基于对偶四元数的机器人方位与手眼关系同时标定方法

针对相机姿态估计及机器人运动学正解存在测算偏差时,手眼标定及机器人坐标系-世界坐标系标定结果不能准确收敛到全局最优解的问题,提出了一种基于对偶四元数理论的机器人方位与手眼关系同时标定方法.该方法首先将标定方程中坐标系刚体变换关系用螺旋轴、旋转角度和平移量参数化表示,再结合全局优化算法对平移量进行优化.搭建了PUMA560机器人数值仿真系统和工业机器人实测实验平台,将该方法与经典的四元数和对偶四元数标定方法进行了比较分析.仿真和实测结果表明,在相机姿态估计及机器人运动学正解存在测量误差的情况下,该方法无需初值估计和数据筛选依然可以保证求解结果的最优性.     

基于协方差矩阵自适应进化策略的机器人手眼标定算法

针对视觉传感器标定和机器人运动学求解过程中存在噪声干扰,导致传统的手眼标定算法求解误差较大的问题,提出一种基于协方差矩阵自适应进化策略（CMAES）的机器人手眼标定算法。首先,采用对偶四元数（DQ）对旋转和平移分别建立目标函数和几何约束,简化求解模型;其次,采用惩罚函数法将约束问题转化成无约束优化问题;最后,使用CMAES算法逼近手眼标定旋转和平移方程的全局最优解。搭建机器人、相机实测实验平台,将所提算法与Tsai两步法、非线性优化算法INRIA、DQ算法进行对比。实验结果表明：所提算法在旋转和平移上的求解误差和方差均小于传统算法;与Tsai算法相比,所提算法的旋转精度提升了4.58%,平移精度提升了10.54%。可见在存在噪声干扰的实际手眼标定过程中,所提算法具有更好的求解精度与稳定性。     

基于四元数的机器人手眼标定算法

为简化手眼标定算法的同时保证标定结果的准确性,提出一种基于四元数的机器人手眼标定算法。首先基于四元数改写手眼标定方程的形式,用奇异值分解方法(SVD)求解手眼关系的旋转部分,再将旋转部分代入手眼标定方程求解手眼关系的平移部分。通过数值仿真和机器人标定实验,将新算法和基于矩阵直积的手眼标定算法进行比较。结果表明:所提算法的稳定性和准确性均优于矩阵直积标定算法。     

自由度冗余蛇形臂机器人手眼标定研究

针对自由度冗余蛇形臂机器人的手眼标定问题,提出一种不依赖蛇形臂机构运动参数求解视觉系统与末端法兰盘手眼关系的方法;借助外部辅助双目相机系统,通过构造外部相机、末端法兰盘、视觉导航相机三者坐标系的闭环转换得到待求手眼关系;首先根据立体视觉原理得到标志点在对应相机坐标系下的3D坐标;然后利用四元数法分别求得外部相机坐标系与法兰盘坐标系、外部相机坐标系与视觉导航相机坐标系间的转换关系;最后构建坐标系转换关系闭环求得手眼关系;实验结果表明,该标定法避免了蛇形臂自由度冗余导致运动控制精度差带来的干扰,标定精度满足设计要求。     

一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定线性化方法

提出了一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定方法,即将AX=XB转换为MY=M′YB求解形式,避免了矩阵分解. 同时, 采用矩阵直积运算和矩阵特征向量运算相结合的方法,将传统的非线性问题转换成线性问题,构成了可利用最小二乘法求解运算的解析形式,提高了机器人手眼标定的精度和稳定性. 通过实验验证了该方法的可行性．     

简便高精度的机器人手眼视觉标定方法

对摄像机成像模型进行了分析,论述了机器人手眼系统标定原理。在此基础上,不改变机器人的外臂与基坐标系的旋转关系,设计了一种机器人手眼视觉的标定方法,与传统的方法比较,它不需要预先标定摄像机的内外参数。实验证明:该方法具有算法方便快捷、实验过程简单易行,且精度高等优点,可用于机器人进行运动目标定位与跟踪。     

一种基于线性模型的机器人手眼标定新方法

针对基于传统手眼标定模型AX＝XB的标定问题,引入了由摄像机投影矩阵M构成的数学模型MY＝M'YB,并针对该模型提出了一种新解法.该方法运用矩阵直积和特征向量理论,将关于机器人手眼关系矩阵X的问题描述转换成关于关联矩阵y的线性方程,运用最小二乘法求得线性闭解.该方法消除了传统方法多次分解摄像机传感器系统的内外参数而引入的摄像机传感器系统的固有误差和随机误差的影响.实验表明该方法可以提高手眼系统标定精度.     

