基于双目视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。     

激光视觉机器人焊接中同时标定摄像机和手眼关系的方法

摄像机和机器人手眼标定是视觉机器人应用中的重要组成部分。针对激光视觉机器人焊接,根据机器人手眼矩阵和机器人末端对基坐标系的位姿矩阵的特定关系,提出了一种同时标定摄像机和机器人手眼的方法。用所设计的标定物对此方法进行标定试验,由非线性最小二乘优化法求解待标定的参数。从焊缝上取20个样点,利用标定结果恢复其三维空间坐标,并与实际三维坐标对比,平均误差为0.12mm,满足焊缝跟踪要求。     

结合精度补偿的机器人优化手眼标定方法

为了解决制造现场机器人高精度视觉测量定位的问题提出了一种结合模型精度补偿的机器人方位与手眼关系同步标定方法。该方法首先将视觉系统与机器人之间的位姿关系即手眼关系以及标定板与机器人坐标系的空间转换关系作为待优化求解对象,用齐次坐标矩阵分别表示机器人运动学正解以及视觉系统与标定板之间的位姿关系,进而构建闭环的机器人手眼关系优化方程;然后,使用三维旋转群表示旋转矩阵,建立了标定模型方程,用非线性全局优化的方式同步得到标定方程中矩阵的旋转和平移初始解,采用最小化相机的重投影误差提高了标定精度;最后,使用机器人运动学标定设备提升了本体的模型精度,再进行视觉标定得到了更准确的标定结果。实验结果表明:该标定方法只需提前示教若干点即可自动完成,操作简易高效;在补偿了机器人本体的臂长和关节零位误差后,算法精度从0.15mm提升至0.10mm。与经典的手眼标定方法相比,所提方法在不同测试数据集下的标定精度和稳定性均最优。     

基于激光跟踪的V型坡口焊接机器人研究

介绍了激光跟踪焊接机器人的结构组成和工作原理。在分析了V型坡口焊缝空间位置和形状特征的基础上,采取结构光法标定焊缝图像,经过焊缝条纹图像处理,提取焊缝特征点,根据三角测量原理建立了特征点的三维坐标。通过建立图像空间到机器人末端焊枪的笛卡尔空间雅可比矩阵,计算出焊枪在基坐标下的位姿,利用机器人逆运动学方程,求得机器人各关节的位置值,最后由关节控制器控制各个关节的运动,实现了机器人V形坡口焊接的视觉控制。     

基于激光跟踪的V形坡口焊接机器人

介绍了激光跟踪焊接机器人的结构组成和工作原理。在分析了V形坡口焊缝空间位置和形状特征的基础上,采取结构光法标定焊缝图像。经过焊缝条纹图像处理,提取焊缝特征点,根据三角测量原理建立了特征点的三维坐标。通过建立图像空间到机器人末端焊枪的笛卡尔空间雅可比矩阵,计算出焊枪在基坐标下的位姿;利用机器人逆运动学方程,求得机器人各关节的位置值,最后由关节控制器控制各个关节的运动,实现了机器人V形坡口焊接的视觉控制。     

移动机器人头-眼关系的自标定算法

针对一种特殊的仿人双臂移动机器人,基于双目视觉算法,在分析其运动关系的基础上,利用移动机器人的本体手臂,采用几何法和位姿分离法相结合的算法,对仿人机器人头部相机的位姿进行了标定.该标定算法无须外部标定模板,可快速准确地建立移动机器人视线坐标系和基础坐标系的位姿转换矩阵.实验结果验证了该标定算法的有效性,算法能满足移动机...     

基于惯性传感器遥控示教康复系统的研究

针对上肢康复机器人的被动康复训练,建立了一套基于惯性传感器且用于UR协作机器人的实时路径规划的示教系统.利用固定于示教者手心处的惯性传感器,实时获取手部相对于大地坐标系的位姿数据,经过坐标变化,转变为机器人末端在机器人机架坐标系中的位姿数据,再由通讯系统传给机器人系统,最后经逆向运动学转变为机器人各关节坐标数据,进而实现机器人带动患者上肢进行康复运动.现场测试验证了该系统功能的有效性.     

