太阳敏感器测量坐标系与立方镜转换矩阵的标定（重投）

提出一种太阳敏感器测量坐标系与立方镜坐标系转换矩阵标定的方法。该方法首先利用太阳模拟器和两轴转台,对太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系进行标定。然后利用光阑接受屏和CCD图像瞄准定位系统,对立方镜坐标系和转台坐标系进行标定,最后以转台坐标系作为中间坐标系计算出所述两坐标系的转换矩阵,从而将太阳敏感器测量的太阳视线方向间接转换到立方镜坐标系。实验结果表明两坐标系转换矩阵的标定精度优于4(1σ),满足太阳敏感器测量精度要求。该方法不需要精准的加工和安装工艺,同时对两坐标系转换矩阵的标定也不需要太阳敏感器测量坐标系与转台坐标系保持一致,易于实现,具有实用价值。     

测绘相机坐标系与立方镜转换矩阵的标定

介绍了一种测绘相机坐标系与立方镜之间关系的标定方法。对两坐标系的转换矩阵、标定方法和标定精度进行研究。推导了两坐标系的关系,建立了坐标系间的转换矩阵。利用高精度二维转台、0.5″经纬仪和平行光管完成了测绘相机与相机立方镜坐标系之间的角度测量。最后,对标定精度进行了分析。误差分析结果表明:该方法的标定精度优于2″(1σ),可以满足测绘相机坐标系与立方镜转换关系的标定要求,具有实用价值。     

测绘相机立方镜与星敏立方镜转换矩阵的标定

传输型立体测绘卫星利用测绘相机进行摄影测量时,需要确定测绘相机在惯性坐标系中的姿态。确定姿态时,首先由星敏感器测量得到星敏测量坐标系在惯性坐标系中的姿态,然后通过星敏测量坐标系与星敏立方镜的转换矩阵、星敏立方镜与测绘相机立方镜的转换矩阵,得到测绘相机测量坐标系在惯性坐标系中的姿态。文中介绍了各坐标系的定义,根据星敏立方镜与测绘相机立方镜坐标系的关系,利用4台经纬仪测量系统分别建立星敏立方镜和测绘相机立方镜的坐标系以及2坐标系间的转换矩阵,介绍了2个立方镜坐标系的标定方法,多次测量结果表明,最大标定误差为1.011 6",优于2"(1σ),满足立体测绘精度的要求。     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

串联机器人标定系统的坐标系快速转换方法

针对串联机器人标定系统中的工业机器人基座标系{B}与激光跟踪仪测量坐标系{T}的转换问题,提出一种融合多点拟合法和轴线矢量测量法的坐标系快速转换方法。该融合坐标系快速转换方法首先利用轴线矢量测量法获得旋转矩阵R,然后利用多点拟合法获得位移矢量T,进而得到坐标系转换矩阵BTR。试验结果表明该融合坐标系快速转换方法的测量时间比多点拟合方法减少了184.68s,但综合RMSE(Root mean squared error,RMSE)增加了0.215mm;相比于基于关节圆交点的坐标系转换方法,该方法的综合RMSE降低了0.626mm,测量时间仅增加了51.26s;相比于基于平面拟合转换法,该方法的综合RMSE与测量时间分别降低了2.790mm和120.0s。因此,该融合坐标系快速转换方法的转换精度远优于基于轴线测量的坐标系转换方法,相比于多点拟合法具有相近的转换精度和更好的测量效率。     

机器人工具坐标系自动校准方法

摘 要：为了实现工业现场中快速高效的对机器人工具坐标系进行标定,同时提升坐标标定的精度,提出了一种机器人工具坐标系快速标定方法,搭建了标定传感器系统和实验平台。对标定系统的标定测量速度和标定精度进行了测量和研究。该标定方法使机器人按照预定圆周和直线的轨迹进行运动,运动时统计该系统在光电标定传感器中出现的时刻,得到工具坐标系偏斜的位置。本文分析了由于光电标定传感器可能由于装配的原因坐标系不能形成直角坐标系而造成的误差,同时根据坐标系转换的关系,从而排除此项误差。实验结果表明：机器人工具坐标系的标定精度为±0.5mm,标定及恢复时间为15s。该结果满足汽车生产线的精度和效率的要求,能够快速有效的对机器人工具坐标系进行标定。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