基于ROS的机器人自动手眼标定系统设计

为了缩短标定的时间,设计了一种基于ROS的机器人自动手眼标定系统。通过分析坐标系间的转换关系,建立了手眼标定的数学模型,推导了两步法的具体解法。为了尽可能减小标定误差,提出了带约束的随机增量法,并根据角点检测结果实时剔除标定过程中出现的无效图像。基于ROS软件平台完成了驱动、运动空间规划、图像处理和标定解算等功能模块的逻辑设计和系统级联。以6自由度工业机械臂UR3和RGB-D相机Kinect2构建了手眼标定实验系统,实验结果表明,与传统标定流程相比,所设计的自动手眼标定系统便捷高效且精度高,具有较强的拓展性。     

带激光笔的机器人主动视觉手眼标定

以固高GRB-400机器人和摄像机组成手眼系统,在手眼关系旋转矩阵的标定方面,分析了基于主动视觉的标定方法。为实现手眼关系平移向量的标定,提出以固定于机械臂末端的激光笔来获取工件平台上特征点的基坐标,并结合已标定的旋转矩阵来标定平移向量。最后,从图像求取多个特征点之间的距离并与实际值进行误差比较,平面特征点间的长度测量误差在±0.8 mm之间,表明手眼标定精度较高,可满足机器人进行工件定位与自动抓取的要求。     

基于标准圆柱的线激光轮廓扫描机器人手眼标定方法

在搭载线激光轮廓传感器的机器人平台手眼标定问题中,依靠线激光轮廓传感器输出的2维点云信息进行标定,存在标定过程复杂、标定精度低的缺点。本文针对这些问题,提出一种基于圆柱侧面约束的手眼标定方法。通过改变扫描机器人末端位姿,获得不同位姿下圆柱侧面扫描数据。对于激光平面与圆柱侧面相交得到的椭圆轮廓,利用随机抽样一致性（RANSAC）算法得到椭圆轮廓中心点坐标。利用椭圆轮廓的估计中心点到圆柱中轴线的距离建立约束优化方程,将手眼标定问题转化为约束优化问题。利用粒子群优化（PSO）算法和广义拉格朗日乘子法的融合算法求解约束优化问题,得到手眼标定的变换矩阵。最后基于所提方法进行模拟仿真和扫描重建试验。分别讨论了标定数据误差、标定参照物位置和标定参数初始值对标定结果的影响,并验证了手眼标定精度。结果表明,该方法不受标定参照物位置和标定参数初始值的影响,具有操作简单、通用性强、标定精度高等特点,标定精度在0.15mm以内,适合现场标定。     

基于RANSAC的便携式激光扫描测量臂手眼标定方法

便携式测量臂和激光扫描测头手眼关系的确定是便携式激光扫描测量臂系统中的关键问题。针对测量臂末端相对运动旋转轴之间的夹角和测量臂与扫描测头相对运动的旋转角差值这两个影响手眼标定精度的因素,设定激光扫描测量臂标定数据筛选原则,提出一种基于随机采样一致性的自适应阈值手眼标定算法。蒙特卡洛仿真实验和激光扫描测量臂实测实验结果表明,提出的算法对四元数方法求解的相对旋转轴和平移向量误差标准差精度分别提高了2.42%,4.14%,可以满足便携式激光扫描测量臂系统的测量精度要求。     

两轮自平衡机器人的无源控制器设计

以两轮自平衡机器人为研究对象,基于其状态空间模型,利用线性矩阵不等式的方法,设计两轮自平衡机器人平衡的无源控制器,并给出了两轮自平衡机器人无源控制器存在的充分条件。仿真结果表明,设计的无源控制器对于机器人的平衡是有效的。     