基于单目视觉的工业机器人抓取系统设计

针对工业机器人在示教模式下上料无法对位姿出现偏差的工件完成抓取的问题,设计了一种基于单目视觉的工业机器人抓取系统。系统使用单目视觉采集工件图像,利用九点标定法将图像中的工件形心坐标转换为机器人坐标系下的坐标;通过图像处理算出工件的旋转角度,引导机器人运动至目标位置并配合抓手完成对工件的抓取。最后以PCB为对象搭建了抓取系统,经过多次抓取实验,发现该抓取系统位置误差在2 mm以内、姿态误差在1.5°以内,能够满足自适应抓取工件的定位要求。     

机器人定点变位姿手-眼标定方法

在自由度冗余的机器人末端连杆上安装激光位移传感器可实现灵活的非接触测量。针对该机器人的手-眼标定问题,提出了一种定点变位姿标定方法(FPDP)方法。该方法采用多次改变机器人位姿对同一点进行测量,并利用机器人运动学方程和最小二乘原理,快速计算机器人末端坐标系与激光位移传感器坐标系的齐次变换矩阵。基于此标定方法,实现了机器人对凹坑深度的测量。实验结果表明,定点变位姿手-眼标定方法有效、快速,可用于三峡水轮机叶片蚀面检测。     

激光视觉机器人焊接中摄像机和手眼的同时标定

摄像机和机器人手眼标定是视觉机器人应用中的重要问题.文中针对激光视觉机器人焊接的具体应用系统,提出了一种同时标定摄像机和机器人手眼的方法.该方法依据机器人手眼矩阵和机器人手爪对基坐标系位姿矩阵之间的特定关系,进行一次标定实验而同时求解出摄像机参数和机器人手眼关系矩阵.此方法简单、实用、快捷,避免了传统方法复杂的实验和解答过程.计算结果表明,标定精度能满足机器人焊缝跟踪的应用要求.     

基于主动视觉的机器人末端姿态测量

采用平面校准形及移动摄像机到不同形位摄取图像的方法来进行摄像机校准，由灭点正交性和单对应矩阵的固有特征估计摄像机内、外参数初值，通过非线性优化来最小化投影误差；利用遗传算法求解机器人手眼矩阵，避免了初值估计，可容易地得到机器人执行器末端相对于绝对坐标系的姿态．实验和计算验证表明，这种测量方法是有效的，可以用于机器人校准、机器人辅助测量以及机器人辅助手术等领域．     

单目视觉SLAM车载摄像机快速位姿估计及景物重构

针对单目视觉同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping, SLAM)应用,提出一种快速车载摄像机位姿估计及景物结构3D重构算法。在无具体标定物的情况下,利用移动机器人二自由度运动导致摄像机采集视图中对应极点的特殊性质,标定出真实摄像机与虚拟摄像机间的相对姿态,并利用主动视觉方法进一步标定出移动机器人坐标系与虚拟摄像机坐标系间的相对位移;构造无穷单应变换,将真实视图中通过SIFT算法得到的假设欧氏匹配点集转换为对应虚拟摄像机的虚拟假设欧氏匹配点集,并利用基于RANSAC的归一化三点算法快速地对本质矩阵进行估计和分解;利用已观测到的路标三维信息,递归地剔除本质矩阵分解出的平移量的尺度不确定性,并利用线性三角形法重构出景物结构。实验结果表明:该算法在保证运算精度的同时,具有更快的运算速度。     

基于粒子滤波的移动机器人SLAM算法

针对FastSLAM算法对传感器精度要求较高,不适用于方向性差的超声传感器问题,提出了一种基于超声概率栅格地图环境特征点提取匹配的移动机器人粒子滤波同时定位与地图创建(SLAM)算法.该算法可分解为机器人位姿估计和环境路标估计2个部分.基于蒙特卡罗定位原理利用粒子滤波算法对机器人运动轨迹进行估计;在建立全局超声概率栅格地图的基础上,利用概率栅格地图环境特征提取算法对环境路标坐标进行估计.实验证明,该算法较好地解决了超声测距传感器由于散射角大带来的特征点估计不准的问题,对环境路标和机器人轨迹的估计都比较准确.并对移动机器人累计误差进行了有效的补偿,减少了由于累积误差造成的移动机器人轨迹扭曲失真.     

一种双机协同作业机器人的协作工作空间分析

以一种双机协同作业机器人为研究对象,建立双机协同作业机器人运动学模型,并对其进行工作空间求解与仿真分析,判断是否满足工作要求。首先采用D-H法对双机协同作业机器人坐标系进行建立,通过分析其各个关节之间的空间位姿矩阵变换关系,进行运动学方程求解,然后基于蒙特卡罗法对双机协同作业机器人的协作工作空间进行求解,并进行仿真实验验证。最后对协作工作空间的影响因素进行分析,为下一步对协作工作空间进行优化以及双机协作机器人的轨迹规划等问题提供了理论依据。     