机器人工具坐标系的快速标定方法

为了解决机器人工具坐标系标定时标定精度不高、效率较低的问题,提出一种基于激光跟踪仪的工具坐标系快速标定方法。首先,分析机器人末端法兰盘的结构,根据法兰盘上各点的相对位置关系,利用激光跟踪仪及几何法原理进行工具坐标系的位置标定;其次,控制机器人沿工具坐标系的X轴和Z轴方向分别运动,根据工具坐标系和法兰末端坐标系的相对位姿关系进行工具坐标系姿态标定;最后,利用基于距离约束的工具坐标系标定方法和本文提出的几何法标定结果进行精度对比分析。实验结果表明几何法进行工具坐标系后机器人定位精度能达到0.692 mm,与距离约束法的工具坐标系标定精度相当;同时几何法不需要机器人运动,只需测量机器人末端的6个点就能实现工具坐标系的位置标定,且机器人末端更换新的工具后只需测量一个点就能实现新工具的位置标定。实验表明,几何法标定实验过程为3min,而距离约束法实验过程为8 min,标定效率提高了62.5%,说明该方法具有高效率和高精度的特点,能够满足高精度任务作业的实际需要。     

车载光电跟踪系统跟踪转台的初始标定

提出了基于坐标变换的目标跟踪转台初始标定方法,用于提高车载光电跟踪系统的跟踪精度.首先,运用坐标变换理论,建立了转台精标定的数学模型,求解了转台标定的变换矩阵;然后,根据转台标定的实际需要,通过合理地分析和近似,推导了一种转台的粗标定方案;最后,将粗标定与精标定方法相结合对跟踪转台进行初始标定实验.实验结果表明,该标定方法提高了初始标定的效率,对大于等于10 km的远距离目标,精标定之后的转台跟踪误差小于0.1°,完全满足车载光电跟踪系统的精度要求.该标定方法已在一批车载光电跟踪系统中得到了成功应用.     

四轴非接触测量坐标系偏移的精密检测方法研究

温度变化是引起测量误差的一个重要因素,对于带立式转台的四轴测量机来说,温度变化会造成转台轴线相对于测量机零点的位置变化,即将之前的转台坐标系进行了平移,这样就给测量结果带来了误差。为了测量计算转台坐标系发生的偏移,本文对比了旋转转台多角度测棒法和固定转台单角度测棒法两种方法,最终确定了利用非接触测头在固定转台不旋转的情况下通过标准棒测轴线法来获得转台坐标系偏移,进而实现对测量数据的温度补偿,从而提高测量精度。     

基于一维靶标的多视觉传感器全局校准

基于交比不变性原理和一维靶标点共线的特点,提出了一种多视觉传感器全局校准方法。以一个视觉传感器坐标系为基础,建立全局坐标系,称该视觉传感器为基础视觉传感器。将一维靶标在基础视觉传感器和待校准视觉传感器前合适位置摆放至少两次。对每个视觉传感器,根据拍摄得到的三个或三个以上靶标点图像坐标,由交比不变性原理,求解不在视场区域的靶标点图像坐标。结合靶标点之间的距离约束,求解待校准视觉传感器到基础视觉传感器的转换矩阵。根据一维靶标特征点共线的特点,通过捆绑调整方式得到转换矩阵的最优解。最后通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器全局校准。该方法不需外部辅助设备、简单灵活,实用性强。试验证明全局校准精度可达0.041mm。     

基于手眼系统的线结构光焊缝跟踪系统设计

为了实现一般手眼系统与线结构光焊缝跟踪系统主要部件的复用,在一般手眼系统的基础上,加装激光器、滤光片、保护装置等设备,将其用作焊缝跟踪系统中的线激光结构光焊缝跟踪传感器。通过实验对原手眼系统的标定结果进行实验修正,使其可以替代线结构光焊缝跟踪传感器的标定。详细分析了安装激光器、滤光片、保护装置等对原手眼标定结果造成的影响,使用数据逼近的方法提高线激光结构光焊缝跟踪传感器的手眼标定精度;实验时先对手眼系统进行标定,得到相机坐标系到工具坐标系的原外参矩阵;再对使用原外参矩阵得到的焊点数据,与焊点的实际坐标的误差进行分析,修正手眼系统标定结果。通过实验验证了本方法在手眼系统标定结果基础上,进行加装机构后的线结构光焊缝跟踪传感器的手眼标定的平均精度可达0.53 mm,能够满足机器人焊接的需求。     

