基于机器视觉和OPC的多轴运动控制实验平台设计

根据虚拟实验室建设和实际应用需要,实验平台对目标视觉测量、目标定位与识别、目标跟踪等功能进行开发实现。实验平台基于VC＋＋开发机器视觉图像处理软件,并集成OPC功能,最后基于目标和功能设计控制工艺流程和开发控制程序;在运动控制方面针对传统PLC控制的封闭式结构的缺点,采用Ideabox工业级控制器实现多轴运动规划,改善了系统在运动控制中的实用扩展性以及兼容性。通过实验和调试验证,基于机器视觉的多轴运动控制实验平台,在虚拟实验室建设与教学和工业实际应用方面都具有实际意义。     

基于主动视觉的相机标定方法在太阳能电池片丝印机上的应用

为了实现太阳能电池片丝印机视觉对位系统高精度标定的目标,采用线性相机模型与高精度的标定板及高精度的主动视觉平台,并采用基于平面正交运动的主动视觉标定方法以实现标定系统构建。本研究阐述了线性相机模型和相机标定方法,介绍了丝印机视觉对位系统的构成,设计了基于主动视觉标定方法的主动视觉对位平台的运动过程。标定时,令主动视觉平台按照预先设计的运动信息表动作,由相机采集每次运动后标定板上特征点的图像。根据每次平台运动采集到的特征点信息与平台运动距离之间的关系,通过采用Matlab的OPENCV算法,线性地求解了相机的内外参数,给出了相机标定的部分程序,并分析了标定误差。结果表明,采用基于平面正交运动的主动视觉标定方法,仅需主动视觉平台做有限的几次运动就能够实现相机的线性标定,实现起来比较容易,且标定精度能够满足使用需求。     

基于机器视觉的三维运动装置定位抓取系统

将机器视觉技术应用于三维运动装置定位抓取上,以圆柱体工件为研究对象,设计了基于机器视觉的三维运动装置,采用"PC+CCD+运动控制卡"的运动控制方式。采用LabVIEW软件设计监控界面,通过调用库函数节点向Galil运动控制卡发送命令控制轴的运动,通过固定于Z轴上的相机捕获工件所在的XY轴位置,通过XY位置补正及Brenner清晰度评价算法准确确定工件XYZ轴位置,继而对其进行抓取并置于指定位置。实验证明,所设计的系统能有效地实现定位抓取。     

基于DSP的SMT贴片机运动控制卡设计

一 序言 SMT贴片机是一个视觉机器人系统．由X-Y-Z-θ4个自由度机械手，PCB板传输定位系统．元器件上料系统和视觉系统构成。决定贴片速度和精度是机械手的运动控制。开放式的运动控制技术利用了近年来电子、网络通信、计算机和控制理论等领域的新成果．通过对以电机驱动的执行机构等设备进行运动控制，以实现预定运动轨迹目标的装置．用于完成多个运动轴（2～32轴）位置、速度和同步的控制。本运动控制系统的任务是研制高速高精度视觉贴片机DSP多轴运动控制卡．同时实现4个轴（如图1）的位置控制，研究高速度、高加速度运动与贴片精度的难题。     

基于单目视觉的无人机自主跟踪降落研究

无人机对地面运动物体的跟踪研究一直是无人机自主控制领域重要的研究方向。以四旋翼无人机为平台,设计了无人机对地面目标的自主降落跟踪系统。在无人机上搭载单目相机获取地面移动机器人的图像信息,同时搭载的计算机实时计算获取地面移动机器人的运动状态数据,然后反馈给无人机运动控制系统,完成对地面移动机器人的跟踪。实验表明,该系统可以进行稳定的地面运动物体跟踪。     

一种六自由度海浪模拟并联平台的零点标定与性能评估

针对并联机器人中存在的运动精度欠缺的问题,对一种用于海浪模拟的六自由度并联平台进行了零点标定与性能评估。确立了并联平台的运动控制模型,通过齐次坐标方法建立了该并联平台的运动学反解,并且在运动学反解的基础上采用边界搜索法确定了平台定姿态时的工作空间。采用"PC机+运动控制卡"的控制模式对该平台进行了运动控制系统的设计,实现了并联平台的运动控制。首先运用矢量推导法建立了平台的零点误差模型,然后借助于激光跟踪仪对平台进行了零点标定,提高了平台的运动性能。最后针对特定的海浪谱,利用该平台对其进行了模拟实验,并根据实验结果对平台的跟踪性能进行了分析。研究结果表明,经过零点标定后的并联平台能够很好地对海浪进行跟踪模拟。     

