自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置及其協(xié)同標定方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置及其協(xié)同標定方法，所述的自動導引車車體固定聯(lián)接有若干導引驅(qū)動裝置，每個導引驅(qū)動裝置包括減震單元、驅(qū)動單元和視覺單元。每個視覺單元具有一臺攝像機，多個導引驅(qū)動裝置上的攝像機組成了自動導引車的多目視覺系統(tǒng)。本發(fā)明利用單個導引驅(qū)動裝置可繞空心短軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，通過靜態(tài)標定和動態(tài)標定的方法，聯(lián)合確立了景物坐標系與每個導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系及其與車體運動間的位姿關(guān)系，有效消除了視覺成像的畸變失真、比例失真、傾斜失真及多臺攝像機的安裝位姿誤差。該方法可用于自動導引車基于平面矢量圖的多目視覺精確測量，無需使用精密測量儀器，具有操作性好和柔性高的特點。
【專利說明】自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置及其協(xié)同標定方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機視覺檢測領(lǐng)域，具體是一種自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置及其協(xié)同標定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自動導引車(automated guided vehicle, AGV)是一種輪式移動機器人,廣泛用于工廠自動化生 產(chǎn)線、倉儲物流、機場和港口中的物料傳送。其導引方式是自動導引車實現(xiàn)自動輸送的核心技術(shù)之一，不僅決定了由其組成的自動化輸送系統(tǒng)的柔性，也影響到系統(tǒng)運行的可靠性和組態(tài)費用。多目視覺導引方式是通過安裝在每個導引驅(qū)動裝置上的攝像機組成自動導引車的多目視覺系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)采集地面上鋪設(shè)的導引路徑的圖像，通過計算機視覺檢測技術(shù)實時測量AGV相對導引路徑的距離偏差和角度偏差。
[0003]在自動導引車多目視覺系統(tǒng)檢測導引路徑的過程中，為了獲取空間點與攝像機采集的像素點之間的對應(yīng)關(guān)系，攝像機的標定必不可少。該過程主要獲取攝像機內(nèi)部的幾何和光學特性，即內(nèi)部參數(shù)，以及攝像機坐標系相對于空間坐標系的位姿關(guān)系，即外部參數(shù)。此外，在實際成像過程中，攝像機透鏡的形狀使得空間直線成像后并非理想直線，從而影響控制精度，因此也需對其進行校正。
[0004]攝像機標定主要有傳統(tǒng)標定法、主動視覺標定法和自標定法。傳統(tǒng)的攝像機標定是將精密制作的立體或平面標靶放置在場景中，通過幾何成像原理，建立場景中景物點與圖像中觀測點之間的關(guān)系模型，采用線性或非線性法計算攝像機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和崎變參數(shù)，具有標定精度聞的特點。基于主動視覺的標定方法需要控制攝像機做特定運動，如相互正交的平動和繞光軸的旋轉(zhuǎn)運動等，利用參考點的圖像坐標變化，實現(xiàn)攝像機的內(nèi)部參數(shù)標定。該方法對攝像機的運動精度要求苛刻，主要用于工業(yè)機器人手眼標定，不適用于攝像機運動自由度受限的場合。
[0005]在自動導引車的導引驅(qū)動裝置中，攝像機與驅(qū)動單元的相對位置不變，攝像機內(nèi)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)均不變。傳統(tǒng)標定方法雖然可以獲得攝像機的外部參數(shù)，但是該參數(shù)只是標靶坐標系與攝像機坐標系之間的位姿關(guān)系。在自動導引車的視覺導引應(yīng)用中，還需要獲得攝像機坐標系與整車運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系，在不借助其他精密測量儀器的情況下，很難將標靶相對于整車運動控制坐標系精確地放置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置及其協(xié)同標定方法，有效消除了視覺成像的畸變失真、比例失真、傾斜失真及多臺攝像機的安裝位姿誤差，可用于自動導引車基于平面矢量圖的多目視覺精確測量，無需使用精密測量儀器，具有操作性好和柔性高的特點。
