微装配机器人手眼标定方法研究

在视觉反馈的机器人控制中,手眼系统的标定非常重要,直接影响机器人的作业精度.针对微装配机器人系统操作空间小的特点,提出了一种固定视觉的手眼系统标定算法,该方法通过3个空间点在机械手基坐标系中的坐标,采用P3P位姿测量原理获得相应空间点在摄像机坐标系中的坐标,建立了标定方程组,基于最小二乘法,标定出了手眼系统之间的转换矩阵.该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单.相关实验得到了待标定的手眼系统之间的转换矩阵,验证了该方法的标定精度和有效性.     

机器人摄像机系统标定自动化和误差评估

传统的机器人手眼关系标定过程，需要人工多次拖拽机械臂到合适的位置，标定过程枯燥繁复且效率低，且标定样本数据的采集质量不稳定，影响标定结果的准确性。提出了一种机器人手眼关系标定算法，生成等分空间的位姿点，实现自动化标定，并评估最终的标定精度。通过设计仿真实验和实体实验，在实体实验部分，首先按照Tsai-Lenz方法传统地去计算手眼结果，然后提出误差评估机制，对计算数据进行筛选，对异常值进行剔除，显著提高了手眼标定的收敛速度和误差精度。     

一种快速精确的摄像机标定方法

摄像机标定是由二维图像获取三维空间信息过程中的重要步骤,是计算机视觉领域的研究热点。文中通过改进摄像机数学模型,提出一种快速精确的摄像机标定方法。该方法以平面标定法为基础,同时引入径向畸变和切向畸变以提高标定精度。在此基础上结合Open CV库,在Visual Studio 2015开发环境下实现了摄像机标定,并进行了实验验证,实验结果表明该方法具有较高的标定精度,计算速度快,过程稳定。     

基于双目视觉的目标定位系统设计

基于双目视觉原理进行目标定位可以得到目标的深度信息。本文对双目视觉关键技术中的摄像机标定和立体匹配进行深入研究,采用改进的平面标定法和基于外极线约束和灰度相关性的立体匹配算法。搭建双目视觉系统实验平台,编制目标定位程序。实验结果验证本文方法的准确性。     

基于多幅标定板图像的摄像机标定的对比和分析

摄像机标定是立体视觉三维重构的基础,标定的精度、稳定性和效率决定着整个双目立体视觉系统的性能。通过改变标定板图像数目开展标定实验,分别获得了摄像机内参和外参、标定所需时间,分析了标定板图像数目与标定精度和标定效率之间的关系。实验结果表明,对双目立体视觉而言,标定板图像数目为10幅为宜。     

基于SFM的移动机器人运动轨迹的计算方法研究

针对移动机器人在摄像机标定过程中所行驶的运动轨迹计算问题,对摄像机标定的世界坐标系、摄像机坐标系与图像物理坐标系、经典针孔成像模型、标定基本原理、三维重建的SFM思想,以及运动轨迹计算方法进行了研究。首先分析了在摄像机标定过程中的4个常用坐标系之间的转换关系和摄像机模型;其次在摄像机标定中,介绍了基本投影几何、透镜畸变以及基本标定方法;最后在移动机器人运动轨迹的坐标计算原理的基础上,在VC++环境下运用Open CV函数库进行了具体的实验与详细地分析,并使用Matlab计算矩阵公式并得出了相应运动轨迹的三维图。研究结果表明,该方法充分发挥了Open CV函数库功能,提高了实验结果的准确性,完成了摄像机的标定工作,获得了机器人的运动轨迹坐标。     

基于单目视觉的机器人标定方法

为了辨识出机器人模型的准确参数,提出一种利用单目视觉标定机器人的方法.将摄像机安装在机器人或其延长杆上,使其随机器人转轴转动并拍摄固定的平面点靶标,利用基于径向排列约束(Radial-alignment-constraint,RAC)的标定法对摄像机进行标定并求出摄像机光心在世界坐标系中的坐标.利用得到的光心的坐标,即可获得关节轴线在世界坐标系下的轴线方程.建立机器人运动学模型,利用关节轴线方程得到了模型的准确几何参数.试验结果表明,此方法具有较高的精度,且该方法标定过程简单,便于实际应用.     

基于P3P原理的装配机器人手眼标定方法研究

针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。     

悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在 ± 3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果: x、y和z方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。     

工业机器人视觉系统的摄像机标定

摄像机标定是计算机视觉处理技术中的一个重要组成部分,在机器人导航、足球机器人、三维重建等诸多领域有着广泛的应用。介绍了针孔模型的标定方法,以教学用工业机器人为研究对象,利用MATLAB的摄像机标定工具箱进行标定。实验结果表明,该方法能够满足标定精度。     

一种结合 TCP 标定的深度相机手眼标定方法

手眼标定是机器人实现视觉引导下精准作业中的关键技术。传统手眼标定和机器人工具中心点(TCP)标定分开进行,存在较大累积误差,同时针对深度相机的手眼标定存在精度不足的缺点。本文提出了一种结合TCP标定过程同步标定深度相机手眼关系的新方法。方法基于深度相机观测和TCP标定相同的标定平面,相机坐标系下标定平面方程和机械臂坐标系下标定平面方程为对应关系,通过平面方程之间的变换来计算手眼关系。本文方法减少了TCP和手眼关系独立标定累积误差影响,节约标定时间和标定件成本。仿真和实测结果表明,本文方法提高了深度相机手眼标定精度,标定后实测位置误差平均为0.2 mm,为机器人视觉控制系统高精度作业所需标定提供了一种新的思路。     

