專利名稱：機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定位實(shí)驗(yàn)平臺，尤其涉及一種機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平背景技術(shù)目前水果采摘#幾器手一次性能采摘到水果的成功率在5G-70%左右，采摘失 效的原因主要是難以對水果的位置進(jìn)行精確定位。傳統(tǒng)方法僅考慮視覺定位的相關(guān)修正算法，而不研究對具有外界擾動的位 置、大小與顏色不一致的生物水果這種變量目標(biāo)定位的機(jī)械定位誤差與視覺定 位誤差的關(guān)聯(lián)。水果采摘機(jī)器手對變量目標(biāo)的精確定位，是包括機(jī)械、視覺和 控制等技術(shù)在內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)。每次采摘都要對變量目標(biāo)重新定位，要求定位精 確，夾緊力合適，不損傷水果，由于水果是變量目標(biāo)，傳統(tǒng)視覺修正算法無法 修正該誤差；其次采摘機(jī)器手的振動對水果定位的擾動使水果形成隨機(jī)擺角變 量，其擺動又使機(jī)械手定位不準(zhǔn)確。由于空間擺角變量和時滯，與視覺已檢測 的定位距離發(fā)生了偏差，再次影響到采摘機(jī)器手的定位。這樣，就形成了一個 才幾才成定位、4見覺定位、擾動與變量相互影響與關(guān)聯(lián)。而傳統(tǒng)的僅從才幾械或^L覺 單一領(lǐng)域研究精確定位的方法已難解決該問題，要解決該問題，首先需要一種 關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)與檢測的實(shí)驗(yàn)平臺。 發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn) 平臺，其在振動條件下，進(jìn)行機(jī)械和視覺的關(guān)聯(lián)精確定位的驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)，通過 實(shí)驗(yàn)與分析能確定變量目標(biāo)的空間準(zhǔn)確位置，從而達(dá)到采摘機(jī)構(gòu)精確定位的目 的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為 一種機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，包括平臺、設(shè)于平臺上的水平移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于水平移動機(jī)構(gòu)上的豎直移動 機(jī)構(gòu)、設(shè)于豎直移動機(jī)構(gòu)上的攝像裝置、與攝像裝置相對的標(biāo)定耙、及與標(biāo)定 靶連接的振動源，該標(biāo)定靶上標(biāo)有若干標(biāo)定點(diǎn)，攝像裝置連接至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處 理，該攝像裝置由左右對稱的攝像機(jī)構(gòu)成。該若干標(biāo)定點(diǎn)的位置、大小與顏色 均不相同。該水平移動機(jī)構(gòu)包括兩根相互平行的長導(dǎo)軌及垂直架設(shè)于長導(dǎo)軌之間的橫 向?qū)к?，該豎直移動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于橫向?qū)к壣系呢Q直導(dǎo)軌，該攝像裝置通過 一短導(dǎo)軌安裝于豎直導(dǎo)軌上，且該短導(dǎo)軌與橫向?qū)к壠叫?。該橫向?qū)к?、豎直 導(dǎo)軌、短導(dǎo)軌及攝像裝置分別通過滑塊與兩根長導(dǎo)軌、橫向?qū)к?、豎直導(dǎo)軌及 短導(dǎo)軌連接。該兩個才聶像機(jī)可通過設(shè)于短導(dǎo)軌上的滑塊調(diào)整間距。另外，該長導(dǎo)軌、橫向?qū)к壖柏Q直導(dǎo)軌均安裝有讀取攝像裝置的坐標(biāo)位置 的直尺。該標(biāo)定靶通過底座及設(shè)置于底座上的支架固定于平臺上，該振動源安裝于支架上；該標(biāo)定靶通過安裝夾持機(jī)構(gòu)及彈性桿連接至支架。該振動源為一孩i型 氣缸。對攝像裝置攝取的圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，計(jì)算出擾動環(huán)境下攝像裝 置與標(biāo)定點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置，與直尺讀到的實(shí)際空間坐標(biāo)綜合起來進(jìn)行對比分 析，由此構(gòu)建擾動及其視覺的綜合模型，計(jì)算得到擾動條件下機(jī)械與視覺的綜 合定位誤差。