本發(fā)明涉及水下機(jī)器人，具體涉及一種基于雙目視覺(jué)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法及系統(tǒng)，尤其適用于水下機(jī)械手的自主標(biāo)定，從而提升機(jī)械手的定位精度。
背景技術(shù)：
1、隨著全球?qū)Ｑ筚Y源勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)的持續(xù)升溫，海洋已成為人類拓展生存空間和獲取重要資源的關(guān)鍵領(lǐng)域，海底作業(yè)的重要性日益凸顯。在眾多海底作業(yè)技術(shù)手段中，水下機(jī)器人作為核心設(shè)備在海洋探索、資源開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。水下機(jī)械手作為水下機(jī)器人的核心作業(yè)工具，已在海洋探索和資源開(kāi)發(fā)中起到了至關(guān)重要的作用。作業(yè)精度作為水下機(jī)械手的核心指標(biāo)直接關(guān)系到整個(gè)海底作業(yè)質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，提升水下機(jī)械手的作業(yè)精度已然成為該領(lǐng)域至關(guān)重要的研究?jī)?nèi)容，而機(jī)械手的標(biāo)定是保證機(jī)械手作業(yè)精度的重要手段。目前，陸上的機(jī)械手標(biāo)定方法已經(jīng)非常成熟，但與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境布置、傳感器精度、標(biāo)定人員技術(shù)等因素密切相關(guān)。水下機(jī)械手的標(biāo)定工作通常借鑒陸上機(jī)械手的標(biāo)定方法，但水下機(jī)械手長(zhǎng)期作業(yè)服役過(guò)程中因?yàn)樗碌臏囟茸兓?、水流沖擊和作業(yè)過(guò)載、碰撞磨損等，陸基標(biāo)定得出參數(shù)也無(wú)法一直保證精度在要求范圍內(nèi)，導(dǎo)致機(jī)械手作業(yè)精度不斷下降。對(duì)于水下裝備尤其是水下長(zhǎng)期服役作業(yè)的裝備，已經(jīng)交付的機(jī)械手難以定期轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行常規(guī)標(biāo)定作業(yè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明目的是提供一種基于雙目相機(jī)的機(jī)械手自主標(biāo)定方法，該標(biāo)定方法過(guò)程中不需要嚴(yán)格的設(shè)備安裝位置信息，標(biāo)定過(guò)程中不需要人工參與。利用雙目視覺(jué)以及圖像識(shí)別獲取數(shù)據(jù)集，再通過(guò)與點(diǎn)云匹配與誤差識(shí)別函數(shù)的迭代計(jì)算補(bǔ)償數(shù)值，修正機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水下機(jī)械手的自主標(biāo)定，對(duì)水下機(jī)械手長(zhǎng)期作業(yè)精度保持有重要實(shí)踐意義。
2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
3、一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法，包括以下步驟：
4、1)使用張正友標(biāo)定法對(duì)水下雙目相機(jī)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，并構(gòu)建水下機(jī)械手的mdh模型；
5、2)分別通過(guò)水下雙目相機(jī)以及mdh模型獲取機(jī)械手的實(shí)際位置和名義位置，構(gòu)建誤差數(shù)據(jù)集；
6、3)利用誤差數(shù)據(jù)集進(jìn)行誤差識(shí)別，并基于icp匹配結(jié)果進(jìn)行迭代補(bǔ)償；
7、4)根據(jù)補(bǔ)償后的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)檢驗(yàn)標(biāo)定精度，當(dāng)滿足要求時(shí)，退出迭代，完成自主標(biāo)定。
8、所述步驟2)包括以下步驟：
9、2.1)使用水下雙目相機(jī)對(duì)機(jī)械手末端的目標(biāo)物體進(jìn)行圖像識(shí)別，獲取目標(biāo)物體在相機(jī)坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；
10、2.2)通過(guò)坐標(biāo)變換，將目標(biāo)物體的三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至機(jī)械手基坐標(biāo)系下，生成實(shí)際位置數(shù)據(jù)集；
11、2.3)基于實(shí)際位置數(shù)據(jù)集，通過(guò)mdh模型正解出機(jī)械手名義的末端位置，將其與測(cè)量的機(jī)械手實(shí)際末端位置作差，并保存為誤差數(shù)據(jù)集。
12、所述步驟2.2)具體為：
13、使用機(jī)械手抓取一個(gè)球狀物體，利用雙目相機(jī)的左側(cè)畫(huà)面進(jìn)行圖像識(shí)別，獲取球體表面每個(gè)像素的三維坐標(biāo)(x,y,z)，進(jìn)而計(jì)算出球體中心的坐標(biāo)(x,y,z)，即為機(jī)械手末端中心的位置信息，將其作為機(jī)械手的實(shí)際位置，其中：
14、
15、其中，r為球狀物體半徑。
16、所述步驟3)包括以下步驟：
17、3.1)將名義位置數(shù)據(jù)集與實(shí)際位置數(shù)據(jù)集進(jìn)行點(diǎn)云匹配，計(jì)算坐標(biāo)變換矩陣；
18、3.2)根據(jù)誤差識(shí)別函數(shù)，計(jì)算機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的補(bǔ)償值；
19、3.3)根據(jù)補(bǔ)償值更新機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并重新進(jìn)行點(diǎn)云匹配，迭代進(jìn)行步驟3.1)～3.3)，直至誤差收斂。
20、一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定系統(tǒng)，包括：
21、參數(shù)標(biāo)定及模型構(gòu)建模塊，用于使用張正友標(biāo)定法對(duì)水下雙目相機(jī)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，并構(gòu)建水下機(jī)械手的mdh模型；
22、誤差數(shù)據(jù)集構(gòu)建模塊，用于分別通過(guò)水下雙目相機(jī)以及mdh模型獲取機(jī)械手的實(shí)際位置和名義位置，構(gòu)建誤差數(shù)據(jù)集；
23、誤差識(shí)別模塊，用于利用誤差數(shù)據(jù)集進(jìn)行誤差識(shí)別，并基于icp匹配結(jié)果進(jìn)行迭代補(bǔ)償；
24、自主標(biāo)定模塊，用于根據(jù)補(bǔ)償后的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)檢驗(yàn)標(biāo)定精度，當(dāng)滿足要求時(shí)，退出迭代，完成自主標(biāo)定。
25、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
26、1.本發(fā)明提高了水下機(jī)械手的定位精度，標(biāo)定過(guò)程中不需要嚴(yán)格的設(shè)備安裝位置信息。
27、2.本發(fā)明與其他標(biāo)定方法相比，可以在全程無(wú)人參與情況下進(jìn)行，為水下長(zhǎng)期服役的機(jī)械手提供了方案。
1.一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟2)包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟2.2)具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟3)包括以下步驟：
5.一種基于雙目相機(jī)的水下機(jī)械手自主標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于，包括：