摘要
本课题研究了基于单目视觉的位姿测量方法并将方法用于工业机器人姿态跟踪，依次从基于合作靶标的特征点识别与位姿解算算法两方面进行深入研究。经定位实验测试表明本课题设计的位姿跟踪系统不仅扩大了机器人跟踪范围，而且提高了定位精度。主要研究内容如下： （1）圆环靶标的唯一编码信息依赖于交比不变性。本文以圆环中心作为标志点设计合作靶标。机器人工作距离在4m处时最大平移范围为1627?1627mm。针对原始图像进行预处理，接着进行椭圆拟合，根据几何关系进行靶标信息解码识别标志点。该靶标与背景明显区分，简化了识别过程。在单相机系统下，实验表明圆环靶标重复性精度高，并且能够适应高强度光源。 （2）一种基于平面约束的多相机相对位姿测量算法。该算法以单目视觉EPnP算法为基础，通过相邻四帧图片求解相对位姿。算法求解通过解耦旋转矩阵，采用零空间分析法求解。本文提出的算法重复性精度更高。最终解决了靶标位于两个相机重叠区域时的位姿求解问题，并将4m处的最大平移范围扩大至2145?1627mm。 （3）针对单相机与多相机的测量系统进行定位精度实验。单相机平移实验表明4m处误差不大于9.44mm，在大角度70°范围内旋转误差小于1.70°。针对两个相机进行平移实验表明误差在6.83mm之内，旋转实验表明误差小于0.89°。 两相机求解相对位姿的精度要优于任一单相机位姿求解结果。整个过程平均耗时为101ms，平均帧率约为10fps。因此，基于圆环靶标的多相机位姿测量系统适用于高精度实时远距离跟踪工业机器人。
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