对准安装于9被测件上的二维码。当被连接件连接到主体框架后，通过支撑框架对其进行初始位置校正和工作位置调整。16销钉与固连于2底座的支架上的长圆孔配合，由此实现主体框架粗定位到垂直于地面的姿态。当需要调节被测件到其工作的姿态时，拔出16销钉，通过11蜗轮蜗杆减速机传递转矩驱动主体支架转动，由此实现被测件倾斜某个角度，达到工作姿态。具体的精定位过程即驱动11蜗轮蜗杆减速机转动的过程，其上安装有1码盘，实现精确的角度调节。
在本实施例中，绳索升降系统用于控制机器人的初始位置。具体过程通过 12驱动轮转动带动绳子下拉使得被测件提升。14柔性绳上连接有弹簧和力传感器，目的在于更方便的采集力的数值。
以上所述仅为本专利的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于视觉传感器的三维测力平台，其特征在于包括：
主体框架，主体框架包括保证相机与主体框架相对位置的相机固定机构以及控制机器人在主体框架初始位置的调整系统，通过调整机器人的初始位置使二维码在相机的光心与焦点的连线上，防止测力时因机器人抖动而检测不到二维码；
支撑机构，主体框架与支撑机构连接，支撑机构包括动力输入部分、自适应调整部分与基座，自适应调整部分包括粗定位与精定位，粗定位部分保证主体框架与地面大致呈90度，精定位部分通过调整传动机构保证主体框架与地面夹角的误差在0.015度范围内。
2.根据权利要求1所述的测力平台，其特征在于所述主体框架包括控制机器人在主体框架初始位置的调整系统，所述调整系统通过提升固连于机器人上的连接绳，控制机器人的在框架中的高低，防止检测时因机器人抖动失去信息。
3.根据权利要求1所述的测力平台，其特征在于所述主体框架包括相机固定装置，所述相机固定装置留有自锁装置，调整后直接固定在主体支架上，所述相机固定装置能够保证任何情况下相机与主体支架相对位置的固定。
4.根据权利要求1所述的测力平台，其特征在于所述支撑机构包括动力输入部分，所述动力输入部分是速比为70的传动机构，所述传动机构手柄处装有角度测量仪，通过刻度盘可以精确控制主体框架旋转的角度。
5.根据权利要求4所述的测力平台，其特征在于所述动力输入部分包括主体支架粗定位部分，所述粗定位部分通过连接预留在支撑机构上的定位槽，对中间主体框架进行粗定位。
6.根据权利要求4所述的测力平台，其特征在于所述动力输入部分包括主体支架精定位部分，所述精定位部分通过传动机构减小误差。
7.根据权利要求1所述的测力平台，其特征在于所述支撑机构包括基座，所述基座上端通过螺栓连接支架，下端通过地脚螺栓固定在地面。
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| CN201820257226.3U CN208060066U (zh) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 一种基于视觉传感器的三维测力平台 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109946010A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-28 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | 一种网片受力的测试装置及方法 |
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2018
- 2018-02-13 CN CN201820257226.3U patent/CN208060066U/zh active Active
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| CN109946010A (zh) * | 2019-01-29 | 2019-06-28 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | 一种网片受力的测试装置及方法 |
| CN109946010B (zh) * | 2019-01-29 | 2023-09-29 | 交通运输部天津水运工程科学研究所 | 一种网片受力的测试装置及方法 |
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