双轴太阳跟踪系统运动控制规律的研究

基于太阳位置计算模型,采用矢量分析方法,通过地平坐标系、时角坐标系、跟踪坐标系间的坐标变换,建立了太阳位置与时间、跟踪系统运动与太阳运行位置间的对应关系,并建立了视日运动轨迹跟踪方式——双轴太阳跟踪系统运动控制方程。对其运动特性进行了分析,在此理论分析基础上开发了双轴太阳跟踪控制系统程序,实现了双轴太阳跟踪系统的自动跟踪。     

基于单经纬仪的视觉测量三维数据拼接方法

本文针对大型自由曲面三维视觉测量中的数据拼接问题，建立了经纬仪透视投影模型，提出了以平面靶标为中介坐标系，以经纬仪坐标系为全局坐标系的三维数据拼接方法。在大型自由曲面的若干测量子区域附近放置一个平面靶标，通过视觉传感器拍摄平面靶标上的特征点，求得视觉传感器坐标系到靶标坐标系的变换矩阵；通过经纬仪观测靶标上的特征点，求得靶标坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。因此，可求得视觉传感器坐标系到经纬仪坐标系的变换矩阵。将视觉传感器所测得的各子区域的三维数据统一到了经纬仪坐标系下，即完成了大型自由曲面的全局测量。经实验验证，数据拼接的RMS误差小于0．487mm。     

大型自由曲面移动式三维视觉测量系统

本文介绍了一种移动式三维视觉测量系统，用于大型物体自由曲面的测量。传感器采用双目立体视觉方式，并结合编码结构光技术，使匹配过程简化。传感器移动到大型物体周围对各局部区域进行测量。采用一个平面靶标作为中介，建立了传感器位姿变换矩阵的优化目标函数，根据靶标上多个特征点求解出该矩阵，即拼接矩阵。传感器在各个位置所测三维数据通过拼接矩阵统一到全局坐标系下。视觉测量系统在2个位置对维纳斯石膏像进行了测量，并进行拼接。结果表明，该测量系统操作简单，适用范围广；x、y、z坐标拼接RMS误差分别为0．038mm、0．022mm和0．135mm。     

基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准

针对现有多视觉传感器全局校准方法多依赖外部辅助设备的问题,提出一种基于双平面靶标的多视觉传感器现场全局校准方法。以其中一个视觉传感器为基础视觉传感器,建立全局坐标系。根据基础视觉传感器与待校准视觉传感器之间的位置关系,调整固定两个平面靶标之间位置。将双平面靶标无约束移动多次(至少三次),每个视觉传感器可以“看”到对应的平面靶标。以两个平面靶标之间位置关系不变为约束条件,求解待校准视觉传感器坐标系到全局坐标系的转换矩阵,通过非线性优化方法求解转换矩阵在最大似然准则下的最优解。当视觉传感器多于两个时,通过两两视觉传感器校准的方式完成多视觉传感器现场全局校准。试验证明该方法灵活方便,切实可行。     

基于三点透视模型的线结构光系统标定方法

针对现有线结构光传感系统标定过程中对设备要求高、标定过程繁琐等问题,提出一种基于三点透视模型的快速标定方法。引入一个可自由移动的平面靶标,靶标上只需要共线、且相互位置确定的三个特征点,利用共线三点建立三点透视数学模型,根据三个特征点以及光条纹在摄像机像面的成像信息,就可以获取光平面上标定点在摄像机坐标系下的坐标。平面靶标在视觉范围内任意移动几个位置,得到光平面上多个标定点坐标,从而确定光平面方程。实验证明,该方法平均相对测量误差小于0.8%。该方法不需要昂贵的辅助调整设备,也不需要求解坐标系之间的转换矩阵,简单、快速,适合现场标定。