基于随机抽样一致性的多平面区域检测算法

在随机抽样一致性(RANSAC)的基础上,提出了一种对多个平面区域同时进行检测的算法.该算法假设对同一场景的一对未定标图像已经进行了特征点提取和匹配,首先利用对极几何约束计算出一对极点,然后随机抽取多组3对而非4对特征点定义多个待确定单应性矩阵模型,对图像对中的多个平面区域同时进行检测.模拟实验和真实实验都证明该算法具有运算量小、准确性高、鲁棒性好等优点.     

改进基本矩阵计算和优化的多摄像机并行标定算法

多摄像机系统具有摄像机数目多、空间位置分布复杂特点,导致多摄像机标定效率低。基本矩阵计算和非线性优化是摄像机标定算法的关键步骤。针对标定物空间位置相互独立性,改进随机抽样一致性(RANSAC)的基本矩阵计算和简化非线性优化的增量方程,提出多摄像机系统的并行标定算法。该算法挖掘多摄像机标定过程的内在并行化,从而提高了标定的时间效率。相比于传统的多摄像机标定算法,并行算法的时间复杂度从O(n3)降为O(n)。实验结果表明：使用多摄像机系统并行标定算法在不损失精度的同时能够减少标定时间,实现多摄像机系统的快速标定。     

基于单目视觉的移动机器人全局定位

提出在基于单目视觉创建的环境地图中实现移动机器人全局定位．基于KD树的最近邻搜索实现特征匹配．应用尺度不变特征变换(SIFT)方法提取特征,并用多维向量描述,保证了对图像光强变化、尺度缩放、三维视角和噪声具有不变性．提出了一种基于RANSAC的鲁棒定位方法．在实际室内环境Pioneer3机器人上进行的实验表明本文提出方法高效、可靠．     

图像匹配中去除误配的对抗性优化方法的改进

将对抗性优化方法用于图像匹配中的去除误配,容易将正确匹配对也移除,尤其是在迭代次数较多的时候。针对该缺陷,限制对抗性优化方法的迭代次数,并增加后续处理过程,以类似随机抽样一致性（RANSAC）的方法来重新估计单应性矩阵。实验结果表明,改进的方法能保留几乎所有正确匹配,并且具有更小的均方根误差。尤其是在计算速度方面,改进的方法比原方法的计算时间缩短了一半以上。     

基于RANSAC和Kalman滤波的足球机器人球速估计算法

针对中型组足球机器人如何有效地估计足球速度的问题,提出了一种基于Kalman滤波和RANSAC算法的新方法。首先对存储的若干帧足球位置信息作Kalman滤波,接着利用这些足球位置信息,建立若干个可能的足球速度模型并运用随机采样一致(RANSAC)算法选出最优的速度模型作为速度值。实验结果验证了该算法的有效性,同时由于RANSAC算法可以有效地去除外点的干扰,因此当足球位置信息具有较大噪声时,该方法可以较准确地估计足球的速度,较以往球速估计的算法具有更高的鲁棒性。     

基于SIFT特征匹配的监控图像自动拼接

针对不同摄像头的监控图像,提出了一种优化的SIFT特征匹配的监控图像自动拼接方法。在图像整合方面,通过高速提取SIFT特征描述符并进行稳定精确匹配,利用改进RANSAC算法去除错配,从而确定待拼接图像之间的变换参数;在图像融合方面,有效消除了颜色和光照差异,最终实现自动的无缝拼接系统。实验结果证明该方法对重叠区域小、形变大、有运动遮挡和噪声的监控图像有较完美的拼接效果。     

时变时滞NCS控制器的改进设计

建立时滞差分不等式,得到网络化控制系统(NCS)的指数稳定判据,基于该判据设计NCS状态反馈控制器。该设计以线性矩阵不等式(LMI)形式给出,不包含任何自由矩阵,通过Matlab中的LMI工具箱进行求解。数值仿真结果表明,该设计具有计算量小、求解方便、保守性弱的特点。