[0007]本發(fā)明所述的自動導引車車體固定連接有若干導引驅(qū)動裝置，每個導引驅(qū)動裝置包括減震單元、驅(qū)動單元和視覺單元，其中，減震單元通過固定板與車體連接；驅(qū)動單元包括空心短軸、底盤和電驅(qū)動輪，空心短軸與減震單元通過深溝球軸承同軸裝配，底盤裝在空心短軸底部，兩電驅(qū)動輪沿底盤中心軸對稱布置；視覺單元包括攝像機和LED輔助光源，攝像機垂直向下安裝在兩電驅(qū)動輪的中心線上方，通過緊固架固定在支撐架上，支撐架與空心短軸同軸聯(lián)接；角度傳感器轉(zhuǎn)子固定在懸架的末端，外殼與攝像機殼體固聯(lián)；多個導引驅(qū)動裝置上的視覺單元組成了自動導引車的多目視覺系統(tǒng)。
[0008]進一步改進,所述的減震單元包括減震單元頂層、減震單元底層以及它們之間同軸對稱的布置四個減震彈簧。
[0009]進一步改進，所述的深溝球軸承通過套筒與空心短軸定位。
[0010]進一步改進，所述的減震單元與驅(qū)動單元之間的相對轉(zhuǎn)角由機械限位開關(guān)確定。
[0011]進一步改進，所述的視覺單元包括LED輔助光源及攝像機。
[0012]本發(fā)明還提供了一種所述的多目視覺導引驅(qū)動裝置的協(xié)同標定方法，包括以下步驟:
[0013]I)通過靜態(tài)標定獲得攝像機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù),確立景物坐標系與每個攝像機坐標系之間的位姿關(guān)系；
[0014]2)根據(jù)導引驅(qū)動裝置可繞空心短軸自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，采用角度傳感器精確測量驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)角度，采用機械限位開關(guān)精確調(diào)節(jié)驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)位置?？刂谱詣訉б囎鎏囟ㄟ\動，通過動態(tài)標定獲得攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系的位姿關(guān)系及任意導引驅(qū)動裝置之間的位置關(guān)系；
[0015]3)通過坐標變換聯(lián)合確立景物坐標系與每個導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系乃至整車運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系。
[0016]進一步改進，所述的靜態(tài)標定方法具體包括以下步驟:
[0017]I)靜止狀態(tài)下，利用單臺攝像機Ci獲取M張位于三維空間中的平面模板的不同位姿圖像，所述平面模板上分布有N個精確的特征點；
[0018]2)獲取所述平面模板圖像上全部特征點的坐標值；
[0019]3)利用不考慮攝像機徑向畸變的線性模型，估計出攝像機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的初值；
[0020]4)利用采集的M張平面模板的圖像，采用最大似然估計法計算非線性模型下攝像機內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)的精確解；其中，所述內(nèi)部參數(shù)包括(Kx, ^和(uQ,v0) i； (Kx, Ipi為成像平面到圖像平面在X軸和Y軸方向的放大系數(shù)，(Utl, %\為光軸中心線在成像平面的交點的圖像坐標；外部參數(shù)是景物坐標系在攝像機坐標中的描述，包括
(η, O, a, ，其中宙為景物坐標系OwXwYwZw中Xw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；ο為景物坐標系OwXwYwZw中Yw軸在攝像機坐標系ocixciYcizci的方向向量；i為景物坐標系
OwXwYwZw中Zw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；I為景物坐標系OwXwYwZw的坐標原
點在攝像機坐標系OeiXeiYeiZcii中的位置；畸變參數(shù)包括(k1; k2)i,對于攝像機畸變,其主要部分為由于攝像機透鏡形狀產(chǎn)生的徑向畸變。
[0021]進一步改進,所述的動態(tài)標定方法具體包括以下步驟:
