陳廣寧 陳文杰 吳玉林 劉晨 陶曉宇

【摘 要】 隨著智能機(jī)械化的發(fā)展，越來越多的機(jī)器人代替了人類勞動，同時(shí)這一智能機(jī)械化的發(fā)展大大降低了危險(xiǎn)地帶的死亡率。本次研發(fā)的雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人就是在測量機(jī)器人的基礎(chǔ)上加上驅(qū)動器，來使得這種機(jī)器人在危險(xiǎn)的隧道、山洞、煤礦中也可以進(jìn)行正常的測量物體的三維坐標(biāo)信息，做到真正的解放人力。

【關(guān)鍵詞】 雙目視覺 慣性導(dǎo)航 定位 測量機(jī)器人

1 ?雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人的概念

雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人是指在雙目視覺運(yùn)動機(jī)器人的基礎(chǔ)之上加上慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)。因此，所謂的雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人就是采用類似于人的左右眼的CCD攝像頭作為測量機(jī)器人的左右眼，雖然被測物體在不同的觀測位置下的呈現(xiàn)出不同的成像，但是利用CCD鏡頭可以將這兩幅不同位置下的成像融合成一個(gè)圖像，這樣就更能方便對復(fù)雜的事物進(jìn)行觀測。此外，這臺機(jī)器人還裝有慣性原件（主要包括陀螺儀、加速度計(jì)等慣性敏感原件），而所謂的慣性原件就是采用重力及慣性的作用來測量出機(jī)器人在受重力作用下產(chǎn)生的加速度，之后在經(jīng)過機(jī)器的計(jì)算來得出機(jī)器人所處的具體的位置從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航。

總之，雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人可以效仿人眼處理客觀事物的景象，并通過兩個(gè)CCD鏡頭來感知同一物體存在的差異而獲取被測物體的3D信息，進(jìn)而可以直接測出機(jī)器人距離被測物體的距離。另外，它還具有慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可以把陀螺儀和加速度計(jì)作為導(dǎo)航參數(shù)的解算系統(tǒng)，并根據(jù)陀螺儀中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來解算出一個(gè)導(dǎo)航坐標(biāo)系，再通過加速度計(jì)解算出的數(shù)據(jù)即可得到機(jī)器人在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的位置和速度，從而實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)航和定位系統(tǒng)。因此，這類機(jī)器人可以在人類很難接觸到的危險(xiǎn)位置進(jìn)行測量工作。

2 ?常用測量機(jī)器人種類及特點(diǎn)資料

2.1 SRX測量機(jī)器人。儀器介紹：索佳超級測量機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的快速判別、鎖定、跟蹤、自動照準(zhǔn)和高精度測量，可以在大范圍內(nèi)實(shí)施高效的遙控測量。超級目標(biāo)捕捉系統(tǒng)由鏡站端可發(fā)射扇形光束的RC遙控器和測站端SRX系列全站儀上的光束探測器組成;光束探測器能敏銳地感知RC遙控器所發(fā)出的瞬間光信號，并驅(qū)動全站儀快速地指向目標(biāo)，對目標(biāo)進(jìn)行精確照準(zhǔn)和測量。系統(tǒng)內(nèi)置智能方向傳感器可以判別和鎖定指定目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的智能跟蹤。

2.2 GPT-9000A彩屏 WinCE測量機(jī)器人。儀器介紹：彩屏 WinCE測量機(jī)器人采用最安全的1級激光，無棱鏡測距達(dá)2000m，再一次打破了無棱鏡測距的極限。

系統(tǒng)特點(diǎn)： 用最安全的1級激光，無棱鏡測距達(dá)2000m，再一次打破了無棱鏡測距的極限 ;紅色激光指向（裝有紅色、極小光點(diǎn)激光指示器，輕松可知被測點(diǎn)位置，方便用戶定向或放樣作業(yè)）;XTRAC棱鏡跟蹤技術(shù)（瞬間重捕跟蹤鎖定技術(shù)、拓普康第三代快速鎖定技術(shù)、快速鎖定技術(shù)和IR通訊技術(shù)的完美結(jié)合）;高級系統(tǒng)設(shè)計(jì)，儀器端和反光鏡端均為無線連接，彩色觸摸屏，新型超快速伺服馬達(dá)驅(qū)動;內(nèi)置無線電通訊系統(tǒng)等。

2.3 ?GTS-900A測量機(jī)器人。儀器介紹：配備自動追蹤，自動照準(zhǔn)功能和Windows CE操作系統(tǒng)，跟蹤速度達(dá)15°/秒;可以用于幾乎所有的測量領(lǐng)域。

