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专利号: 2021101724138
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于混联机构的相机自动标定系统,其包括3PRRR并联机构、控制器终端、3RRR并联机构、型材框架、相机、相机支架和相机标定板,其特征在于,所述3PRRR并联机构中三条PRRR分支的两端分别与型材框架、3PRRR并联平台相连,

3RRR并联机构中三条RRR分支的两端分别与3PRRR并联平台、3RRR并联平台相连,两个并联机构以串联形式构成六自由度混联机构;

所述3PRRR分支包括滑轨、滑块、转动副A、连杆A、转动副B和连杆B,滑块的第一端与丝杠相连且能与滑轨构成移动副,滑块的第二端通过转动副A与连杆A的第一端相连,连杆A的第二端通过转动副B与连杆B的第一端相连,连杆B的第二端通过转动副C与3PRRR并联平台相连;

所述RRR分支包括连杆C、转动副E、连杆D和转动副F,所述连杆C的第一端与转动副D相连,连杆C的第二端通过转动副E与连杆D的第一端相连,所述连杆D的第二端通过转动副F与

3RRR并联平台相连,相机标定板固定于3RRR并联平台;

所述转动副D内嵌套有多层圆管与滑动轴承,其与三个从动齿轮同轴线装配,三个从动齿轮分别与三个主动齿轮啮合,三个齿轮分别通过三个舵机驱动;

所述相机支架两侧对称设置有两个旋转螺栓,旋转螺栓与胶皮垫同轴线相连,胶皮垫的第一端与旋转螺栓固连,胶皮垫的第二端与相机弹性接触。

2.根据权利要求1所述的基于混联机构的相机自动标定系统,其特征在于,所述型材框架为长方体,其包括十二个型材,且相邻的三个型材间互相垂直,相邻型材间通过型材上的条形凹槽和螺丝螺母连接进行固定;所述控制器终端固连于型材框架上。

3.根据权利要求1所述的基于混联机构的相机自动标定系统,其特征在于,三组滑轨、丝杠分别安装于型材框架的长边、宽边和高边上,丝杠与电机同轴线相连,型材框架的长边、宽边和高边相互垂直。

4.根据权利要求1所述的基于混联机构的相机自动标定系统,其特征在于,X’Y’Z’为

3PRRR并联平台的坐标系,X”Y”Z”为3RRR并联平台的坐标系,通过控制器终端控制三个电机,3PRRR并联平台能实现沿X’方向移动、沿Y’方向移动和沿Z’方向移动,3RRR并联平台能实现绕X”轴的转动、绕Y”轴的转动和绕Z”轴的转动。

5.一种根据权利要求1至4任一项所述基于混联机构的相机自动标定系统的相机自动标定方法,其特征在于,其包括以下步骤:第一步:将标定板安装于SRRR并联平台上,调整相机支架上的螺栓,使相机的视角正对SRRR并联平台;

第二步:对控制器终端手动输入相机标定所需的标定板的棋盘格数量、棋盘格大小、相机视角和目标的误差阈值;

第三步:将SRRR并联平台从第一位置移动至第二位置处,通过SRRR并联平台的移动和旋转,使相机采集6张以上的图像,同时记录每张图像间的平移矩阵t和旋转矩阵R,排除各图像中误差较大的棋盘格角点;

第四步:使用代价函数 对相机参数

进行拟合,其中,α和β为权重参数、N为总共采集到的图像总数、loss1为世界坐标系下的角点映射到相机的像素坐标系下的重映射误差、loss2为使用第p张标定图和第q张标定图间对应角点映射误差,

其中,u和v为像素点坐标,f为焦距,dx和dy为单个像素点大小单位,u0和v0为图像中心,和 为相机相对于标定板的旋转矩阵和平移矩阵,Xw、Yw、Zw是标定板上的世界坐标,ZcT

为标定板在相机中的深度,0 为零向量,P(u,v)为图像中角点的像素坐标,为重映射以后角点的像素坐标,Zcp为第p张图像在相机坐标系下角点的深度,uq和vq为第q张图像中角点的像素坐标, 和 为第q张图像中角点的世界坐标系到相机坐标系下的旋转矩阵和平移矩阵, 和 为第p张图像和第q张图像间的旋转矩阵和平移矩阵由混联六自由度平台反馈得到;

第五步:将标定结果的误差阈值与步骤2中设定的误差阈值进行比较,若大于该误差阈值则执行继续执行步骤3,若小于该误差阈值则结束标定过程,输出标定参数:相机的焦距、像素大小、畸变系数。

6.根据权利要求5所述的相机自动标定方法,其特征在于,所述步骤三中,角点挑选过程原理:对每张图像的角点处进行划分为N×N的区域,并分析每个区域的质心[Xcij,Ycij],求得角点坐标和质心的欧式距离,并求得整张图像的所有角点的欧式距离的平均值,剔除出大于平均值的,将小于平均值的角点保留下来作为标定数据。

7.根据权利要求5所述的相机自动标定方法,其特征在于,所述loss2的计算过程为:通过使用机构移动过程中记录的第p张和第q张标定板图像的变换矩阵 对每张图像的标定板坐标到相机坐标变换: 得到第p张和第q张标定板图像在相机坐标系下的变换关系:

代入相机的数学模型,

将角点通过图像像素坐标系投影到相机坐标系: 再对该点投影进行评估组成loss2,其中, 为标定板相对于相机的三维坐标, 为第p张标定板图像中标定板相对于相机的三维坐标。