[0022]I)分別控制自動導引車的每個導引驅(qū)動裝置繞其運動控制中心點Oki自轉(zhuǎn)，對應(yīng)的攝像機Ci分別采集地面兩個特征點在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻；[0023]2)采集的特征點在圖像序列中的軌跡為兩段同心圓弧，采用最小二乘法擬合圓弧。分別計算擬合圓弧的圓心在每臺攝像機的圖像坐標系中的坐標，所述圓心坐標即為導引驅(qū)動裝置運動控制中心點Oki的圖像坐標，亦為導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系OkiXkiYkiZki與攝像機坐標系OcdXcdYcdZcd之間的位置偏差(tx，ty)i在圖像中的表示；
[0024] 3)控制每個導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為零的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向平行的位置；控制自動導引車作勻速直線運動，每臺攝像機分別采集地面上的同一特征點在勻速直線運動狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻；采集的特征點在圖像序列中的坐標呈線性分布，采用最小二乘法擬合直線，分別計算擬合直線與每臺攝像機圖像坐標系水平軸的夾角-1-，所述夾角即為攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的旋轉(zhuǎn)角；
[0025]4)得到旋轉(zhuǎn)角-?之后，通過坐標變換即可得特征點在運動控制坐標系中的軌跡，該軌跡應(yīng)為對應(yīng)導引驅(qū)動裝置數(shù)量的平行直線；任意兩直線m、η間的距離為兩導引驅(qū)動裝置運動控制中心點在垂直于自動導引車前進方向上的距離偏差Λχπ_η ；
[0026]5)控制導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為90°的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向垂直的位置，控制自動導引車作側(cè)向平移運動；在地面上布置特征點Pi,所述特征點位于同一條直線上，且每個特征點位于對應(yīng)導引驅(qū)動裝置攝像機的視野范圍之內(nèi)，特征點個數(shù)對應(yīng)導引驅(qū)動裝置個數(shù)，特征點間的距離由制作標定模板時精確測定，同時盡量保證特征點所在直線與自動導引車前進方向平行；分別采集匕在對應(yīng)攝像機中的連續(xù)時間序列視頻，Pi的軌跡為直線，采用最小二乘法擬合直線，計算兩導引驅(qū)動裝置m、η運動控制中心點
在自動導引車前進方向上的距離偏差A(yù)ynra;由于導引驅(qū)動裝置之間的姿態(tài)偏差禱在自動
導引車運行過程中可控，從而確定導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系；
[0027]6)通過坐標變換可得任意兩導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系OkiXkiYkiZki與OkjXkjYkjZkj之間的位姿關(guān)系；以任一導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系為參照，即可建立整個自動導引車的整車運動控制坐標系。
[0028]本發(fā)明的有益效果在于:導引驅(qū)動裝置可繞空心短軸自由旋轉(zhuǎn)，通過角度傳感器實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)角度的精確度量，通過機械限位開關(guān)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)位置的精確定位。一次安裝后，每臺攝像機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)均不再發(fā)生改變，利用靜態(tài)標定和動態(tài)標定相結(jié)合的協(xié)同標定方法，聯(lián)合確立了景物坐標系與每個導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系乃至整車運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系，有效消除了視覺成像的畸變失真、比例失真、傾斜失真及多臺攝像機的安裝位姿誤差。經(jīng)過本發(fā)明協(xié)同標定的多目視覺系統(tǒng)，可用于自動導引車基于平面矢量圖的多目視覺精確測量。該方法在現(xiàn)場實施的過程中無需使用精密測量儀器，具有操作性好和柔性高的特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述的視覺導引驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述的多個視覺導引驅(qū)動裝置組成自動導引車的布局示意圖；
