专利名称：物体空间位姿检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种精密自动测量装置，特别是涉及一种借助机器人、摄像机、超声传感器、计算机进行物体位姿检测的物体空间位姿检测装置。
背景技术：
随着科技的发展，机器人得到了越来越广泛的应用，例如自动装配，自动焊接、喷漆，机械零件的检查等。在这些应用中，被测物体位姿的检测是实现对被测物体操作的前提。现有的检测方法一般都是利用双目视觉实现，但是该方法需要处理的数据量极大，双目视觉中的图像匹配算法，还不尽完善，误差较大。
发明内容
为了克服上述检测方法的不足，本实用新型提出一种新的检测物体位姿的装置，可以通过装在机器人末端的摄像机和超声传感器，只需摄像机采集单副图像、超声传感器测得距离，经过计算机的计算处理，就可以实现对被测物体位姿的检测。
本实用新型的一种物体空间位姿检测装置，由机器人、以及装在机器人末端的摄像机和超声传感器、计算机组成，所述的计算机内存储有物体位姿检测系统，以及安装在计算机上的图像采集卡和超声信息采集卡。摄像机和超声传感器安装在机器人的末端，摄像机和超声传感器分别由数据线与计算机中的图像采集卡和超声信息采集卡相连，机器人由控制总线与计算机相连。
空间点的位置一般需要两幅图像，用两条投影线的交点来确定。而本实用新型提出的装置则可以用一幅图像和超声(或激光)测距即可确定空间点的位置。与双目视觉相比，本实用新型从根本上避免了由于图像匹配所引起的不确定性和误差。在空间点的图像坐标确定后，它在摄像机坐标系中的坐标可以通过简单的计算就可以得到。而双目视觉则要先进行图像匹配，然后再求投影线的交点。显然本实用新型大大减少了计算量，提高了检测速度。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是确定投影矢量的方向示意图产。
图3是确定投影矢量的长度示意图。
图中1.摄像机2.超声传感器3.被测物体4.工作台5.机器人6.计算机7.数据线8.控制总线9.图像平面具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
请参见图1所示，本实用新型的物体空间位姿检测装置，由机器人5、摄像机1、超声传感器2和计算机6组成，所述的计算机6内安装有物体位姿检测系统和图像采集卡、超声信息采集卡；摄像机1和超声传感器2安装在机器人5(此专利申请文件中的机器人5为一机械手臂)的末端，摄像机1和超声传感器2分别通过数据线7与计算机6中的图像采集卡和超声信息采集卡相连，机器人5通过控制总线8与计算机6相连。
请参见图2和图3所示，本实用新型的装置的检测过程将被测物体3放置在工作台4上，由摄像机1采集一副图像，该图像由视频及超声数据线7传输到计算机6中，并由计算机6中存储的操作控制软件(物体位姿检测系统)对它进行处理。例如，在被测物体3上设定一点P，对于物体上的一点P，要测量它在摄像机1坐标系OXYZ中的坐标，需要确定投影矢量 的方向和长度。考虑到摄像机1镜头引起的畸变，由点P的图像坐标Pu可以得到其理想图像坐标(补偿摄像机镜头畸变引起的变形)Pi，由于 长度已知(即摄像机镜头焦距f)，那么就可以获得 在摄像机坐标系中的方向， 的方向就是与 的方向(如图2所示)。通过控制机器人5的运动，使超声传感器2的坐标原点移动到O点，轴线与 重合，那么超声传感器2的测量值就是 的长度。这样，点P在摄像机1坐标系中的坐标就可以得到了，并可以最终转化为在机器人5基坐标系中的坐标。用该方法可以测得物体投影重心在机器人5基坐标系空间的坐标，也就是物体的位置坐标。不失一般性，可以用物体投影最长轴的姿态代表物体的姿态。该轴的两个端点的空间坐标可以用上述过程测得，就可以进一步计算出该轴线在机器人基坐标系中的姿态。这样物体的位置和姿态就完全确定下来。
本实用新型提出的装置采用一幅图像和超声(或激光)测距即可确定空间点的位置。
与双目视觉相比，本实用新型从根本上避免了由于图像匹配所引起的不确定性和误差。在空间点的图像坐标确定后，它在摄像机坐标系中的坐标可以通过简单的计算就可以得到。而双目视觉则要先进行图像匹配，然后再求投影线的交点。显然本实用新型大大减少了计算量，提高了检测速度。
权利要求1.一种物体空间位姿检测装置，由机器人、摄像机、传感器、计算机组成，其特征在于所述的计算机(6)内安装有物体位姿检测系统和图像采集卡、超声信息采集卡；所述的传感器为超声传感器(2)，摄像机(1)和超声传感器(2)平行布置安装在机器人(5)的末端，摄像机(1)由数据线与计算机(6)中的图像采集卡相连，超声传感器(2)由数据线与计算机(6)中的超声信息采集卡相连，机器人(5)由控制总线(8)与计算机(6)相连。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述的摄像机(1)采集被测物体(3)一副图像。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述的摄像机(1)和超声传感器(2)也可以平行布置安装在机器人碗部的末端。
专利摘要本实用新型公开了一种物体空间位姿检测装置，由机器人、摄像机、超声传感器和计算机组成，摄像机和超声传感器平行布置安装在机器人末端，其通过数据线分别与计算机中的图像采集卡和超声信息采集卡相连，机器人通过控制总线与计算机相连。本装置只需摄像机采集单副图像，用超声传感器测得距离，经过计算机的计算处理，就可以实现对被测物体位姿的检测。本装置检测方法简单易行，计算量小，精度较高。
文档编号G01B21/00GK2645034SQ0229453
公开日2004年9月29日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者丁希仑, 解玉文, 战强 申请人:北京航空航天大学