【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及激光除草機器人，特別是涉及一種激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置及方法。
技術(shù)介紹
1、在農(nóng)作物種植過程中，除草是一項至關(guān)重要的任務(wù)，它對于保證作物健康生長、提高產(chǎn)量具有不可忽視的作用。雜草與作物競爭土壤中的養(yǎng)分和水分，同時遮擋陽光，影響作物的光合作用效率，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致作物死亡。傳統(tǒng)的人工除草方式耗時耗力，化學(xué)除草劑雖然效果顯著，但長期使用會帶來環(huán)境污染問題，并且可能對人類健康構(gòu)成威脅。因此，開發(fā)更加環(huán)保高效的除草方法成為了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重要課題。
2、近年來，基于視覺技術(shù)的激光除草系統(tǒng)逐漸進入人們的視野。如現(xiàn)有技術(shù)cn116250523a所示的激光除草機器人，這種新型除草機器人包括激光器、振鏡以及攝像頭，利用攝像頭捕捉田間圖像信息，通過圖像處理算法識別出雜草的位置，隨后精確控制激光器發(fā)出高能激光束直接照射到雜草上，達到殺死或抑制其生長的目的，而不會傷害周圍的作物。這種方法不僅提高了除草效率，還極大地減少了對環(huán)境的影響，是未來智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個重要方向。
3、然而，要實現(xiàn)精準(zhǔn)定位并有效去除雜草，該系統(tǒng)面臨著一個關(guān)鍵的技術(shù)難題：即如何準(zhǔn)確地將激光發(fā)射機構(gòu)坐標(biāo)系與用于識別目標(biāo)位置的相機坐標(biāo)系之間進行轉(zhuǎn)換參數(shù)標(biāo)定。這一步驟對于確保激光能夠準(zhǔn)確擊中預(yù)定目標(biāo)至關(guān)重要。激光坐標(biāo)系與相機坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換參數(shù)有12個，目前，主要依靠高精度的機械加工與裝配，通過機械位置確定上述12個參數(shù)。但如果加工制造出現(xiàn)誤差，相機與激光器之間會發(fā)生相對位置偏差和旋轉(zhuǎn)，將會直接影響坐標(biāo)變換矩陣參數(shù)的準(zhǔn)確定，導(dǎo)致
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本專利技術(shù)提供一種激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置及方法，旨在降低坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換參數(shù)的標(biāo)定難度，使得僅需要保證激光和相機安裝孔在垂直方向的精度，其他參數(shù)可以在安裝完成后再進行參數(shù)標(biāo)定，降低實現(xiàn)成本。
2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其包括底座與標(biāo)定臺；
3、所述標(biāo)定臺上具有圓形的標(biāo)定板，所述標(biāo)定板上具有相互垂直的兩條標(biāo)定直線，兩條所述標(biāo)定直線的相交位置為中心；所述標(biāo)定板上具有4個標(biāo)定點，所述標(biāo)定點的位置與所述中點的位置不重合；所述標(biāo)定板能夠圍繞所述中心旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)姿態(tài)；
4、所述標(biāo)定臺能夠相對于所述底座調(diào)節(jié)高度。
5、進一步地，所述底座包含相對固定的底板與立管，所述標(biāo)定臺的下方固定有伸縮管；所述伸縮管與所述立管兩者能夠相對伸縮調(diào)節(jié)位置，且兩者的相對位置能夠被固定。
6、進一步地，所述立管上具有一個固定孔，所述伸縮管上具有直線陣列排布的4個調(diào)節(jié)孔，相鄰所述調(diào)節(jié)孔之間的間距為h；所述伸縮管與所述立管兩者的相對位置能夠被同時穿過所述固定孔以及所述調(diào)節(jié)孔的第一螺栓鎖定。
7、進一步地，所述標(biāo)定板上具有多個螺釘，所述標(biāo)定臺上具有環(huán)槽，所述螺釘?shù)奈膊恐糜谒霏h(huán)槽內(nèi)，且所述螺釘?shù)念^部安裝有螺母。
8、激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定方法，其基于上述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置；相機坐標(biāo)系pc與激光坐標(biāo)系pl之間的變換關(guān)系如下式：
9、
10、其中，(xc，yc，zc)為目標(biāo)點在相機坐標(biāo)系pc中的坐標(biāo)，(xl，yl，zl)為目標(biāo)點在激光坐標(biāo)系pl中的坐標(biāo)；r1～r9、tx、ty、tz均為變換參數(shù)；r為旋轉(zhuǎn)變換矩陣，t為平移變換矩陣；
11、參數(shù)tz是通過測量方式獲得或根據(jù)設(shè)計值確定，參數(shù)r1～r9、tx、ty基于如下方法標(biāo)定得到，方法包括如下步驟：
12、步驟s1：求解變換參數(shù)r1～r6以及tx、ty：
13、-步驟s101：在所述標(biāo)定臺位于一種高度時，基于所述中心以及所述標(biāo)定直線使兩條所述標(biāo)定直線分別與所述激光坐標(biāo)系的x、y軸對正；
14、-步驟s102：調(diào)節(jié)x軸振鏡電機與y軸振鏡電機，使得經(jīng)振鏡裝置反射后的激光分別投射至4個所述標(biāo)定點，分別得到4個所述標(biāo)定點在激光坐標(biāo)系中的xl，yl坐標(biāo)(xli，yli)i＝1,2,3,4；