[0031]圖3為本發(fā)明所述的多目視覺系統(tǒng)協(xié)同標定方法實施例的流程示意圖；[0032]圖4為本發(fā)明所述的靜態(tài)標定方法中單臺攝像機實際成像模型的示意圖；
[0033]圖5為本發(fā)明所述的靜態(tài)標定方法中平面模板的示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明所述的靜態(tài)標定方法中16張不同位姿的平面模板在攝像機坐標系中的位姿示意圖；
[0035]圖7為本發(fā)明所述的動態(tài)標定方法中導引驅(qū)動裝置在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下，兩個特征點相對導引驅(qū)動裝置視覺單元的運動軌跡示意圖；
[0036]圖8為本發(fā)明所述的動態(tài)標定方法中自動導引車做前向直行運動時導引驅(qū)動裝置的布局示意圖；
[0037]圖9為本發(fā)明所述的動態(tài)標定方法中自動導引車做前向直行運動時特征點的運動軌跡示意圖；
[0038]圖10為本發(fā)明所述的動態(tài)標定方法中自動導引車做側(cè)向平移運動時導引驅(qū)動裝置的布局示意圖。
[0039]圖中標號名稱:1、深溝球軸承；2、減震單兀底層；3、減震彈黃；4、減震單兀頂層；
5、固定板；6、懸架；7、支撐架；8、LED輔助光源；9、角度傳感器；10、攝像機；11、緊固架；12、空心短軸；13、套筒；14、機械限位開關(guān)；15、底盤；16、電驅(qū)動輪；17、萬向輪；18、人工特征點；19、攝像機坐標系；20、導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系；21、視覺單元視野范圍。
【具體實施方式】
[0040]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0041]本發(fā)明提供的視覺導引驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該視覺導引驅(qū)動裝置通過固定板(5)固定聯(lián)接于自動導引車車體，每個裝置包括減震單元、驅(qū)動單元和視覺單元，多個導引驅(qū)動裝置上的視覺單元組成了自動導引車的多目視覺系統(tǒng)。
[0042]減震單元頂層(4 )與減震單元底層(2 )之間同軸對稱布置4個減震彈簧(3 )，減震單元頂層(4)與固定板(5)同軸焊接。所述的驅(qū)動單元包括空心短軸(12)、底盤(15)和電驅(qū)動輪(16)，空心短軸(12)與減震單元底層(2)通過深溝球軸承(I)同軸裝配，減震單元與驅(qū)動單元之間的相對轉(zhuǎn)角由機械限位開關(guān)(14)確定。所述的深溝球軸承(I)通過套筒
(13)與空心短軸(12)定位。底盤(15)裝在空心短軸(12)底部，兩電驅(qū)動輪(16)沿底盤
(15)中心軸對稱布置。所述的視覺單元包括LED輔助光源(8)及攝像機(10)，攝像機(10)垂直向下安裝在兩電驅(qū)動輪(16)的中心線上方，通過緊固架(11)固定在支撐架(7)上，支撐架(7)與空心短軸(12)同軸聯(lián)接；角度傳感器(9)轉(zhuǎn)子固定在懸架(6)的末端，外殼與攝像機(10)殼體固聯(lián)。
[0043]圖2為本發(fā)明所述的多個視覺導引驅(qū)動裝置組成自動導引車的布局示意圖，包括萬向輪(17 )、人工特征點(18 )、攝像機坐標系(19 )、導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系(20 )、視覺單元視野范圍(21)。通過在車體周圍設(shè)置萬向輪(17)減少導引驅(qū)動裝置上所受的載荷，實現(xiàn)載荷的均勻分布。人工特征點(18)為兩條不同顏色的色帶的交點。為了便于自動導引車系統(tǒng)模型的說明，假設(shè)以Y方向作為自動導引車的前進方向，并將攝像機坐標系與導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的位姿偏差及視野范圍進行一定比例的縮放如(19)、(20)及(21)所示。
[0044]圖3為本發(fā)明所述的多目視覺系統(tǒng)協(xié)同標定方法實施例的流程示意圖。首先通過靜態(tài)標定獲得攝像機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)，確立景物坐標系與每個攝像機坐標系間的位姿關(guān)系，具體包括以下步驟:[0045]I)靜止狀態(tài)下，利用單臺攝像機Ci獲取M張位于三維空間中的平面模板的不同位姿圖像，所述平面模板上分布有N個精確的特征點；
