一种搭载深度相机的机器人手眼标定方法

针对机器人手眼标定过程中人工标定时间长和标定误差大的问题,以双目测量为基础,设计了一种基于深度相机的机器人手眼标定方法.深度相机对标定物进行成像并建立点云模型,通过标定物的特征点视差及深度值反映摄像机的空间关系,同时导入机器人基坐标系下坐标,计算手眼关系变换矩阵,完成机器人手眼关系标定.实验表明:该方法标定的平面误差不...     

机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法

针对离线编程系统中机器人在世界坐标系下的位姿描述问题,提出一种利用对偶四元数精确标定机器人基坐标系的方法.首先在利用指数积公式建立机器人正运动学模型的基础上,推导了基于单位对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将世界坐标系与机器人基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一描述;其次,以对偶四元数的几何性质为约束条件,建立最小方差目标方程,引入拉格朗日乘子法求解最优的位姿变换矩阵;最后,对6自由度串联机器人进行了标定实验.实验结果表明,该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据.     

基于非最小化优化的手眼标定方法

在分析手眼标定问题数值特征的基础上,提出一种新的基于非最小化优化的手眼标定方法。采用张量的形式描述手眼标定方程,提出了非最小化优化条件下的代价函数,通过特征计算求解相应估计方程。扰动分析证明了该方法求解的精确性。分别采用仿真数据和真实数据进行试验。试验结果显示,该方法能够通过无初值的计算实现手眼方程的求解,避免了优化迭代产生的复杂计算,具有较高的鲁棒性、有效性和天然的运动选择特性。与其他方法相比较,新方法大大节省了运算时间,并降低了计算误差,为机器人系统的实际标定提供一个很好的选择。     

焊接机器人工具坐标系标定的研究与实现

采用六点标定法对工具坐标系进行标定. 首先标定工具参数的位置向量,其次标定工具坐标系的姿态矩阵,其中工具中心点位置标定采用线性最小二乘法的矩阵形式进行求解,工具坐标系姿态采用向量和矩阵的基本运算进行求解. 针对RB 1400六自由度焊接机器人,基于开放式软件平台CODESYS开发了工具坐标系标定算法模块和焊枪位姿变换模块,最后以此为基础移动机器人对准基准点,测试分别绕x、y、z轴旋转检查TCP点的位置是否符合要求. 结果表明:该方法确实可行,并且可以适用于其他类型机器人的工具坐标系标定.     

基于激光单目视觉系统的焊缝提取

将激光单目视觉传感器固定在ABB机器人上组成视觉系统,用Matlab标定工具箱实现了对摄像机参数的高精度标定,与机器人示教器结合对机器人进行了手眼标定;利用视觉系统采集焊缝图像,对获得的图像进行图像处理和特征分析,并提取计算机图像平面上焊缝特征点的图像坐标.根据摄像机内外参数、机器人的手眼关系以及焊缝的特点提出一种简便的方法将二维平面坐标转化为三维坐标,用Solidworks还原出焊缝的三维模型,提取焊缝中心线信息进行焊接实验,结果表明焊接精度满足实际要求.     

基于机器视觉的机器人焊枪精确运动研究

针对焊接机器人焊枪在工作过程中由于人工手眼操作运动精度存在偏差的问题,提出了一种基于机器视觉的机器人焊枪空间定位及运动的方法。利用图像处理技术,识别焊枪空间坐标,控制焊枪进行精确运动,提高了自动化效率。实验表明,该方法的运动定位精度稳定在0.4mm以内,精度较高,适用于机器人焊枪在标定和运动过程中的识别以及精确运动控制。     

基于机器人运动参数与特征向量的标记点匹配方法

为提高移动摄影测量中相机定向方法的速度和柔性,提出一种基于机器人运动参数的相机定向方法.首先对机器人进行手眼标定,得出相机与机器人工具之间的相对位姿.然后利用手眼关系与机器人运动参数,将相机位姿统一到机器人基坐标系中,实现相机的自动定向.为消除极线约束匹配产生的歧义,本文提出一种基于特征向量的歧义匹配校正方法.实验表明,本文方法具有匹配率高、准确性高、速度快、柔性高的特点,适合智能制造中的在线精密测量.     

用于机器人离线编程的工件标定算法研究

针对机器人离线编程技术应用过程中工件标定问题进行了研究，并利用工件标定实质，通过确定仿真环境中工件坐标系到实际环境中工件坐标系之间的转换矩阵实现工件调整与匹配。在此基础上，针对工件特点进行了标定算法的详细研究，提出正交平面工件标定、圆形基准四点工件标定和辅助特征点三点三种工件标定方法，从而比较全面地解决机器人离线编程技术应用过程中的工件标定问题。     

基于激光扫描的工业机器人焊接焊缝跟踪方法

由于工业机器人焊枪和焊接焊缝之间的位置偏差会导致焊接焊缝跟踪结果存在一定的误差 , 因此提出了一种基于激光扫描的工业机器人焊接焊缝跟踪方法 装 首先 ,采用激光扫描传感器采集工 业机器人焊接焊缝图像 ,并对图像进行滤波、增强、黑白化预处理；其次 ,检测图像边缘后 ,采取激光 扫描方法确定焊接焊缝边缘图像中激光条纹骨架的大概位置 ,经最小二乘法直线拟合出准确的激光 条纹中心线 ,提取焊接焊缝特征点；再次 ,结合工业机器人手眼标定矩阵 ,将激光扫描传感器坐标系 中的焊接焊缝特征点坐标转化为工业机器人坐标 ,从而形成焊接焊缝轨迹；最后 ,采取3 次非均匀有 理 B样条方法得到工业机器人焊枪和焊接焊缝之间的位置偏差 ,修正机器人焊枪位置 ,从而实现工 业机器人焊接焊缝的精准跟踪 装 实验结果表明 ,该方法不仅能够准确检测出焊接焊缝边缘 ,而且能 够跟踪不同宽度、不同形状的焊接焊缝工件     