15、-步驟s103：通過相機獲取圖像，分別得到4個所述標(biāo)定點在相機坐標(biāo)系中的xc，yc坐標(biāo)(xci，yci)i＝1,2,3,4；
16、-步驟s104：基于如下算式得到變換參數(shù)r1～r6以及tx、ty：
17、xli＝r1xci+r2yci+r3zci+tx(i＝1,2,3,4)；
18、yli＝r4xci+r5yci+r6zci+ty(i＝1,2,3,4)；
19、步驟s2：求解變換參數(shù)r7～r9：
20、-步驟s201：調(diào)節(jié)所述標(biāo)定臺至最低位置，使激光除草模塊輸出的激光投射至所述標(biāo)定板的中心位置處，并通過所述相機(a2)識別所述中心，得到當(dāng)前所述中心的坐標(biāo)(xc0，yc0，zc0)；
21、-步驟s202：將所述標(biāo)定臺按步距h調(diào)高三次，分別獲取每一高度下視覺坐標(biāo)系下的圓心坐標(biāo)(xci，yci，zci)(i＝1,2,3)；
22、-步驟s203：基于如下算式得到r7～r9：
23、ih＝r7(xci-xc0)+r8(yci-yc0)+r9(zci-zc0)(i＝1,2,3)。
24、進一步地，所述步驟s101具體包括如下步驟：
25、步驟a：使x軸振鏡電機以及y軸振鏡電機的旋轉(zhuǎn)角度均為0，移動所述底座的位置使激光除草模塊輸出的激光投射在所述中心處；
26、步驟b：對x軸振鏡電機的旋轉(zhuǎn)角度輸入任一正值，y軸振鏡電機的旋轉(zhuǎn)角度為0，旋轉(zhuǎn)所述標(biāo)定板，使所述激光除草模塊輸出的激光所述標(biāo)定板輸出的激光投射在所述標(biāo)定板上的x+軸上，將所述標(biāo)定板固定；
27、步驟c：對y軸振鏡電機的旋轉(zhuǎn)角度輸入任一正值，x軸振鏡電機的旋轉(zhuǎn)角度為0，根據(jù)所述激光除草模塊輸出的激光的投射位置確定y+軸與y-軸。
28、有益效果：本專利技術(shù)的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置及方法，具有如下有益效果：
29、(1)傳統(tǒng)的方式需要在加工制造與裝配環(huán)節(jié)保證相機與激光部分的相對位置的方式，成本極高，相比而言，本專利技術(shù)的方案徹底改變了標(biāo)定方式，對于需要確定的12個參數(shù)而言，僅需要保證激光和相機安裝孔在垂直方向的精度，其他11個參數(shù)可以在安裝完成后再進行參數(shù)標(biāo)定，確定坐標(biāo)變換矩陣，如此可以大幅減小加工制造以及裝配難度，提高激光束控制準(zhǔn)確度，且方便在相機與激光的相對位置跑偏后再次進行二次校正。
30、(2)標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，基于該裝置能夠方便地進行坐標(biāo)對正以及本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其包括底座(1)與標(biāo)定臺(2)；其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述底座(1)包含相對固定的底板(11)與立管(12)，所述標(biāo)定臺(2)的下方固定有伸縮管(4)；所述伸縮管(4)與所述立管(12)兩者能夠相對伸縮調(diào)節(jié)位置，且兩者的相對位置能夠被固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述立管(12)上具有一個固定孔(12a)，所述伸縮管(4)上具有直線陣列排布的5個調(diào)節(jié)孔(4a)，相鄰所述調(diào)節(jié)孔(4a)之間的間距為h；所述伸縮管(4)與所述立管(12)兩者的相對位置能夠被同時穿過所述固定孔(12a)以及所述調(diào)節(jié)孔(4a)的第一螺栓(5)鎖定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述標(biāo)定板(3)上具有多個螺釘(6)，所述標(biāo)定臺(2)上具有環(huán)槽(2a)，所述螺釘(6)的尾部置于所述環(huán)槽(2a)內(nèi)，且所述螺釘(6)的頭部安裝有螺母(7)。p>
5.激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定方法，其基于權(quán)利要求1所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置；相機坐標(biāo)系Pc與激光坐標(biāo)系PL之間的變換關(guān)系如下式：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟S101具體包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其包括底座(1)與標(biāo)定臺(2)；其特征在于：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述底座(1)包含相對固定的底板(11)與立管(12)，所述標(biāo)定臺(2)的下方固定有伸縮管(4)；所述伸縮管(4)與所述立管(12)兩者能夠相對伸縮調(diào)節(jié)位置，且兩者的相對位置能夠被固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光除草機器人相機-激光坐標(biāo)變換參數(shù)標(biāo)定裝置，其特征在于，所述立管(12)上具有一個固定孔(12a)，所述伸縮管(4)上具有直線陣列排布的5個調(diào)節(jié)孔(4a)，相鄰所述調(diào)節(jié)孔(4a)之間的間距為h；所述伸縮管(4)與所述立管(12)兩者的相...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：關(guān)卓懷，謝慶，劉賽賽，蔣蘭，湯慶，吳俊，張敏，吳崇友，
申請(專利權(quán))人：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機械化研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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