挖掘机操作臂姿态非接触式实时测量系统

蒋 毅，王海波，钱 宇

（西南交通大学 机械工程学院，四川 成都 610031）

1 引言

挖掘机操作臂姿态信息是挖掘机机器人化作业控制系统的关键参数之一，准确、实时地获取操作臂姿态信息至关重要。一般地，接触式测量方式使用旋转编码器[1]、拉线位移传感器[2-3]等对挖掘机操作臂姿态进行测量，但挖掘机操作臂在作业过程中经常与工作对象发生碰撞而极易造成接触式传感器的损坏。针对此问题，可使用基于机器视觉的非接触式测量系统获取挖掘机操作臂姿态。基于机器视觉的非接触式测量系统一般可分为立体视觉测量系统、单目视觉测量系统。立体视觉测量[4-5]系统结构复杂，测量视场小、距离短，不适用于运动范围广的挖掘机操作臂姿态的测量。相较而言，单目视觉测量系统结构简单、量程大[6-8]。但测量过程中工业相机捕获的图像元素多、复杂且挖掘机的操作臂与工作背景融合度大，导致图像的噪点多、处理耗时长和难以有效地检测到操作臂姿态特征信息等问题。

针对如上问题，提出了一种基于具有X角点特征结构的人工靶标和分组跟踪策略的挖掘机操作臂姿态非接触式实时测量系统。首先，将人工靶标安置在挖掘机各操作臂上表征其姿态信息；其次，以人工靶标中各X角点的空间距离作为约束条件，实时获得靶标X角点坐标，最后，计算得到操作臂姿态；在此测量过程中，分组跟踪策略的应用，大幅缩减图像的处理范围大小，提高测量实时性，减弱噪声干扰。……