[0046]2)獲取所述平面模板圖像上全部特征點的坐標值；
[0047]3)利用不考慮攝像機徑向畸變的線性模型，估計出攝像機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的初值；
[0048]4)利用采集的M張平面模板的圖像，采用最大似然估計法計算非線性模型下攝像機內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)的精確解；其中，所述內(nèi)部參數(shù)包括(Kx, ^和(uQ,v0) i； (Kx, Ipi為成像平面到圖像平面在X軸和Y軸方向的放大系數(shù)，(Utl, %\為光軸中心線在成像平面的交點的圖像坐標；外部參數(shù)是景物坐標系在攝像機坐標中的描述，包括
泛),，其中g(shù)為景物坐標系OwXwYwZw中Xw軸在攝像機坐標系A(chǔ)cAiYcdZcd的方向向量;5為景物坐標系OwXwYwZw中Yw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；贏為景物坐標
系OwXwYwZw中Zw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；P為景物坐標系OwXwYwZw的坐標
原點在攝像機坐標系OeiXeiYciiZcii中的位置；畸變參數(shù)包括(Iipk2)i對于攝像機畸變,其主要部分為由于攝像機透鏡形狀產(chǎn)生的徑向畸變。
[0049]然后控制自動導引車做特定運動，獲得攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系及任意導引驅(qū)動裝置之間的位置關(guān)系，具體包括以下步驟:
[0050]I)分別控制自動導引車的每個導引驅(qū)動裝置繞其運動控制中心點Oki自轉(zhuǎn)，對應(yīng)的攝像機Ci分別采集地面兩個特征點在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻；
[0051]2)采集的特征點在圖像序列中的軌跡為兩段同心圓弧，采用最小二乘法擬合圓弧。分別計算擬合圓弧的圓心在每臺攝像機的圖像坐標系中的坐標，所述圓心坐標即為導引驅(qū)動裝置運動控制中心點Oki的圖像坐標，亦為導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系OkiXkiYkiZki與攝像機坐標系OcdXcdYcdZcd之間的位置偏差(tx，ty)i在圖像中的表示；
[0052]3)控制每個導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為零的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向平行的位置；控制自動導引車作勻速直線運動，每臺攝像機分別采集地面上的同一特征點在勻速直線運動狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻；采集的特征點在圖像序列中的坐標呈線性分布，采用最小二乘法擬合直線，分別計算擬合直線與每臺攝像機圖像坐標系水平軸的夾角供》?，所述夾角即為攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的旋轉(zhuǎn)角；
[0053]4)得到旋轉(zhuǎn)角之后，通過坐標變換即可得特征點在運動控制坐標系中的軌跡，該軌跡應(yīng)為對應(yīng)導引驅(qū)動裝置數(shù)量的平行直線；任意兩直線m、η間的距離為兩導引驅(qū)動裝置運動控制中心點在垂直于自動導引車前進方向上的距離偏差Λχπ_η ；
[0054]5)控制導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為90°的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向垂直的位置，控制自動導引車作側(cè)向平移運動；在地面上布置特征點Pi,所述特征點位于同一條直線上，且每個特征點位于對應(yīng)導引驅(qū)動裝置攝像機的視野范圍之內(nèi)，特征點個數(shù)對應(yīng)導引驅(qū)動裝置個數(shù)，特征點間的距離由制作標定模板時精確測定，同時盡量保證特征點所在直線與自動導引車前進方向平行；分別采集匕在對應(yīng)攝像機中的連續(xù)時間序列視頻，Pi的軌跡為直線，采用最小二乘法擬合直線，計算兩導引驅(qū)動裝置m、η運動控制中心點在自動導引車前進方向上的距離偏差A(yù)ym_n。
[0055]最后，結(jié)合導引驅(qū)動裝置可繞空心短軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，即任意導引驅(qū)動裝置之間的角度偏差可控，建立自動導引車的整車運動控制坐標系。