系統(tǒng)特點(diǎn)：具備瞬間重捕跟蹤鎖定技術(shù)，拓普康第三代夸蘇鎖定技術(shù);彩色觸摸屏幕，新型超快速伺服馬達(dá)驅(qū)動;內(nèi)置無線電通訊系統(tǒng);新型的野外FC-200野外控制器等;功能強(qiáng)大的TopSURV軟件。

2.4 ?TCA2003/1800測量機(jī)器人。系統(tǒng)特點(diǎn)：世界上最高精度的機(jī)器人：測角精度（一測回方向標(biāo)準(zhǔn)偏差）0.52，測距精度1mm+1ppm具有ART功能的TCA2003/1800全站儀，把地面設(shè)備帶入了測量機(jī)器人時(shí)代;以性能穩(wěn)定可靠著稱利用ART功能，白天和黑夜都可以進(jìn)行工作;通過相關(guān)工具用戶可以自開發(fā)機(jī)載應(yīng)用軟件;在GeoCOM模式下，通過計(jì)算機(jī)軟件的控制，可組成各種自動化測量系統(tǒng)在測量辦公軟件SurveyOffice或Leica Geo-0ffice的幫助下，可把儀器內(nèi)PC卡上保存的數(shù)據(jù)輕松地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中廣泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。

3 ?雙目視覺機(jī)器人點(diǎn)資料整理

3.1雙目視覺的工作原理。雙目視覺機(jī)器人的視覺識別系統(tǒng)是科研人員基于人體視覺研究進(jìn)行的[1]。其原理如下：太陽照射到物體的光，一部分被物體吸收，另一部分則經(jīng)過反射進(jìn)入人眼視網(wǎng)膜并在視網(wǎng)膜上成像，于是人眼便看到了世界萬物。對于雙目視覺機(jī)器人而言，光線通過鏡頭進(jìn)入圖像采集器并形成圖像輸出。雙目立體視覺利用兩個(gè)安裝位置不同的相機(jī)獲取的二維圖像，然后根據(jù)視差原理，通過三角測量[2]的方法獲得目標(biāo)物體的三維位置信息。

3.2雙目視覺目標(biāo)識別。由于傳統(tǒng)的目標(biāo)識別算法受環(huán)境、對象變化的制約，且在識別正確率及速度上存在不足，因此本文提出了基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)識別算法YOLO[3]。首先，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，準(zhǔn)確識別目標(biāo)并得出目標(biāo)的位置信息，然后利用雙目視覺對目標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位并得到其三維坐標(biāo)。其流程如下：（1）攝像機(jī)采集圖像，將圖像劃分為S*S網(wǎng)格（2）通過網(wǎng)格預(yù)測出B矩陣和置信度得分，記錄的元素有X，Y，W，H和P（object）*10U，其中P表示當(dāng)前位置是目標(biāo)的概率，10U表示重疊概率，X，Y是中心坐標(biāo)，W，H分別表示寬度和高度（3）計(jì)算每個(gè)預(yù)測網(wǎng)格的概率P.

4 ?數(shù)據(jù)的處理

本文在提出雙目視覺運(yùn)動及慣性導(dǎo)航定位測量機(jī)器人的概念后，先分別收集常用測量機(jī)器人和雙目視覺機(jī)器人的資料進(jìn)行整合，然后安裝軟件對現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理處理軟件進(jìn)行分析，奠定相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

結(jié) 論

本文通過對雙目視覺機(jī)器人[4]和定位測量機(jī)器人的監(jiān)測分析，發(fā)現(xiàn)了這些機(jī)器人都是在測量機(jī)器人的基礎(chǔ)上加上了雙目視覺和定位系統(tǒng)，通過影像傳感器來獲取影像，在計(jì)算機(jī)和控制器的顯示下生成自動跟蹤，從而得到了被測物體的各種數(shù)據(jù)，這一研究雖然能夠?qū)ξ矬w獲取到它的位置，坐標(biāo)等多方面的數(shù)據(jù)，但在精準(zhǔn)度和靈敏度方面仍有一定的欠缺。因?yàn)橄乱徊降哪繕?biāo)將針對這一機(jī)器人的靈敏度造成的誤差進(jìn)行改良。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張純純，馮創(chuàng)意，高統(tǒng)林.基于機(jī)器視覺的目標(biāo)識別與抓取研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2019，57（12）：93-96.

[2] 賀媛媛，陶知非，黃玉峰，王永芳.機(jī)器視覺系統(tǒng)在石油物探裝備中的應(yīng)用[J].物探裝備，2019，29（05）：342-344.

[3] 余俊. 基于雙目視覺的機(jī)器人目標(biāo)檢測與控制研究[D].北京交通大學(xué)，2011.

[4] 李鵬，張洋洋.室內(nèi)移動機(jī)器人雙目視覺全局定位[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2020，57（04）：254-261.