基于单目视觉的轮式机器人同步定位与地图构建

如何降低计算复杂度是视觉机器人同步定位与地图(SLAM)构建的热点问题.提出一种基于单目视觉的低计算复杂度的轮式机器人同步定位与地图构建算法.该算法在观测步通过图像处理与分析,识别特征点并进行定位,将轮式机器人的视觉投影与空间物体的几何关系转换为计算机器人相对特征点的距离和角度.整体算法步骤按照预测、观测、数据关联、更新、地图构建的递推算法进行同步定位与地图构建.提出的算法可识别环境目标,并进行平滑运动.在滤波观测步只处理单帧图像数据,和Active Vision和立体视觉方法相比,降低了算法的计算复杂度.     

机器人视觉系统及工件定位的坐标匹配方法

在机器人视觉系统中，机器人正确抓取视域中的工件是关键问题之一。本文主要介绍利用线性映射的方法进行坐标匹配，来解决这一问题。     

工业机器人视觉系统的目标定位

机器视觉的应用越来越广泛,也成为了工业机器人获取环境信息的重要方式。通过工业机器人视觉系统采集工作台上物品的图像,对获取的图像进行处理,使用阈值法对图像进行分割。在获得图像轮廓的基础上,通过轮廓的最小外接矩形计算物体质心的位置。试验结果表明,该方法能够快速准确地获得多个目标的质心位置。     

基于惯性导航与立体视觉的风管清扫机器人同时定位与地图创建方法

风管清扫机器人是用于完成中央空调通风管道系统清扫工作的一种自动化设备,为提高其在庞大且封闭的未知通风管道网络中的自主导航能力,提出一种低成本的机器人同时定位与地图创建解决方案。该方案结合惯性测量单元的高速动态性能及双目立体视觉传感器良好的环境感知能力,通过采用Rao-Blackwellized粒子滤波方法融合两种传感器的测量信息,可以有效地抑制惯性传感器的漂移,快速地估计机器人三维的位置、姿态和速度,并且获取稳定的环境视觉路标信息,能够满足风管清扫机器人同时定位和地图创建的要求。同时,为确保视觉路标关联的鲁棒性,提出一种双向的基于几何相容性及路标视觉特征相结合的数据关联方法。试验结果证明所提的同时定位与地图创建方案和数据关联法的有效性。     

基于视觉的机器人抓取系统应用研究综述

针对生产线上工业机器人的柔性和智能水平不高的问题,将日益发展的计算机视觉技术引入原有的搬运工业机器人领域,利用机器人视觉技术获取工件及其周围环境的信息,识别出了所要操作的目标工件,并能通过做出决策来引导工业机器人完成对工件的抓取和放置等操作。针对生产线上的工业机器人抓取系统中摄像机的标定、目标工件的识别匹配、机器人对目标工件的定位抓取这3个主要步骤在现阶段的研究成果进行了综述,对计算机视觉定位中涉及到的相关图像预处理方法进行了分析与归纳,并对该技术的实际应用研究和未来发展进行了讨论。研究结果表明,视觉抓取系统技术成熟,能够满足工业应用中的实时性要求,各部分算法的研究和改进对工业的发展和相关研究具有一定的参考价值。     

相似环境下激光结合视觉的全局定位方法

在室内结构相似或含有多几何结构重复区域的环境中,基于激光的全局定位方法很难实现可靠且高效的结果。针对该问题,本文提出一种基于优化的视觉辅助激光定位的方法,仅利用单帧图像信息和激光（LiDAR）信息进行重定位。首先,利用视觉位置识别和BA(Bundle Adjustment)优化来估计机器人的初始姿态。然后,利用视觉初始位姿缩小搜索空间,提高约束计算速度,并将初始估计和激光约束结合验证。最后通过稀疏姿态优化方法构建目标函数,求解全局位姿。实验结果表明,提出的全局定位方法相比单一激光全局定位具有更高的成功率,并且全局定位时间在室内小场景环境和长走廊环境分别减少了56.81%和89.43%,满足了实时性和鲁棒性要求。     

足球机器人视觉系统的图像获取优化研究

足球机器人视觉系统需在有限的计算能力下应对平台运动,场景变化,光照不均所引起的干扰,而图像的获取过程与此要求关系密切,在经典的图像处理算法基础上,分析了摄像机参数、传输速率、图像格式对图像处理算法及视觉综合性能的影响,提出了足球机器人图像获取过程的优化方法,并指明了足球机器人视觉系统各项性能提升的方向.     

