基于多路显微视觉的微零件自动对准策略

基于对显微视觉系统成像特点的分析,针对搭建的微装配实验平台,提出了一种基于三路显微视觉的微零件自动对准策略,实现了毫米级复杂几何结构微零件的自动对准.基于显微视觉成像模型,推导了基于多路显微视觉的微零件运动控制的图像雅可比矩阵,证明了显微视觉引导下位置控制的图像雅可比矩阵为常数,并通过微零件的主动运动,实现了对图像雅可比矩阵的在线自标定.采用增量式PI(比例-积分)控制方式实现了对微零件快速有效的运动控制.实验结果验证了所提方法的有效性.     

面向微小光致夹持器操作的光源驱动与监控系统研制

针对当前新兴的工艺简单的微小光致夹持器缺乏可控光源驱动与监控系统的现状,本文研制了一种基于PC机控制的光源驱动与监控系统．该系统借助显微成像CCD（charge-coupled device）观测手段,通过VC++平台控制STM32微控芯片下位机,输出可控的PWM（pulse width modulation）信号来控制光路驱动电路,从而改变光源光照时间及光照强度,来最终实现对夹持器夹持操作的驱动与控制．本系统克服了传统微小夹持器主流采用电或磁作为驱动能量源,而需要较复杂的机械传动机构将运动传递到执行器末端,从而带来的夹持器设计与制造复杂性等缺点．光源测试实验、夹持器开合实验及夹持器夹取鱼卵实验验证了该系统的有效性.     

宏微结合的多机械手微装配机器人系统

为解决复杂组件装配中存在的并行操作、空间操作和多操作对象的难题,研制了一套基于显微视觉伺服的多机械手微装配机器人系统.该系统有6个机械手,每个机械手都由宏动模块、微动模块和末端夹持器组成.分别针对5种不同结构类型的零件,设计了5种异形零件夹持器.通过给镜头配置高精度的位移平台,实现了在30 mm×30 mm×30 mm的大操作空间内2μm精度的在线检测,可实现±9μm的装配精度.通过显微视觉反馈和力觉反馈相结合的策略,设计了过盈配合件的装配方法.使用该微装配机器人开展了微装配实验,实验结果表明该微装配机器人系统是可行的,基本能实现既定的装配要求.     

显微视觉检测系统精度分析及校准技术

为提高显微视觉检测系统的检测精度,建立了检测系统的误差模型,分析了影响检测系统精度的因素,给出了运动系统及视觉系统的误差补偿方法;提出了一种开环控制加位置检测的运动控制方式和一种基于多项式拟合的图像边缘检测算法;实验结果表明,提出的运动控制方式和边缘检测算法有效降低了显微视觉检测系统的系统误差,提高了微小型零件的检测精度。     

多过程数控系统运动控制器的设计与性能测试

在重点研究单过程数控系统运动控制器的基础上,提出一种基于RT-Linux的多过程数控系统运动控制器设计方法.采用基于组件的设计思想给出了多过程运动控制器的设计框架,并采用了轮转调度策略实现了多个过程的调度.通过实验对多过程教控系统运动控制器的性能进行了测试,实验结果表明采用轮转调度策略会出现严重的抖动现象.为了解决这个问题,本文提出将伺服周期分片的调度策略,实验结果表明该调度策略很好的解决了抖动现象并能满足多过程数控系统运动控制器的要求.     

轴尖表面缺陷检测及尺寸测量系统研究

针对陀螺轴尖加工生产中对表面缺陷进行在线检测和关键几何尺寸进行高精度在线测量问题,设计并实现了基于显微机器视觉技术和快速图像处理技术的在线非接触检测测量系统,检测时,待检轴尖安装在精密位移台上,采用专用光源系统照明,通过显微成像系统成像;图像经采集,预处理、分割、特征提取,参数测量、结果统计等处理步骤,得到轴尖表面缺陷数量及几何尺寸.实测结果表明系统具有高效率、精度高、易于使用等特点,可有效解决轴尖表面缺陷检测及尺寸在线测量问题.     

一种平面混合驱动夹持器的结构优化设计

本文拟设计获得一种新型的3指节2指平面混合驱动夹持器,即每个手指的中间和末端指节通过绳轮结构实现欠驱动控制,然而近端指节为独立电机驱动控制.为此,提出了基于虚拟样机和MATLAB的欠驱动夹持器动力学分析方法来完成夹持器的结构优化设计.首先,对夹持器进行模型简化,得到了动力学分析模型,并确定了夹持器结构设计变量.其次,定义了3种性能指标,包括稳定性、柔顺性和适应性,来分析抓取质量.然后,通过对不同的机构设计参数进行组合并且进行批量化动力学模拟仿真,综合欠驱动夹持器在不同驱动力及不同物体、不同位置偏移情况下的评价指标,设计得到带权重的优化目标函数来应对不同的抓取场合.最后,针对室外采样的任务要求和仿真结果得出的结论,最终设计出一种手指模块化、指间距离可调的欠驱动夹持器的结构方案,该方案可以完成多指手的扩展.     

基于虚拟直线的单目视觉坐标测量模型研究

在摄像机位置随意固定和测量点共面的约束条件下,基于单目视觉提出了一种基于虚拟直线的单帧图像物点坐标测量的新算法。用几何方法代替常规代数方法,回避了传统的通过求解旋转矩阵和平移向量来获取摄像机位置和姿态参数的过程。利用直线平行、垂直的先验知识,通过空间共线四点经过射影变换的交比不变性得到目标点的位置坐标信息。实验证明：该方法简单、可行,摄像机位置随意摆放,具有很强的可操作性、实用性,且精度较高。     

视觉引导的机器人曲线跟踪系统

曲线跟踪是在视觉引导下机器人运动控制的一种典型应用。该文介绍了一种实用的视觉引导机器人曲线跟踪系统。在该系统中,机器人可以在视觉系统的引导下跟踪平面上的任意曲线。视觉系统能够完成自动标定、自动识别曲线、跟踪控制等功能。该系统具有算法简单,实用性和稳定性强等特点,其跟踪速度和精度都在实验中取得了较为满意的结果。     

基于机器视觉的轻量级驾驶辅助系统

为了解决计算机视觉应用中数据量大、算法复杂的问题,根据道路结构特征和车辆行为特征,采用单个摄像头作为传感器,实现了一种轻量级的安全辅助驾驶系统。首先采用改进的边缘提取算法和车道线检测算法对摄像机内外参数进行离线标定;接着根据标定结果在二维平面图像上采用标识出实际空间距离的多窗口划分方法,并按不同的车间距将不同窗口划分为不同安全系数的区域,以赋予道路视觉检测的几何先验知识;当区域中出现障碍物时发出相应警示信息进行安全驾驶辅助,能为智能辅助驾驶提供轻量级的视觉检测平台。以便携式计算机和固定在车内的摄像头作为实验装置,在城市道路上进行车载实验。系统在车载实验中能够快速地提取车辆两侧的车道线,并利用离线标定的结果快速生成不同安全系数的警示区域,其中车辆在车道内正常行驶时的误检率和漏检率很小,可以忽略不计。与传统的驾驶辅助系统相比,本系统计算量大大降低,检测流程得到简化,可实现轻量级的车道和车辆检测,为系统在嵌入式系统上的实现奠定基础。