机器人足目标定方法和标定装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN101096101A
(43)申请公布日2008.01.02

(21)申请号CN200610086639.1

(22)申请日2006.06.26

(71)申请人北京航空航天大学
地址100083北京市海淀区学院路37号

(72)发明人张广军李秀智魏振忠周富强

(74)专利代理机构中国航空专利中心

代理人梁瑞林

(51)Int.CI
B25J9/16
B25J13/00

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称
机器人足目标定方法和标定装置

(57)摘要
本发明属于机器人视觉导航技术领
域，涉及对摄像机与机器人位置关系标定
方法的改进。基于一个带有车载计算机的
可移动车体和摄像机，其特征在于，在可
移动车体上分布着10～30个位置固定的特
征点，在机器人前方放置有一面平面反射

镜靶标M，标定的步骤如下：1.建立坐标
系；2.以平面镜为中介，建立摄像机坐标
系与机器人坐标系的位置关系。本发明解
决了移动机器人系统的足目标定问题，不
需要简化待标定参数，对摄像机固联平台
的运动自由度没有要求，也可用于手眼定
标。在标定出摄像机内部参数的前提下，
则只需在合适位置拍摄一幅平面镜图像即
可完成标定任务，简单实用，可实现现场
标定。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1、机器人足目标定方法，基于以下的标定装置，一个带有车载计算机的可移动车
体，在该可移动车体上固定着摄像机，其特征在于，在可移动车体上分布着10～
30个位置固定的特征点，这些特征点是车体棱边的交点或者固定在车体上的机械
构件棱边的交点或者固定在车体上的摄像机支架棱边的交点，上述特征点在机器人
坐标系下的坐标是已知的，构成特征点集Θ；在机器人前方放置有一面平面反射镜

靶标M，使车体上特征点的镜像点集Θ′能够在摄像机中成像，在平面镜靶标M上
有四个已知特征点，它们是一个矩形的四个顶点；标定的步骤如下：

1.1、建立坐标系；

符号说明：下文出现的下标字母代表不同的坐标系：c-摄像机坐标系，m-平面镜坐
标系，om-辅助坐标系，ri-镜像坐标系，r机器人坐标系；

1.1.1、建立机器人坐标系O_r-
x_ry_rz_r；以可移动车体前后轮轴中心连线的中
点为原点O_r，y_r、z_r轴分别与车轴平行和垂直，
按右手规则规定x_r的方向；

1.1.2、建立摄像机坐标系O_c-
x_cy_cz_c；以摄像机光心为原点O_c，
x_c、y_c轴分别与成像面的横、纵轴平行，z_c轴
即光轴；

1.1.3、建立镜像坐标系O_ri-
x_riy_riz_ri；以车体坐标系原点O_r的
镜像点O_ri为原点，y_ri与z_ri轴分别和
y_r与z_r轴关于平面镜中心对称，x_ri与
x_r轴方向相反；

1.1.4、建立平面镜坐标系O_m-
x_my_mz_m；以平面镜左上角的特征点为坐标原
点，x_m与y_m轴在镜平面Ω上，与镜平面Ω上四个特征点
构成的矩形的两边重合，按右手规则规定z_m轴的方向；

1.1.5、在平面镜的反面Ω′上建立辅助坐标系O_om-
x_omy_omz_om；其原点与平面镜坐标系
O_m-x_my_mz_m的原点重合，
x_om和x_om分别与x_m和z_m相反，
y_om与y_m重合；

1.2、标定过程；下面文字中的X_i＝
(x_iy_iz_i)<sup>T