基于二阶锥规划无标定参照物的手眼标定

为了克服传统机器人手眼标定方法求解手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系对标定参照物的依赖,提出一种基于二阶锥规划的无标定参照物手眼标定改进方法,并搭建相关实验系统进行验证。首先,利用运动恢复结构算法解算定义在一个尺度因子基础上的相机运动矩阵;然后,引入对偶四元数理论参数化标定方程中的旋转矩阵和平移向量;最后,通过二阶锥规划方法同时求解相机运动矩阵尺度因子、手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系的最优解。仿真和实测结果表明,在没有标定参照物作为测量基准的情况下,标定结果中旋转参数相对误差为3.998%,平移参数相对误差为0.117%。与其他标定方法相比,该方法提高了无标定参照物模式下机器人手眼标定精度,扩展了手眼标定方法的应用范围。     

机器人手眼校准线性算法及可靠性分析

机器人手眼矩阵计算是机器人视觉、机器人校准以及视觉伺服等研究领域共同的课题。文中利用矩阵直积和参数矩阵特征向量推导了机器人手眼转换矩阵的线性方程 ,通过最小二乘法得到线性闭解 ,采用Rodrigues公式对所求解的旋转部分进行正交化以消除测量噪声的影响 ,由计算试验证明正交化所引入的误差在绝大多数情况是允许的 ,所求线性解严格满足手眼方程。并通过数值仿真计算 ,验证了算法对测量数据的平移、转动扰动具有较高的鲁棒性。     

基于对偶四元数的机器人基坐标系标定方法研究

针对借助激光跟踪仪标定机器人所涉及的坐标系统一问题,对基于空间几何法拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系的转换关系进行了研究,提出了一种基于对偶四元数法的机器人基坐标系标定方法。利用指数积公式推导了七自由度串联机器人正运动学,建立了基于对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行了统一描述。研究结果表明,该标定方法可一次性计算出标定方程的旋转部分和平移部分,避免了传统位姿分步计算过程中的误差传递,直接提高了标定精度。这些结论可对于类似机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供参考。     

基于固定视点的视觉标定算法研究

针对在固定视点中机器视觉标定过程复杂、效率低、标定精度不高的问题,对目前普遍应用的摄像机标定和手眼标定算法进行了研究,提出了可一次性完成固定视点的视觉标定算法。利用实验室的MOTOMAN-UP6工业机器人对该标定算法进行了验证,首先由机器人末端夹持一个棋盘格完成一系列的运动,每次运动结束时摄像机拍摄一幅棋盘格图像,并记录下机器人末端的位姿,等所有运动完成后,采用张正友标定算法对摄像机进行标定,接着采用基于最小二乘法的标定算法对摄像机与基座关系进行简便高效的标定。研究结果表明:该算法标定过程简单、求解速度快并且结果精度高,具有很强的实用性。     

基于运动的手眼系统结构光参数标定

提出了一种用于机器人手眼系统的线形结构光标定方法。该方法是通过机器人的运动，利用摄像机小孔模型、激光结构光平面和目标平面约束，构造出含有激光结构光平面参数的线性方程组，求解得到激光平面参数的两个参数。利用目标平面上的激光束长度约束，求解第3个参数。实验结果证明了该方法的有效性。     

一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法

近年来,随着工业机器人技术的不断完善,利用相机与激光测距仪结合测量的应用不断增多。为了使两者之间配合的更加便利,两者之间的标定是必不可少的。本文提出了一种基于双目相机与单点激光测距仪的标定方法,以双目相机光心为原点,建立相机坐标系。将单点激光测距仪光点打到标定板上,并在标定板上形成光斑,通过灰度重心法提取光斑中心像素点,利用双目相机的内参矩阵及深度数据获取光斑点的三维坐标值。然后利用两个三维坐标点建立公式求取外参参数的粗略解,同时通过相机坐标系下多个光斑点的三维坐标建立约束方程,并利用优化算法对约束方程进行优化,得到精确的外参参数值。该方法做法简单,且对标定器件无特殊要求,通过该方法得到的外参参数精度高,鲁棒性好。实测结果表明,通过该算法得到的外参参数进行重投影后,平均相对误差小于0.30%,能够应用于实际生产过程中。     

基于RAC标定法的CCD摄像机参数标定技术研究

传统的摄像机标定是在一定的摄像机模型下,基于特定的实验条件,如形状、尺寸已知的标定物,经过对其进行图像处理,求取摄像机模型的内部参数和外部参数。标定摄像机参数的方法很多,大多数采用变焦距法、径向准直法及根据透射成像原理进行标定,针对摄像机的像面中心的标定。文中建立CCD摄像机透视成像的数学模型,运用RAC标定法建立求解摄像机外部参数方程组,从而推导出在径向畸变模型下求解摄像机内部参数的方程。该方法采用CCD能很好地提高精度。实验结果表明,该方法计算量小,标定精度较高。