三维视觉点胶机控制系统研究

为了将元器件等位置精准地粘贴在印制板或工件表面,对实施粘贴的点胶机构建了基于机器视觉的全自动三轴运动检测控制系统,它由视觉相机获取工件的图像信息,通过视觉软件对图像预处理,再使用弦端点法获取工件的中心点坐标。提出了视觉检测系统倍率及偏移量标定的定点法,从而实现了图像坐标到物理坐标的转化,进而通过运动控制器控制三轴平台运动。本系统实现了三轴联动点胶功能,经反复试验,统计验证,重复定位精度为0.03mm,达到了工业生产要求。     

卡尔曼滤波在单目相机运动目标定位中的研究*

单目相机运动目标定位是视觉跟踪的基本任务之一,视觉传感器对目标点位置的获取至关重要。根据单目相机针孔模型,将运动目标图像二维坐标,通过几何关系映射为相机坐标系的三维坐标。标定相机高度和旋转参数,在此基础上求得目标位置坐标。当运动目标被遮挡时,以匀变速运动为模型,根据先前位置信息确定加速度和速度,并对加速度进行自适应更新,建立运动目标状态方程,利用卡尔曼滤波算法预测目标位置。以预估位置代替真实位置,继续估计后续运动状态,在预估位置搜索运动目标,实现运动目标遮挡定位跟踪。实验结果表明,该定位方法具有可行性,当运动目标发生遮挡时,能够完成对目标的定位和跟踪。     

应用摄像机标定的机械臂轨迹跟踪控制系统

机械臂轨迹跟踪控制时受目标物体质心投影轨迹不清晰的影响,无法得出目标物体准确坐标值,在机械臂位置增量为(10.52～30.52)mm的范围内存在控制时延过长的问题,因此提出一种应用摄像机标定的机械臂轨迹跟踪控制系统.系统硬件构成包括工控模块、反馈模块.由主控单元、UVC摄像头、视频服务器构成工控模块;由反馈控制器、执行器、前馈控制器组成反馈模块.在系统软件部分,通过摄像机标定算法实现机械臂的轨迹跟踪,引入直线插补算法,通过机械臂已知运动轨迹插补得到完整运动的坐标点,得出目标物体准确坐标值,实现机械臂的运动控制.为了证明该系统在(10.52～30.52)mm的机械臂位置增量范围内控制时延较短,将其与原有系统进行对比实验,实验结果证明该系统的控制时延更短,跟踪准确度高,实现了系统性能提升.     

基于图像特征的运动目标识别与伺服跟踪

本文研究了一种在室内相对复杂背景下机器人的运动目标识别与跟踪方法.基于Intel的计算机视觉库OpenCV进行图像处理与特征提取,采用图像的区域特征--图像矩作为特征信息,在有干扰的情况下,实现运动目标的形状识别和基于特征的视觉伺服跟踪控制.为提高系统性能,建立曲线拟合模型来预测运动目标的动态趋势和特征.实验结果表明,系统在不需要摄像机精确标定、背景有干扰的情况下,能够实现对运动目标进行实时稳定快速的识别和跟踪.     

大型射电望远镜宏-微机器人系统初始状态的标定

为了保证大型射电望远镜馈源对射电源目标的动态跟踪定位精度 ,对馈源宏 微机器人复合运动控制系统进行了基础标定。首先 ,借助于悬索长度与张力的一一对应关系 ,通过调控悬索伺服系统零位时的电机转矩 ,标定了舱索宏机器人系统的零位索长。然后 ,借助于Leica全站仪 ,标定了Stewart平台微机器人系统虎克铰在馈源舱局部坐标系中的坐标。两个模型运动控制实验结果表明 ,对宏微两级系统的标定是必要和有效的     

基于单目视觉的自主牵引机器人研究

采用单目相机设计了一种在空间内能够跟踪靶标的自主移动机器人系统,它主要包括单目视觉系统、移动机器人平台、无线模块、上位机及控制软件。上位机控制软件首先对通过无线图像采集模块获得图像进行图像处理与特征提取,获得靶标的在图像坐标系下的当前位置信息,然后与靶标的目标位置进行比对,获得机器人的运动控制量,进而控制机器人始终跟踪靶标,从而实现了基于图像的机器人在空间位置控制过程。     

