基于对偶四元数的单目视觉目标位姿测量

目的在机器人视觉应用领域中,为控制机器人能够完成焊接、搬运、跟踪等任务,需要确定摄像机与目标之间的相对位姿关系,提出一种目标位姿测量方法。方法利用单摄像机获取目标特征,坐标变换参数表示为对偶四元数的形式,同时计算旋转矩阵和平移向量,构建位置向量和方向向量的测量值与模型值之间的误差方程,利用Hopfield神经网络实现拉格朗日乘子法,求解目标位姿最优解。结果利用Matlab软件平台,选择SVD,DQ以及文中算法进行比较,仿真实验结果表明,基于Hopfield神经网络和对偶四元数的位姿测量算法计算出的位姿参数误差最小。随着测量点数量的增大,文中提出的算法精度更高。结论对偶四元数同时求解位姿变换矩阵的旋转分量和平移分量,可消除计算误差,基于Hopfield神经网络和拉格朗日乘子法,可快速准确地计算,并收敛至目标位姿最优解。     

基于距离精度的测量机器人标定模型及算法

对机器人绝对位置误差进行检测和补偿时,通常要涉及到测量系统坐标系与机器人基础坐标系间的坐标变换,由于这个变换很难精确测定,从而导致测量机器人的绝对位置精度降低.为了克服这一情况,可改用空间两点间的距离精度来衡量机器人的绝对位置精度,这样可简化测量过程.利用距离精度的定义,建立了机器人的距离误差模型,该模型可以避免坐标转换带来的误差,降低对测量系统的精度要求.同时,激光跟踪仪测试技术的应用,使得机器人的位姿测量变得非常容易.最后给出了此模型及算法在IRB2400机器人上的应用实例.     

机器人与激光跟踪仪的坐标系转换方法研究

激光跟踪仪对工业机器人的末端位姿进行绝对定位精度标定时,需要把测量坐标系和机器人坐标系下的坐标值转换到同一坐标系下,坐标值的比较才有意义。因为机器人运动学模型误差的存在,使得机器人坐标系下的点不能遵循着唯一确定的变换关系变换到测量坐标系,所以坐标系的变换精度不高。在建立齐次变换形式的变换模型之后,通过分析坐标系变换过程中的误差来源,提出结合最小二乘法的RANSAC快速转换算法。从测量样点中随机选择一定量的样点拟合变换模型,在获得多个变换模型之后,利用评判模型选择最优模型。结果表明:相比于常规的求解方法,机器人和激光跟踪仪的坐标转换精度提高3倍。RANSAC算法能有效地降低机器人模型误差对求解变换关系的影响,并且实验过程快速、操作简单。     

基于改进扩展卡尔曼滤波算法的移动机器人定位方法研究

针对移动机器人在位姿跟踪过程中存在单一传感器或多传感器测量系统对环境信息处理能力有限的问题,结合扩展卡尔曼滤波算法,对传感器测量信息进行融合分析.对于单个传感器测得的n个观测值,扩展观测矩阵至大于n的m个目标测量值,将预测空间到测量空间的映射设计为一个具有n个非零变量、维数为nm、秩为n的变换矩阵,实现传感器对状态向量的局部更新.在建立的传感器及机器人运动模型基础上,通过地面移动机器人进行实验验证.理论分析和实验结果表明,该方法能在保证定位精度的前提下,提高算法对不同传感器类型和传感器数量的泛化能力,增强测量系统的准确性和灵活性.     

基于李群指数映射的二阶最小化射影目标跟踪

基于空间变换模型的目标跟踪问题常归结为非线性最小二乘优化问题,射影变换模型的高度非线性使得基于向量空间的优化算法倍显局限.通过李群指数映射将正则射影变换群局部线性化,在内蕴几何优化理论的框架下,结合目标跟踪的具体特点,提出一种无需计算赫森阵的二阶最小化射影变形目标跟踪算法.与基于向量空间和基于李代数参数化的高斯-牛顿两种优化算法作对比实验,结果证实本文算法的可行性和高效性.     

轮腿可切换机器人步态切换动作设计及其机体位姿测量仿真

轮腿可切换机器人在不同的环境下具有不同的运动性能,研制一款新型轮腿可切换机器人。该机器人可实现轮式步态和腿式步态的切换以适应不同环境,最大限度提高机器人运动性能。本文研究了机器人进行步态切换时,机器人机体位姿变化及机器人机体质心在空间的位移及机器人腿各个关节的旋转角度的变化的测量方法,为机器人稳定性研究提供依据。通过对机器人步态切换动作进行仿真,测量机器人质心在空间的变化量及关节角度变换,分析测量结果表明机器人位姿变换平稳,证明机器人步态切换动作的合理性。     