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過水平移動機(jī)構(gòu)及豎直移動機(jī)構(gòu)建立起攝像裝 置與標(biāo)定點(diǎn)的實(shí)際空間位置坐標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)標(biāo)定點(diǎn)的機(jī)械定位，并通過攝像裝置 攝取由振動源振動的標(biāo)定靶的圖像，圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后得到圖像空間坐標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定點(diǎn)的視覺定位，將圖像空間坐標(biāo)位置與實(shí)際空間位置坐標(biāo)進(jìn)行對 比，并最終得到定位誤差，從而達(dá)到機(jī)械和視覺的關(guān)聯(lián)精確定位。利用該定位 實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)的采摘機(jī)構(gòu)，能對變量目標(biāo)進(jìn)行精確定位，從而能有效提高采摘機(jī)構(gòu)的采摘成功率。


圖l為本發(fā)明^4成與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明攝像裝置攝取標(biāo)定示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明從全局角度綜合分析機(jī)械與視覺的關(guān)聯(lián)定位，分析和對比振動條件 下機(jī)械與視覺的綜合定位誤差，建立其關(guān)聯(lián)的關(guān)系模型。如圖i及圖2所示， 一種才;W戒與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，包括平臺i、設(shè)于 平臺i上的水平移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于水平移動機(jī)構(gòu)上的豎直移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于豎直移動機(jī)構(gòu)上的攝像裝置6、與攝像裝置6相對的標(biāo)定耙19、及與標(biāo)定耙19連接的 振動源16,該標(biāo)定靶19上標(biāo)有位置、大小與顏色不同的標(biāo)定點(diǎn)，攝像裝置6連 接至計(jì)算機(jī)13進(jìn)行處理，該攝像裝置6由左右對稱的CCD攝像機(jī)構(gòu)成。其中，豎直移動機(jī)構(gòu)能在水平移動機(jī)構(gòu)上進(jìn)行移動，完成水平面的移動； 而攝像裝置6能在豎直移動機(jī)構(gòu)上進(jìn)行縱向移動，從而實(shí)現(xiàn)攝像裝置6在三自 由度上的移動。該標(biāo)定靶19在振動源16的作用下，其上的標(biāo)定點(diǎn)將實(shí)現(xiàn)振動， 模擬采摘的變量目標(biāo)，如圖1所示，模擬采摘的為水果變量目標(biāo)ll。該水平移動機(jī)構(gòu)包括兩根相互平行的長導(dǎo)軌2及垂直架設(shè)于長導(dǎo)軌2之間 的橫向?qū)к?，該豎直移動機(jī)構(gòu)包括設(shè)置于橫向?qū)к?上的豎直導(dǎo)軌4，該攝像 裝置6通過一短導(dǎo)軌5安裝于豎直導(dǎo)軌4上，且該短導(dǎo)軌5與橫向?qū)к?平行。該橫向?qū)к?通過滑塊7與兩才艮長導(dǎo)軌2固定連接，豎直導(dǎo)軌4通過滑塊8 與橫向?qū)к?固定連接，短導(dǎo)軌5通過滑塊9與豎直導(dǎo)軌固定連接，攝像裝置6 通過滑塊10與短導(dǎo)軌固定連接，且兩個攝〗象機(jī)可通過設(shè)于短導(dǎo)軌5上的滑塊10 調(diào)整間距。假設(shè)長導(dǎo)軌2的導(dǎo)滑方向?yàn)閄方向，橫向?qū)к?的導(dǎo)滑方向?yàn)閅方向，豎 直導(dǎo)軌4的導(dǎo)滑方向?yàn)閆方向。當(dāng)需要移動攝像裝置6的位置時，只需移動各導(dǎo)軌上的滑塊，便可完成攝像裝置6在X、 Y、 Z方向上的移動。為了便于讀取攝像裝置6與標(biāo)定點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，該長導(dǎo)軌2、橫向?qū)к?3及豎直導(dǎo)4九4均安裝有讀取攝像裝置6的坐標(biāo)位置的直尺12。本實(shí)施例中， 該直尺12為鋼直尺。另夕卜，該標(biāo)定靶19通過底座14及設(shè)置于底座14上的支架15固定于平臺1 上，該振動源16安裝于支架15上；該標(biāo)定靶19通過安裝夾持機(jī)構(gòu)18及彈性 桿17連接至支架15。該振動源16為一孩i型氣缸。對攝像裝置攝取的圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，計(jì)算出擾動環(huán)境下攝像裝 置與攝取點(diǎn)的圖像空間坐標(biāo)，與直尺讀到的實(shí)際空間坐標(biāo)綜合起來進(jìn)行對比分 析，由此構(gòu)建擾動及其視覺的綜合模型，計(jì)算得到擾動條件下機(jī)械與視覺的綜 合定位誤差。該定位實(shí)驗(yàn)平臺所用系統(tǒng)在許多領(lǐng)域都極具應(yīng)用價值，如微操作系統(tǒng)的位 姿檢測與控制、機(jī)器人導(dǎo)航與航測、野外作業(yè)的擾動條件下機(jī)器人機(jī)械手對目 標(biāo)的定位、三維測量及虛擬環(huán)境等。