基于双目便携式三维扫描技术 的小工件测量

在小工件测量上,传统的接触式测量方法测量速度慢、效率低,而非接触式测量方法中双目视觉测量法和线结构光法都存在一定的缺陷。采用双目视觉测量与线结构光法相结合的方法,对小工件进行了测量。利用两个CCD摄像头和一个激光发射器构成了一个双目视觉测量系统和两个完全对称的线结构光测量系统,通过双目视觉测量系统测量标志点空间坐标;并基于标志点位置的不变性匹配系统不同位姿,用线结构光法获得激光线上的点在当前世界坐标系下的三维坐标;并匹配到基准坐标系中,从而得到工件表面点在基准坐标系下的三维坐标,达到测量目的。试验结果表明,该方法弥补了双目视觉测量法对物体曲面测量效果不理想和线结构光法单次测量数据少,空间定位不便的缺点,具有操作简便,测量适用性强的特点,误差在1 mm以下。     

基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人设计

为了降低樱桃采摘过程中的破碎率,提高采摘效率,设计一种新的基于视觉识别技术的移动式樱桃采摘机器人。将TI公司的32位数字处理器芯片TMS320F2812作为核心处理器设计移动式樱桃采摘机器人,本文给出硬件总体方案,并且通过SAA7105完成对视频图像的编码操作。软件设计主要包括樱桃的定位、机器人手眼标定和机器人路线规划。依据目标上多个点的三维位置信息对樱桃球模型进行重建,通过最小二乘法求出樱桃质心位置,实现樱桃的定位。将樱桃在机器人坐标系中的定位简化成求解摄像机坐标系和机器人坐标之间的映射矩阵,通过映射矩阵实现机器人手眼标定。考虑到樱桃的采摘要求,通过分段路径规划对机器人的运动进行控制。实验结果表明,所设计机器人图像处理性能强、定位精度高,在保证采摘精度的同时,有很高的采摘效率。     

An analyzing and experimental method based on the resultant motion signals for SCARA manipulator joints

Acceleration reflects vibration of a robot, and the vibration signal can reflect the operation state of the robot.Generally, detection of robot mechanical arm failure requires installing sensors on each joint.This study proposes a method to diagnose the fault by single acceleration sensor only, which is installed at the end of the robot.The operation state of the robot is evaluated by analyzing vibration characteristics of its acceleration.First, a data acquisition function of a programmable multi-axis controller is applied to extract practical motion signals of the robot joints during operation, and prac-tical motion signals are analyzed.Second, synthetic methods to determine acceleration of the end joints of SCARA robots in a Cartesian space is used based on the theory of the Jacobian matrix and the frequency domain of final acceleration is investigated.The relationship between end-and joint-vibration frequencies under given speeds is determined.Then, the method is verified by comparing characteristic frequencies of joint acceleration and synthetic acceleration in Cartesian coordinate sys-tem at different speeds.Finally, some faults can be diagnosed by comparing the acceleration vibra-tion frequency extracted by a single acceleration sensor installed at the end of robot with the normal running state.Thus, this method can be used to monitor the signal variation of each joint without in-stalling sensors on each robot joint.     

机器人操作手末端夹持器轨迹生成的旋量方法

依据从基坐标系到任一坐标系的旋转变换可以通过绕给定轴的一次等效旋转来实现的原理,提出用等效角位移矢量来描述机器人的姿态,并进而提出用姿态旋量及其Plucker线坐标来描述机器人的位姿。依据三维欧氏空间中的有向直线与三维对偶空间中的点的对应关系,在对偶空间中对姿态旋量所对应的点进行插补规划,提出一种机器人连续运动轨迹规划的新方法。文末算例说明了上述原理和推导的正确性。     

履带式机器人运动学分析

阐述了履带式机器人的运动机构，并对其运动学性能进行了分析。采用空间坐标变换基本原理及坐标变换的矩阵解析方法建立了运动方程．并在此基础上求出其逆解，同时时解进行了分析。为机嚣人的空间位置实时拉制提供了理论攘据和有力保证。     

基于ORB算法的象棋快速识别和定位系统研究

以象棋装配为研究背景,利用ORB算法实现棋子的识别,提出根据最佳匹配特征点的像素坐标,利用几何平均坐标法求出目标棋子的坐标,利用特征点构造的向量计算目标棋子相对于模板的旋转角度,实现棋子的定位,并利用工业机器人完成象棋的装配。实验结果表明:计算出的旋转角度可以保证摆放棋子时与模板为同一方向。ORB算法的运行时间均在0.2 s以内,快于SIFT和SURF算法,可以保证系统能准确地识别和定位出目标棋子,并满足象棋装配过程中的实时性要求。