基于SMP开放式机器人控制系统、及其轨迹算法模块的研究

介绍一种基于SMP技术的纯软件开放式机器人控制系统。通过对6自由度工业机器人的轨迹规划流程分析,设计轨迹算法模块。并以空间直线插补过程为例,验证轨迹算法模块与机器人控制系统结合的有效性。     

一种工业机器人连续轨迹规划过渡算法

提出一种用于工业机器人操作空间连续轨迹规划的平滑曲线过渡算法,以提高工业机器人在连续轨迹过渡时的运动速度.该算法的主要目的是在保证连续轨迹过渡精度和工业机器人物理约束的条件下充分发挥工业机器人的能力,尽量提高过渡区域的速度,减少过渡所需时间,同时尽可能地使计算过程简便,以便用于在线规划,提高算法的通用性.该算法以给定速度为零的路径衔接点为基准,根据过渡半径参数得到2个速度不为零的过渡节点,在过渡节点之间采用一种有限项的正弦级数进行曲线拟合.而在非过渡区域只需采取经典的起止速度及加速度满足约束值的直线轨迹规划算法或圆弧轨迹规划算法.通过MATLAB仿真和一种两自由度高速并联机械手的实验验证了该算法的效果.该算法可以实现典型路径的在线轨迹规划,且轨迹通常不随速度参数的更改而变化,计算过程简便,故具有较大的应用价值和发展空间.     

机器人视觉搬运系统构建与软件开发

目的基于双目CCD相机、机器人、搬运手爪构建机器人视觉识别与搬运平台,引导机器人实现自动抓取。方法利用OPENCV库函数,由二次开发完成相机的标定,经图像采集、预处理,研究了立体匹配、边缘提取等算法,提取物体的轮廓特征点,并计算物体质心点的三维坐标,换算成机器人的关节转角信息,为机器人抓取提供视觉定位。结果基于VS2012开发平台,将视觉图像处理、机器人控制、数据传输集成于PC端,便于人机交互和软件集成,正交实验表明空间不同方向的定位误差在0.5～1.5 mm范围内。结论所提视觉引导方案能提高机器人动作的精确度,满足工业搬运要求。     

一种求工业机器人工具参数的方法

本文主要介绍一种在工业机器人中通过示教获得位置点并自动为用户生成工具参数值的方法 ,从原理的角度进行剖析.首先示教知道机器人法兰末端在世界坐标系下的值,之后通过齐次变换矩阵,通过算法算出工具参数的位置值.     

基于PLC的工业机器人监控系统设计

随着现代工业技术的发展,工业机器人在应用领域的前景也愈加广泛.基于基于PLC的工业机器人监控系统设计,以其集合自动报警、远程监控、智能处理等多功能为一体的优势,完成了工业化技术的要求.本文概述了PLC控制工业机器人监控系统特点,进一步分析了基于PLC的工业机器人监控系统设计,以为满足现代工业需求提供可行性借鉴.     

工业机器人三维在线自校准系统的研制

针对工业机器人校准成本与校准精度难以平衡的问题,研究了一种针对工业机器人的三维低成本高精度接触式自校系统。该系统的三维校准器安装于机器人末端位置（TCP）,采用三个互相正交的高精度位置传感器,通过研究工业机器人D-H参数校准算法,并对专用四球校准台精密迭代测量,可实现对工业机器人D-H参数的低成本、高精度在线自校准。通过与激光跟踪仪进行验证试验,各测量点的最大En值为0.63,小于1,验证结果满意。     

工业机器人协同加工工序标准工时测定方法研究

以工业机器人为研究对象,提出工业机器人完成一道工序的标准工时模型。针对工业机器人工作特点,得出工业机器人完成一道工序的标准工时构成要素;分别讨论单台工业机器人、多台工业机器人串联、多台工业机器人并联组成一道工序的工作特征,基于可靠性等相关理论,推导这3种情况下该工序的正常工时(t)、平均故障修复时间(MTTR)、平均预防性维修时间(MPMT)的数学模型;其中从工序能力出发,将并联工业机器人转化成串联形式进行模型推导。以某条智能生产线上各工业机器人为例,与正常工时相比,基于新的标准工时得出的标准产能与实际产能的误差由4.29%下降到1.72%。     

FVS-MSVM方法在机器人建模与辨识中的应用

针对强耦合、高度非线性的机器人辨识问题,提出一种基于特征向量选择(FVS)的多输出支持向量机(MSVM)方法。该方法由核技术对映射至特征空间的输入数据,按照几何上的考虑提取相关的数据向量,形成特征空间的一个基底,所选择的数据向量定义为特征子空间。将数据投影至该子空间上,基于MSVM方法建立辨识模型,MSVM方法保持了在ε不敏感损失函数下具有紧凑与稀疏解的优点。为验证FVS-MSVM方法的有效性,将其应用于液压驱动机器人的油压辨识、PUMA 560工业机器人逆向运动学辨识、SARCOS仿生机器人逆向动力学建模中。在同等条件下,将FVS-MSVM方法与SVM、KPCA-MSVM及FVS-线性回归(LR)等方法进行比较。实验结果表明,FVS-MSVM方法不仅能够减小计算复杂度,而且具有很好的建模与辨识精度,模型的推广性好。     