一种基于多轴高响应直线驱动的仿生视觉平台

根据自主视觉导引机器人(如无人驾驶、自动导航、机器手作业和空间探测等)在复杂场景下因颠簸、振动、坡度变化、离焦和目标快速移动造成成像不理想甚至失去对目标的跟踪问题,提出了一种自主机器人仿生视觉平台。该平台仿照人眼运动机理,通过多轴直线电机驱动模型可对目标物体进行随动跟踪。与传统仿生视觉平台不同,直线电机高响应性的特点不仅可以提供更快更精确的追踪效果,而且有能力应对外界干扰并进行快速响应。为自主机器人智能追踪系统提供了关键基础部件的设计原理和方法。     

机器人视觉定位误差分析与试验研究

机器人视觉定位误差对于机器人准确抓取具有重要的影响。基于Hexsight 4.0和四轴视觉运动平台,首先对CCD相机进行标定,然后选择圆形、正三角形、正四边形、正六边形等典型图案,测量了视觉机器人对目标的抓取精度及机械臂转动角度的误差,分析了典型图案目标对视觉定位精度的影响。视觉机器人对圆型、正四边形的定位误差为0.4~1.2 mm,对正三角形、正六边形的定位误差为0.5~1.8 mm.对圆形的角度跟踪精度误差在-0.2°~0.2°,对正三角形、正四边形、正六边形的角度跟踪精度误差为-0.3°~0.5°.研究结果对于视觉机器人抓取和上下料的应用具有一定的实际意义。     

一种高精度六轴运动平台设计

以一种高精度六轴运动平台为对象,对其进行了总体方案和结构设计,对其运动控制方案进行了研究,比较详细地介绍了该运动平台的硬件组成、控制方案、控制策略和软件设计,使得该六轴运动平台能够满足高精度运动控制要求。     

锌空燃料电池极片生产线多轴控制系统的研究

介绍了以三台伺服电机为执行元件的干嵌法锌空燃料电池生产线运动控制系统。系统采用PC和运动控制卡作为上位控制多个伺服电机的运动,搭建了多轴控制系统的硬件平台。根据工艺要求进行了硬件的选型,确定伺服电机的控制方式和参数设置,建立伺服驱动器和控制卡之间的连接。Visual C++编写基于PID控制的普通运动控制卡的动态链接库,使运动控制系统能够实现精确的同步运动;以LabVIEW为开发平台,设计基于虚拟仪器的控制系统,通过调用VC编写的动态链接库实现多轴同步控制功能及实时状态监测。     

基于LabVIEW的视觉检测系统软件框架设计

机器视觉检测系统通过采集目标图像,并对获取的图像进行处理、分析,从而获取目标的信息并产生相应的执行动作。针对典型视觉检测系统包含的相机(工作平台)运动控制、图像采集、图像处理以及执行机构动作控制等基本功能的实现,描述了一种在LabVIEW环境下实现上述功能的视觉检测系统软件框架设计。     

基于机器视觉的3自由度并联平台标定试验研究

为了提高并联平台的运动精度,以锡膏印刷机3自由度并联平台为研究对象,基于机器视觉提出了一种运动学标定修正系统输入的补偿方法。给出了平台理论分析模型,利用运动学逆解方程推导出误差函数,通过机器视觉对平台标识点进行测量并记录平台运动的实际位姿,根据标定结果对理论控制模型进行补偿。试验结果表明,该标定补偿方法有效地提高了并联平台的运动精度。     

基于雅可比矩阵的仿生视觉运动模型研究

针对仿生视觉系统在目标跟踪过程中眼、颈角度分解对精度的影响问题,提出了以速度作为参变量的雅克比矩阵角度分解最优化方法。首先,分析人的眼、颈运动规律,建立眼、颈2级4自由度系统模型;其次,构建雅克比矩阵,得到关于转动速度的眼、颈协调运动的角度分解数学模型;最后,通过仿真和物理试验分析各自由度转动角速度在最优化条件下对角度分解的影响,得到了基于所述系统的目标跟踪角度分解最优化方案。试验结果表明,本文所述仿生视觉运动控制平台的目标定位精度在70%以上。     

显微视觉控制的微型机电转子引线自动化焊接

构建由三自由度纳米平台和显微视觉系统组成的微操作系统,利用纳米平台的特征在视觉空间的运动误差对视觉空间和纳米平台进行局部标定,在此基础上构造优化方程,对视觉空间和图像空间进行全局标定。利用标定的转换矩阵替换卡尔曼滤波器方程中的系数矩阵,用修改后的卡尔曼滤波器控制特征运动,以提高系统的定位精度。利用高压气流定位引线,解决了引线因柔性而定位困难的问题。实验结果表明,系统全局标定后,利用基于位置的视觉控制方法控制特征运动,其定位精度可达27μm,利用卡尔曼滤波器控制特征运动,精度可达5.4μm。气流定位方法可以将引线定位在电阻焊的电极下方。