结合视觉里程计的微小型空中机器人SLAM研究

经典的基于“平滑摄像机模型”的单目视觉同步定位与地图构建方法无法适用于具有复杂飞行模式的微小型空中机器人.针对这个问题,提出一种结合视觉里程计的单目视觉同步定位与地图构建方法.该方法通过视觉里程计直接估计机器人机载摄像机相对位姿变化,并将这些位姿信息嵌入基于EKF的单目视觉同步定位与地图构建算法中.同时,在采用视觉里程计进行位姿估计时,针对可能出现的退化问题,采用特征分类的策略,提高了估计的鲁棒性.将方法应用于一套真实的微小型智能无人直升机系统上,实验数据验证了方法具有良好的适用性和实用性.     

基于SIFT的单目移动机器人宽基线立体匹配

SIFT特征描述子是一种对图像旋转平移、缩放以及视角变化具有不变性的匹配特征描述方法,本文针对单目移动机器人环境探索中存在的大视差宽基线图像对的立体匹配问题,提出了一种基于SIFT特征描述子的单目移动机器人宽基线立体视觉匹配方法,通过提取SIFT不变特征点,构造SIFT特征向量,从而实现特征点对的初匹配,进一步利用RANSAC算法以及外极线约束进行匹配点的优化筛选,并通过三维重建实验验证了获得匹配点对的准确性。     

基于图形编程的机器人人机交互系统

针对传统机器人的复杂性与封闭性,对图形编程的机器人人机交互系统进行研究。该系统采用面向对象程序设计方法,分析了图形编程的可行性,强调了人主动参与机器人行为的重要性。鉴于图像传递过程质量下降,提出了维纳滤波算法对图像进行修复和还原,使用了ZigBee无线通信技术,自主研发了人机交互界面,设计了功能全面的手柄遥控操作终端。实验证明,该系统实时性能良好,实现了通用性强、界面友好的远程机器人控制。     

基于图形编程技术的服务机器人人机交互系统的研究

人机交互技术是服务机器人中的一项关键技术。本文就人机交互系统的概念、研究现状进行了阐述。结合HRDY服务机器人介绍了基于图形编程的人机交互系统设计思想，分析了图形编程与直接操作人机交互方式、面相对象程序设计方法之间的联系。给出了一种具体的人机交互界面。     

用于弱纹理场景三维重建的机器人视觉系统

为了实现机器人在弱纹理场景中的避障和自主导航,构建了由双目相机和激光投点器构成的主动式双目视觉系统。对立体视觉密集匹配问题进行了研究:采用激光投点器投射出唯一性和抗噪性较好的光斑图案,以增加场景的纹理信息;然后,基于积分灰度方差(IGSV)和积分梯度方差(IGV)提出了自适应窗口立体匹配算法。该算法首先计算左相机的积分图像,根据积分方差的大小确定匹配窗口内的图像纹理质量,然后对超过预设方差的阈值与右相机进行相关计算,最后通过遍历整幅图像得到密集的视差图。实验结果表明:该视觉系统能够准确地恢复出机器人周围致密的3D场景,3D重建精度达到0.16mm,满足机器人避障和自主导航所需的精度。与传统的算法相比,该匹配方法的图像方差计算量不会随着窗口尺寸的增大而增加,从而将密集匹配的运算时间缩短了至少93%。     

Image distortion correction for micromanipulation system based on SLM microscopic vision

Stereo light microscope (SLM) simulates stereo imaging principle of human eyes. Microscopic vision system based on SLM has become an important visual tool for micro measurement, micromanipulation, and microinjection. We develop a micromanipulation system based on SLM and present an image distortion correction method. We mainly correct two kinds of image distortions: lateral and vertical distortion. Distortion correction consists of two steps. First, a linear fitting algorithm for each row or column of target points is developed, and the fitting errors are calculated. If the fitting errors are smaller than a given threshold, the linear fitting results are kept and used. Otherwise polynomial fitting procedure will be used. Second, the parallelism of straight lines is corrected. The results show that a line in world coordinate frame (WCF) is not necessarily a straight line in image coordinate frame (ICF), or two parallel lines in WCF may be not parallel in ICF. Distortion correction can restore the parallel and linear relationship. For distorted left and right images, the magnitude of distortion exceeds 6 pixels and 4 pixels in the horizontal direction, and 1.2 pixels and 1.7 pixels in the vertical direction, respectively. After corrected, for left and right image, distortion can be reduced to 0.8 pixels and 0.7 pixels in the horizontal direction, and 0.96 pixels and 1.3 pixels in the vertical direction, respectively. The results show that distortion parameters obtained from the proposed method can effectively correct distorted images. Microsc. Res. Tech. 79:162–177, 2016. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.     