[0056]圖4為本發(fā)明所述的靜態(tài)標定方法中單臺攝像機實際成像模型的示意圖。其中在攝像機坐標系中深度為I的成像平面為圖像平面歸一化后的等效平面。深度為tzg的成像平面為理想景物點在攝像機坐標系中的成像平面，即為平面模板坐標系，OwXwYwZw為景物坐標系。對于任一攝像機，設(shè)攝像機坐標系為OcdXcdYcdZcd，圖像坐標系為(u，v)i。根據(jù)理想透視模型有
【權(quán)利要求】
1.一種自動導引車的多目視覺導引驅(qū)動裝置，其特征在于:自動導引車車體固定連接有若干導引驅(qū)動裝置，每個導引驅(qū)動裝置包括減震單元、驅(qū)動單元和視覺單元，其中，減震單元通過固定板(5)與車體連接；驅(qū)動單元包括空心短軸(12)、底盤(15)和電驅(qū)動輪(16)，空心短軸(12)與減震單元通過深溝球軸承(I)同軸裝配，底盤(15)裝在空心短軸(12)底部，兩電驅(qū)動輪(16 )沿底盤(15 )中心軸對稱布置；視覺單元包括LED輔助光源(8 )和攝像機(10)，攝像機(10)垂直向下安裝在兩電驅(qū)動輪(16)的中心線上方，通過緊固架(11)固定在支撐架(7 )上，支撐架(7 )與空心短軸(12 )同軸聯(lián)接；角度傳感器(9 )轉(zhuǎn)子固定在懸架(6)的末端，外殼與攝像機(10)的殼體固聯(lián)；多個導引驅(qū)動裝置上的視覺單元組成了自動導引車的多目視覺系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導引驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的減震單元包括減震單元頂層(4)、減震單元底層(2)以及它們之間同軸對稱布置的四個減震彈簧(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導引驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的深溝球軸承(I)通過套筒(13)與空心短軸(12)定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導引驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的減震單元與驅(qū)動單元之間的相對轉(zhuǎn)角由機械限位開關(guān)(14)確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導引驅(qū)動裝置，其特征在于:所述的視覺單元包括LED輔助光源(8)及攝像機(10)。
6.一種以上任意一項權(quán)利要求所述的多目視覺導引驅(qū)動裝置的協(xié)同標定方法，其特征在于包括以下步驟: 1)通過靜態(tài)標定獲得攝像`機的內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)，確立景物坐標系與每個攝像機坐標系之間的位姿關(guān)系； 2)根據(jù)導引驅(qū)動裝置可繞空心短軸自由旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，采用角度傳感器精確測量驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)角度，采用機械限位開關(guān)精確調(diào)節(jié)驅(qū)動單元的旋轉(zhuǎn)位置，控制自動導引車做特定運動，通過動態(tài)標定獲得攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系的位姿關(guān)系及任意導引驅(qū)動裝置之間的位置關(guān)系； 3)通過坐標變換聯(lián)合確立景物坐標系與每個導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系乃至整車運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多目視覺導引驅(qū)動裝置的協(xié)同標定方法，其特征在于，所述的靜態(tài)標定方法具體包括以下步驟: 1)靜止狀態(tài)下，利用單臺攝像機Ci獲取M張位于三維空間中的平面模板的不同位姿圖像，所述平面模板上分布有N個精確的特征點； 2)獲取所述平面模板圖像上全部特征點的坐標值； 3)利用不考慮攝像機徑向畸變的線性模型，估計出攝像機內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的初值； 4)利用采集的M張平面模板的圖像，采用最大似然估計法計算非線性模型下攝像機內(nèi)部參數(shù)、外部參數(shù)和畸變參數(shù)的精確解；其中，所述內(nèi)部參數(shù)包括(Kx，Ky)jP (Uci, V0)i，(H)i為成像平面到圖像平面在X軸和Y軸方向的放大系數(shù)，(U(l，Vt^i為光軸中心線在成像平面的交點的圖像坐標；外部參數(shù)是景物坐標系在攝像機坐標中的描述，包括in, Of d,#)i,其中芄為景物坐標系OwXwYwZw中Xw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；5為景物坐標系OwXwYwZw中Yw軸在攝像機坐標系ocixciYcizci的方向向量；￡為景物坐標系OwXwYwZw中Zw軸在攝像機坐標系OciXciYciZci的方向向量；#為景物坐標系OwXwYwZw的坐標原點在攝像機坐標系OeiXeiYciiZcii中的位置；畸變參數(shù)包括(I^k2)i,對于攝像機畸變,其主要部分為由于攝像機透鏡形狀產(chǎn)生的徑向畸變。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多目視覺導引驅(qū)動裝置的協(xié)同標定方法，其特征在于，所述的動態(tài)標定方法具體包括以下步驟: 1)分別控制自動導引車的每個導引驅(qū)動裝置繞其運動控制中心點Oki自轉(zhuǎn)，對應(yīng)的攝像機Ci分別采集地面兩個特征點在目轉(zhuǎn)狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻； 2)采集的特征點在圖像序列中的軌跡為兩段同心圓弧，采用最小二乘法擬合圓弧，分別計算擬合圓弧的圓心在每臺攝像機的圖像坐標系中的坐標，所述圓心坐標即為導引驅(qū)動裝置運動控制中心點Oki的圖像坐標，亦為導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系OkiXkiYkiZki與攝像機坐標系OcdXcdYcdZcd之間的位置偏差(tx，ty)i在圖像中的表示；
3)控制每個導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為零的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向平行的位置；控制自動導引車作勻速直線運動，每臺攝像機分別采集地面上的同一特征點在勻速直線運動狀態(tài)下的連續(xù)時間序列視頻；采集的特征點在圖像序列中的坐標呈線性分布，采用最小二乘法擬合直線，分別計算擬合直線與每臺攝像機圖像坐標系水平軸的夾角-1，所述夾角即為攝像機坐標系與對應(yīng)導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的旋轉(zhuǎn)角； 4)得到旋轉(zhuǎn)角ft之后，通過坐標變換即可得特征點在運動控制坐標系中的軌跡，該軌跡應(yīng)為對應(yīng)導引驅(qū)動裝置數(shù)量的平行直線；任意兩直線m、η間的距離為兩導引驅(qū)動裝置運動控制中心點在垂直于自動導引車前進方向上的距離偏差Λχπ_η; 5)控制導引驅(qū)動裝置自轉(zhuǎn)至角度傳感器的示值為90°的位置，通過機械限位開關(guān)將導引驅(qū)動裝置與車體的相對位置固定，即所有導引驅(qū)動裝置定位在與自動導引車前進方向垂直的位置，控制自動導引車作側(cè)向平移運動；在地面上布置特征點Pi,所述特征點位于同一條直線上，且每個特征點位于對應(yīng)導引驅(qū)動裝置攝像機的視野范圍之內(nèi)，特征點個數(shù)對應(yīng)導引驅(qū)動裝置個數(shù)，特征點間的距離由制作標定模板時精確測定，同時盡量保證特征點所在直線與自動導引車前進方向平行；分別采集匕在對應(yīng)攝像機中的連續(xù)時間序列視頻，Pi的軌跡為直線，采用最小二乘法擬合直線，計算兩導引驅(qū)動裝置m、η運動控制中心點在自動導引車前進方向上的距離偏差A(yù)ym_n;由于導引驅(qū)動裝置之間的姿態(tài)偏差0在自動導引車運行過程中可控，從而確定導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系之間的位姿關(guān)系； 6)通過坐標變換可得任意兩導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系OkiXkiYkiZiu與OwXwYwZkj之間的位姿關(guān)系；以任一導引驅(qū)動裝置運動控制坐標系為參照，即可建立自動導引車的整車運動控制坐標系。
【文檔編號】G06T7/00GK103529838SQ201310444568
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】武星, 樓佩煌, 錢曉明, 石陳陳, 王龍軍, 朱琳軍, 劉旭, 沈偉良 申請人:南京航空航天大學