The invention belongs to the field of automation engineering technology, and relates to the relative positioning method of capsule robot and target to be measured in three-dimensional enclosed unstructured space. The real-time image obtained by the capsule robot during hovering and posture adjustment is transmitted to the human-computer interaction interface by wireless communication. The target feature points are recognized and extracted by image processing. The distance from the target area to the camera is transformed into the focus of the camera to the specific feature points according to the principle of monocular vision ranging. The distance. By changing the orientation of magnetic vector axis, the capsule camera is driven to search the characteristic target of the area to be measured in situ. According to the image of the camera, the space distance between the capsule robot and the target to be measured relative to the reference position is determined. Combining with the capsule robot, the information of pitch angle and sideswing angle of the target feature is obtained twice, and the capsule machine is used. The spatial geometric relationship between human and the relative reference position of the target to be measured determines the location method of the reference position of the capsule robot and the target to be measured in the relative reference area.
【技术实现步骤摘要】
三维封闭非结构空间内胶囊机器人及待测目标的相对定位方法
本专利技术属于自动化工程
，涉及三维封闭非结构空间内胶囊机器人及待测目标的相对定位方法。
技术介绍
移动机器人的定位问题，特别是在未知、复杂、动态的非结构环境中(如人体胃肠道)的定位问题是当前移动机器人研究领域亟待解决的关键问题。现有自主移动机器人的定位技术可分为以下几种：1.基于路标的定位技术。路标是指具有明显特征的，能够被移动机器人传感器识别的特殊物体，路标在全局环境中具有固定和已知的位置，移动机器人定位的主要任务就是可靠辨识路标，并计算出移动机器人的位置，其定位精度的高低取决于对路标的识别以及位置信息的准确提取程度。然而在封闭狭窄非结构环境中，其环境信息通常都是未知的，通过人为设置具体的路标来更不现实，因此这种方法无法适应三维封闭非结构空间内移动机器人的定位需求。2.基于概率方法的移动机器人定位技术。该方法的理论基础是贝叶斯滤波BF(BayesianFilter)概率定位方法，其核心思想为用传感器测量数据去估计一个动态环境的未知状态，并以当前为止收集到的数据为条件，递归估计状态空间后验概率密度，并...
【技术保护点】
1.三维封闭非结构空间内胶囊机器人及待测目标的相对定位方法，其特征在于，步骤如下：第一步，首先根据小孔成像模型以及摄像机成像点与目标点的映射关系，建立以世界坐标表示的点P(XW,YW,ZW)与以像素为单位的图像坐标P″(u,v)之间的关系；之后通过对目标图像的处理和分析，提取目标图像特征点，将目标物到摄像机的距离关系转化为具体特征点与摄像机光心之间距离关系，最终建立基于单目视觉的空间测距模型；第二步，胶囊机器人进入三维非结构封闭空间后，依据被动模态定点悬停调姿，通过控制旋转磁矢量轴线的侧摆角和俯仰角改变其方位，在磁力矩随动效应下，胶囊机器人轴线与旋转磁场轴线始终保持一致，并...
【技术特征摘要】
1.三维封闭非结构空间内胶囊机器人及待测目标的相对定位方法，其特征在于，步骤如下：第一步，首先根据小孔成像模型以及摄像机成像点与目标点的映射关系，建立以世界坐标表示的点P(XW,YW,ZW)与以像素为单位的图像坐标P″(u,v)之间的关系；之后通过对目标图像的处理和分析，提取目标图像特征点，将目标物到摄像机的距离关系转化为具体特征点与摄像机光心之间距离关系，最终建立基于单目视觉的空间测距模型；第二步，胶囊机器人进入三维非结构封闭空间后，依据被动模态定点悬停调姿，通过控制旋转磁矢量轴线的侧摆角和俯仰角改变其方位，在磁力矩随动效应下，胶囊机器人轴线与旋转磁场轴线始终保持一致，并带动胶囊机器人摄像机在待测区域定点侧摆俯仰扫描观察；当观测到某参考标志时，对获取的图像进行图像处理，提取该参考标志特征的形心并将其作为位置参考点；之后运用单目视觉空间测距模型，计算摄像机光心到位置参考点的距离L1，并从磁场控制器读取摄像机获得参考位置图像时胶囊机器人的侧摆角θ1和俯仰角δ1；第三步，通过改变磁矢量轴线方位带动摄像机原地进行待测目标的搜索，当检测到待测目标后再次通过图像处理识别待测目标形心，并根据上述测距方式计算待测目标形心到摄像机光心的距离L2，同时从磁场控制器读取此时胶囊机器人的侧摆角θ2和俯仰角δ2信息；第四步，以第二步确定的位置参考点为原点，建立与外部磁场坐标系OXYZ相平行的世界坐标系OwXwYwZw，由于该坐标系由外部磁场坐标系OXYZ经空间平移得到，且胶囊机器人处于外部磁场的均匀区内，胶囊机器人轴线与磁场坐标系OXYZ各坐标轴的夹角、胶囊机器人轴线与世界坐标系OwXwYwZw各坐标轴的夹角，两个夹角相同；之后根据胶囊机器人和待测目标与位置参考点距离及空间位置关系，并结合两次观测到目标区域时的俯仰、侧摆角信息，分别确定出待测目标和胶囊机器人相对于位置参考点的空间方位信息。2.根据权利要求1所述的三维封闭非结构空间内胶囊机器人及待测目标的相对定位方法，其特征在于，所述的第一步中，根据小孔成像模型建立单目视觉空间测距模型的推导过程如下：O0为摄像机的光心，O(x0,y0)为摄像机光轴O0Ow与像平面的交点，以O(x0,y0)为原点建立像平面坐标系Oxy，同时以成像面右上角为坐标原点建立与Oxy各坐标轴平行的以像素为单位的坐标系ouv；设摄像机在竖直面内俯仰δ角观测到平面上一目标点P，P′为被测点P在像平面上的映射点，Px'、Py'点分别为P'在x、y轴上的投影点；以光轴与水平面的交点Ow为原点建立二维平面坐标系OXwYw,点P在各坐标轴上的投影点分别为Px、Py；摄像机光心O0在水平面的投影点为O1，距离水平面的高度为h，摄像机的焦距为f，即OO0＝f；设光轴O0O与O0Py'的夹角为β，与O0Px'的夹角为γ，P'点在坐标系Oxy中的坐标为P'(x1,y1)，摄像机光心O0与点P的空间距离为L，则在三角形O0PPy中，L表示为在三角...
【专利技术属性】
技术研发人员：张永顺，杨慧远，田丰，王殿龙，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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