基于高斯矩改进SURF算法的移动机器人定位研究

针对移动机器人定位过程中视觉图像特征点提取与匹配数量较多,边缘特征点不稳定的问题,提出基于改进离散Gaussian-Hermite矩的SURF图像匹配算法。利用双树复小波变换将图像分解为低频与高频部分,将低频部分作为改进算法的输入图像。通过采用3D非极大值抑制求取图像不同尺度下的特征点,计算图像Gaussian-Hermite矩,重新确定Hessian矩阵,检测稳定边缘特征点,定义新的特征描述向量。将改进算法与自适应粒子滤波定位算法相结合,实现移动机器人在室内环境中的视觉定位。实验结果表明:改进算法配准精度高于SURF算法,不稳定特征点提取数量相比于原算法约减少9%,匹配率得到进一步提升。     

基于3D视觉引导的拆装模机器人系统设计

针对传统PC构件手工拆装模生产作业人员多、占地面积大和工位利用率低的生产方式,结合机器人运动控制技术、激光扫描技术和图像感知技术,提出了一种基于3D视觉引导的直角坐标系机器人系统。在阐述视觉引导机器人自动拆装模具原理的基础上,设计了一种针对混凝土预制构件拆装模具的四自由度直角坐标系机器人系统,开发了基于EtherCAT总线的分布式控制软硬件系统,并进行工厂实际生产测试。测试结果表明:该机器人可以直接由图纸驱动自动完成PC构件的拆模和装模等核心生产过程;模具识别准确率高于99.5%;单个模具的装模节拍少于20 s;抓手中心重复定位精度达到±1 mm。为混凝土预制构件拆装模实现全自动化作业提供了完整解决方案。     

基于激光雷达的移动机器人同时定位与地图创建的研究

应用同时定位与地图创建理论建立全区域覆盖移动机器人导航系统,融合航位推算理论和基于环境特征的定位方法,设计了基于光电编码器--磁航向传感器组合和LMS激光雷达的混合定位系统.使用扩展Kalman滤波技术完成了基于特征直线的机器人位置更新.通过计算机仿真,结果表明建立的混合定位系统和同时定位与地图创建方法是一种切实可行的全区域覆盖移动机器人的导航方法.     

并联机器人双目主动视觉目标定位的研究

为解决并联机器人"盲"工作状态,提高并联机器人的运动精度,构建了一种对并联机器人工作空间监测的双目主动视觉监测平台,并在双目主动视觉监测平台上给出了一种视觉空间目标定位算法.该算法分别研究了两个摄像机光轴在同-平面和不同平面时的空间目标定位问题.     

基于ORB关键帧匹配算法的机器人SLAM实现

针对复杂环境下机器人的同时定位与地图构建(SLAM)存在实时性与鲁棒性下降等问题,将一种基于ORB特征点的关键帧闭环检测匹配算法应用到定位与地图构建中。研究并分析了特征点提取与描述符建立、帧间配准、位姿变换估计以及闭环检测对SLAM系统的影响,建立了关键帧闭环匹配算法和SLAM实时性与鲁棒性之间的关系,提出了一种基于ORB关键帧匹配算法的SLAM方法。运用改进ORB算法加快了图像特征点提取与描述符建立速度;结合相机模型与深度信息,可将二维特征图像转换为三维彩色点云;通过随机采样一致性(RANSAC)与最近迭代点(ICP)相结合的改进RANSAC-ICP算法,实现了机器人在初始配准不确定条件下的位姿估计;使用Key Frame的词袋闭环检测算法,减少了地图的冗余结构,生成了具有一致性的地图;通过特征点匹配速度与绝对轨迹误差的均方根值对SLAM系统的实时性与鲁棒性进行了评价。基于标准测试集数据集的实验结果表明,ORB关键帧匹配算法能够有效提高SLAM系统建图速度与稳定性。