机器人视觉定位系统的研究探究跟实现文档.pdf

维普资讯 ，一 一 7 第 29卷 第 6期 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 V0l29．N 0 6 l997年 I2月 JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY Dee．1997 机器人视觉定位系统的研究与实现 张贞子 罗 兵 — 常 一 丁尸乙 摘 要 视觉定位是机器^视觉的主要研究方向之一，本文把州 A盘 机械手、AdeptVision视觉处 理系统和lxanasonicGP~IM0CCD相机三者组成一实际系统，主要研究了其中的CCD相机的标定 方法，相机安装位置的求解方法和 目标姿态的封闭算法，并将上述算法相结合，有效实现了PUMA．560 视觉定位系统，为今后的实际应用打下 了坚实的基础． 关键词 相机标定； 目标姿态估计 墨△塑堂壅些! ．． 分类号 TP242 所谓智能机器人是装备有某些类似于人的感 合。因此，要对相机的内部参数进行标定。 觉装置，具有感觉识别 判断功能，能根据周围环 设 (， 表示可见点P在一个固定参考 境的变化，按规则调整 自己适 当反应动作 的机器 坐标系上的坐标，( y )表示同一点P在相机 人。在人的众多感觉中，视觉是人最重要的感觉能 坐标系上的坐标。相机坐标的原点与光学中心重 力。机器人视觉被认为是研究智能机器人 的一个 合，轴与光轴重合，图像平面与 平面平行， 重要分支，视觉定位是机器人视觉最适合的任务 图像平面中心是光轴与图像平面的交点，像平面 之一，它可广泛用于工业上的焊接、装配和搬运， 与相机坐标原点的距离是 ，表示相机镜头的 空间技术中的交会对接 卫星回收等多种需要。因 有效焦长，(“，)表示 图像平面的坐标。 此本文对基于 PUMA．560机械手的单相机机器人 物体坐标与相机坐标的关系如下： 视觉定位系统进行了讲究和实现。 机器人视觉定位系统所要研究的问题主要包 ④=R( 括 以下几个部分：相机内部参数的标定，相机安装 位置的求解，目标相对于相机的位置和姿态估计 和机器人运动学逆问题求解等。关于PuMA_560 其中，R=frtr4r~是正交旋转矩阵，r= 机械手运动学逆问题的解法，在文献 【1]中已进行 了详细的推导，因此本文着重解决其它几项问题。 是平移向量。(“，)与( ， )的关系满足下 列公式： l 相机内部参数的标定 “=r 用于机器人视觉的相机属于成品相机 ，在生产、 (2) 安装过程中难免存在误差，目前机器人视觉应用 ：r旦 中常用的CCD相机常存在如下问题：(1)相机的 2c 感光阵列扫描频率和计算机图像处理板扫描频率 由于CCD阵列每行的光敏元件数 与图像处 存在差异。(2)相机镜头存在畸变。(3)相机安装过 理板缓冲器每行的像素数 Ⅳ 不同，因而产生了 程中产生偏差，例如CCD阵列中心与