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于包括平臺(1)、設(shè)于平臺(1)上的水平移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于水平移動機(jī)構(gòu)上的豎直移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于豎直移動機(jī)構(gòu)上的攝像裝置(6)、與攝像裝置(6)相對的標(biāo)定靶(19)、及與標(biāo)定靶(19)連接的振動源(16)，該攝像裝置(6)由左右對稱的攝像機(jī)構(gòu)成，該標(biāo)定靶(19)上標(biāo)有若干標(biāo)定點(diǎn)，攝像裝置(6)連接至計(jì)算機(jī)(13)進(jìn)行處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于該 水平移動機(jī)構(gòu)包括兩根相互平行的長導(dǎo)軌(2)及垂直架設(shè)于長導(dǎo)軌(2)之間 的橫向?qū)к?3 )，該豎直移動機(jī)構(gòu)包4封殳置于橫向?qū)к?3 )上的豎直導(dǎo)軌(4 ), 該攝像裝置(6 )通過一短導(dǎo)軌(5 )安裝于豎直導(dǎo)軌(4 )上，且該短導(dǎo)軌(5 ) 與橫向?qū)к?3)平行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于該 橫向?qū)к?3 )、豎直導(dǎo)軌(4 )、短導(dǎo)軌(5 )及攝像裝置(6 )分別通過滑塊與 兩根長導(dǎo)軌(2 )、橫向?qū)к?3 )、豎直導(dǎo)軌(4 )及短導(dǎo)軌(5 )連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于兩 個攝^^幾通過設(shè)于短導(dǎo)軌(5 )上的滑塊(10 )調(diào)整間距。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征 在于該長導(dǎo)軌(2 )、橫向?qū)к?3 )及豎直導(dǎo)軌(4 )均安裝有讀取攝像裝置(6)的坐標(biāo)位置的直尺(12)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于該 標(biāo)定靶(19)通過底座(14)及設(shè)置于底座(14)上的支架(15)固定于平臺(1)上，該振動源(16 )安裝于支架(15 )上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于該 標(biāo)定靶(19 )通過安裝夾持機(jī)構(gòu)(18 )及彈性桿(17 )連接至支架(15 )。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于該振動源(16)為一氣缸。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于對 攝像裝置攝取的圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理，計(jì)算出擾動環(huán)境下攝像裝置與攝 取點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置，與測量水平移動才幾構(gòu)及豎直移動^L構(gòu)的實(shí)際空間坐標(biāo)進(jìn) 行對比分析，構(gòu)建擾動及其視覺的綜合模型，并計(jì)算機(jī)械與視覺的綜合定位誤 差。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，其特征在于 該若干標(biāo)定點(diǎn)的位置、大小與顏色均不相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)械與視覺關(guān)聯(lián)定位實(shí)驗(yàn)平臺，包括平臺、設(shè)于平臺上的水平移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于水平移動機(jī)構(gòu)上的豎直移動機(jī)構(gòu)、設(shè)于豎直移動機(jī)構(gòu)上的攝像裝置、與攝像裝置相對的標(biāo)定靶、及與標(biāo)定靶連接的振動源，該攝像裝置由左右對稱的攝像機(jī)構(gòu)成，該標(biāo)定靶上標(biāo)有位置、大小與顏色不同的標(biāo)定點(diǎn)，攝像裝置連接至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。本發(fā)明能精確地確定變量目標(biāo)的空間坐標(biāo)位置。
文檔編號G01B11/00GK101266133SQ200810027369
公開日2008年9月17日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者俊 盧, 權(quán) 孫, 鄧?yán)^忠, 鄒海鑫, 鄒湘軍 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)