工业机器人整机动态稳定性指标分析及测量方法

工业机器人是深入推动产业转型升级的关键装备,其性能优劣在很大程度上决定智能生产线的稳定性水平。对工业机器人的性能进行科学、及时、准确的测量及诊断是保证工业机器人高精度的重要手段。然而,传统的方法仅仅是根据现有的运动性能测试规范、机械电气安全测试标准对工业机器人进行检测,并没有对工业机器人整机的动态稳定性进行评价。针对该问题,本文提出一种工业机器人整机动态稳定性指标分析及测量方法。首先,梳理和分析影响工业机器人本体动态稳定性的指标;其次,详细介绍传感器的布点方法;最后,分别进行仿真分析并以伯朗特工业机器人为对象进行动态稳定性实验。实验证明,本文提出的方法具备可行性和正确性。     

线结构光视觉传感器机器人手眼关系标定

为实现对工业机器人手眼关系的标定,提出一种基于线结构光视觉传感器的手眼关系标定方法。该方法在标定时,将一个平面靶标作为参考物固定在工业机器人工作空间内,控制工业机器人末端运动以带动线结构光视觉传感器作多组变位姿运动,获取在不同位姿状态下的平面靶标图像并对其进行图像处理。通过对图像上固定特征点的测量,以及建立线结构光视觉传感器模型和手眼关系模型实现对线结构光内参数和手眼关系的标定。用棋盘格标定板进行测量实验验证,实验结果表明该方法准确度为0.036 mm,即优于40μm,可用于工业机器人的测量应用。     

机器人-三维扫描系统联合扫描及其工业应用

一种由便携式三维激光扫描仪和六自由度工业机器人组成的机器人-三维扫描系统可以多角度多方位的获取物体表面的三维信息.针对激光扫描系统和机器人的两种不同组合方式,提出了一种新的确定机器人和激光扫描系统位姿关系的标定方法.该方法使用半径已知的球体作为参照工具,利用扫描系统投射出的线激光与球体的相交线拟合圆来恢复球心以及扫描整个球面拟合球心分别标定了扫描仪与机器人的旋转和平移关系,从而使机器人能够与扫描仪一起完成扫描任务.同时,将该机器人-三维扫描系统应用于工业加工中,可以实现在线测量、加工一体化.使用此系统成功地进行了吉他扫描,并利用得到的扫描数据对吉他进行了精确的边缘加工.实验结果证明,该机器人-三维扫描系统具有测量精度高及稳定性好的特点.     

基于数字图像的空间目标滚转角测量方法

本文分析了几种摄影状态下空间目标滚转角的测量问题,提出了一种从单站光测数字图像确定目标滚转角的螺旋线法。该方法通过在圆柱形目标表面涂上边界为螺旋线的四区域标志,综合运用直方图均衡化、Susan边缘检测以及Hough变换等数字图像处理技术,从光测图像中得到各个时刻目标中轴线与螺旋线的相交线段的长度,由此可高精度测出空间目标的滚转角,从而有效地解决了靶场试验中空间目标滚转角的测量难题。仿真与实践结果表明,该算法可操作性强,精度较高。     

光学定位机器人微创手术系统视觉伺服控制

为满足机器人辅助微创手术系统手术中轨迹跟踪和绝对定位的高精度要求,为其研制了一个基于光学定位的视觉伺服系统.该系统采用光学跟踪定位手段,实时测量机器人末端位姿并反馈,在光学测量空间实现全局闭环的位姿校正控制,使影响机器人轨迹跟踪和定位精度的主要误差因素得到有效校正,从而保证了机器人跟踪和定位的高精确度.分析了系统的组成和工作原理,提出一种笛卡儿空间位姿校正和关节空间速度控制综合的轨迹跟踪控制方法,仿真结果验证了该方法的有效性.     

改进最小二乘法双目视觉位姿测量技术研究与测试

由于工件表面油污、光照等因素干扰导致工件图像提取的特征点偏离实际位置,对工业机器人的抓取定位带来较大误差。该文以视觉引导工业机器人抓取气缸盖为应用对象,对双目视觉高准确度位姿测量技术进行分析。首先探讨特定条件下的双目视觉定位引导机器人技术以及粗差点产生原因与解决方法情况;其次介绍视觉系统视觉坐标系和目标坐标系,然后在位姿测量数学模型的基础上提出改进最小二乘法的准确计算方法,并搭建双目视觉引导的工业机器人抓取气缸盖系统进行测试分析。测试表明:改进最小二乘法的位姿计算方法可实现双目视觉对目标物的全自由度位姿测量,满足工业机器人高准确度抓取操作。