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1、第6期(总第199期)机械工程与自动化No.62016年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec.文章编号:1672-6413(2016)06-0195-03基于双目立体测距的泵车臂架防碰撞算法郑晓辉(湘潭大学信息工程学院,湖南湘潭411100)摘要:提出了一种基于双目立体视觉的障碍物三维坐标定位和防碰撞算法。首先建立了混凝土泵车臂架系统的D-H矩阵模型,然后通过双目视觉数字测量方法,测量出障碍物与位于臂架前端的摄像头的距离以及障碍物在整个泵车臂架的三维坐标系中的坐标,通过包围盒算法对泵车臂架的运动进
2、行预测,有效地预防危险。最后,利用MATLAB仿真软件进行了臂架的运动控制模拟及防碰撞仿真计算。关键词:混凝土泵车;双目立体视觉测距;防碰撞算法中图分类号:TU642∶TP391.7文献标识码:A0引言根据图2、图3,假设两摄像机的投影中心连线的混凝土泵车作为一种混凝土输送和浇筑的专用车距离为T,相机焦距为f,两摄像机在同一时刻观看物型,在建造领域有着非常广泛的应用。但是目前都是体的同一特征点为P(xc,yc,zc),两摄像机所采集的图依靠人工控制臂架进行运动,没有完全实现泵车臂架像中目标的坐标点位置分别为Pl(xl,yl)和Pr(xr
3、,yr)。的自动控制,因此实现对混凝土泵车臂架的自主避障的智能化控制具有重要的实际意义和使用价值。本文提出了一种基于双目立体视觉的障碍物三维坐标定位和防碰撞算法。1泵车臂架建模混凝土泵车的臂架系统包括转台、多节臂,其几何模型如图1所示。取图1中A0为空间坐标轴的原点,A1~A5的坐标点分别为:t,yt,zt)TìPA=(x1111t,yt,zt)TPA=(x2222图1混凝土泵车臂架的几何模型图2双目摄像头模型俯视t,yt,zt)TíPA=(x333.(1)3t,yt,zt)TPA=(x4444t,yt,zt)TîPA=(x5555其中
4、:(xt,yt,zt)表示泵车各个臂架节点在当前时刻tnnn的坐标点位置,n=1,2,…,5。2基于双目立体视觉的图像预处理和障碍物测距2.1双目采集图像预处理由于环境复杂,摄像机获取的图像会受到各种因图3双目摄像头模型立体图素的干扰,图像会引入大量噪声,因此应对图像进行去由于两个摄像机处于同一高度,因此目标点在左、噪、稳像等预处理。右图像中的纵坐标点相同,即yl=yr,则Pl(xl,yl),首先将采集到的RGB彩色图像转换为灰度图,然Pr(xr,yr)和P(xc,yc,zc)存在如下的关系式:后对灰度图进行滤波处理,本文采用高斯滤波算
5、法,通过ìxc图像和高斯滤波核函数进行卷积来抑制图像中的高频分xl=f·zc量。最后主要通过仿射运动补偿算法实现稳像处理。xc-T2.2基于双目立体视觉技术的障碍物测距íxr=f·.(2)zc双目立体视觉通过两个摄像机拍摄同一场景,计算空间点在两幅画中的视差,获得该点的三维坐标值,yycl=yr=f·îzc如图2、图3所示。收稿日期:2016-04-11;修订日期:2016-09-17作者简介:郑晓辉(1989-),男,湖南永州人,在读硕士研究生,主要研究方向:工程机械智能化控制。·196·机械工程与自动化2016年第6期左、右两个摄像
6、机所采集的图像的视差可以通过角线的一半。如下公式表示:D=xl-xr.(3)再根据三角形的相似性原理可以得到:T×fd=.(4)D其中:d为物体和摄像机之间的距离。3臂架防碰撞算法3.1基于包围盒臂架防碰撞算法以形状划分,常见的有AABB包围盒、球形包围盒、OBB包围盒等。其中球形包围盒构造简单,且其相交检测计算复杂度低。3.2一种新型的多层次包围盒臂架快速防碰撞算法针对这个问题,本文提出一种新型多层次分级包围盒防碰撞检测算法。其流程图如图4所示。首先对障碍物建立球形包围盒,假设障碍物为一个标准的长方体,则可选择球形包围盒,其几何效果图
7、图4改进多层次包围盒碰撞检测算法如图5、图6所示。其球心坐标(xl,yl,zl)通过计算长ccc其次需要建立泵车臂架一级包围球的几何效果图方体顶点坐标的平均值获得,球体半径Rl为长方体对c如图7、图8所示。图5长方体建筑物图6长方体建筑物图7泵车臂架一级图8泵车臂架一级包围球平面图包围球立体图包围球平面图包围球立体图然后针对泵车臂架各个关节建立二级包围球。其交,说明臂架是安全的;否则相交,说明臂架可能存在几何效果图如图9、图10所示。二级包围球的球心坐碰撞风险,转入步骤(2)。标为每个泵车臂架两个端点的平均值,半径为该臂节(2)对离相交
8、区域最近的臂架二级包围球和障碍长度的一半。物包围球的相交检测,其原理与步骤(1)相同。最后,根据所建立的多层次包围球构建一种新型(3)障碍物和臂架的距离计算,由图11可知,障防碰撞策略,具体步骤如下:碍物和