由支链构造并联机器人雅可比矩阵

为获得并联机器人雅可比矩阵,以移动平台上两点速度关系为基础,推导出一种由各支链机构雅可比矩阵构造并联机器人机构雅可比矩阵的表达式.该方法可用于并联机器人机构或混联机构雅可比矩阵的自动运算,乘法运算次数比排除了柔性杆件的Monsarrat和Gosselin推出的并联机器人机构雅可比矩阵形式少.通过平面5R并联机器人机构算例验证了该方法的正确性.     

A Calibration Method of Robot Base Frame with Procrustes Analysis

基于正交Procrustes分析的机器人基坐标系标定方法

高晓珊¹,王刚²,贠超¹,郝大贤¹

（1北京航空航天大学 机械工程及自动化学院,北京 100191;

2北京邮电大学 自动化学院,北京 100876）

摘 要:

为满足机器人高精度作业要求,基于POE正运动学公式,提出一种基于正交Procrustes分析的机器人基坐标系标定方法。由于制造装配误差的存在,导致机器人实际的基坐标系与理论建模的基坐标系之间存在偏差,前者可以借助外部测量设备采集机器人末端执行器的三维（3D）位置坐标来建立。为求解两个基坐标系之间的变换关系,利用Procrustes分析的几何约束条件,建立拉格朗日乘子罚函数形式的目标方程,通过奇异值分解（SVD）得到最优的正交旋转矩阵。最后,对六自由度串联机器人进行了现场测量与标定实验,实验结果表明该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据。

关键词：基坐标系;标定;Procrustes分析; 正交性

     

New self-calibration approach to space robots based on hand-eye vision

To overcome the influence of on-orbit extreme temperature environment on the tool pose(position and orientation) accuracy of a space robot,a new self-calibration method based on a measurement camera(hand-eye vision) attached to its end-effector was presented.Using the relative pose errors between the two adjacent calibration positions of the space robot,the cost function of the calibration was built,which was different from the conventional calibration method.The particle swarm optimization algorithm(PSO) w...     

自主式移动机器人分布视觉组合导航多摄像机标定方法

根据分布视觉组合导航系统利用全局视觉对移动机器人进行绝对定位的要求,针对机器人远离摄像机时定位精度明显下降的问题,提出了适用于较大场景的多摄像机参数分区标定方法。在集合的概念下描述了移动机器人的整个工作区域与各个摄像机的有效区域的关系,建立了基于小孔模型的空间平面到摄像机像平面的透视变换矩阵的摄像机参数标定模型。通过4部摄像机在长9.6 m,宽6.4 m的区域内进行的标定实验和误差分析表明,该方法的整体平均误差仅为7.96 mm。     

移动机械臂手眼关系标定及视觉伺服控制方法

将视觉传感器集成到移动机械臂上构成眼在手上构型的视觉伺服系统是服务机器人实现物品抓取与搬运操作的一种有效方法,但存在手眼关系标定算法复杂非线性,以及难以处理移动机械臂的非完整性约束等难题。为了克服以上难题,首先将移动机械臂抽象为一个广义机械臂,对其进行运动学建模,并求出其运动学解析逆解;然后提出一种全新的线性主动视觉摄像机标定方法对手眼关系进行标定;最后设计包含眼注视逼近和look-then-doing开环抓取的视觉伺服切换控制律来控制移动机械臂实现家庭物品的抓取操作。仿真及试验结果表明,该线性手眼关系标定法易于实现,且具有极高的标定精度,同时设计的视觉伺服切换控制律能够有效克服移动机械臂的非完整性约束带来的控制困难。     

基于机器视觉的机器人装配位姿在线校正算法

为了解决柔性夹具夹取异形零件过程中工件与夹具相对位置具有不确定性的难题,提出基于机器视觉的机器人装配位姿在线校正算法. 通过图像预处理及零件表面特征提取,建立工件位姿向量. 通过系统建模、误差分析及函数拟合,将工件位姿校正量分解为原始位姿差、旋转引入位姿差及残余位姿差三部分,将三部分位姿差进行线性组合作为零件位姿误差补偿量反馈给机器人,以引导机器人完成装配. 为了验证算法的有效性,以涡旋式汽车空调压缩机动盘装配为例,设计机器人手眼装配系统进行实验. 实验结果表明,该系统能够保证校正后的零件位姿与目标位姿角度偏差和x及y方向位置偏差分别小于0.6°和0.6 mm,平均装配时间小于20 s,实验过程中装配成功率达到99.67%.     

高集成三自由度解耦球型手腕

针对空间机器人手腕集成度低和灵活性差的问题,提出一种由相对独立运动链组成的三自由度解耦球型手腕机构,采用双万向节和双半球结构来保证腕关节的紧凑性与灵活性.分析运动传动关系和工作空间区域,完成三自由度解耦球型手腕的结构设计,推导正、逆运动学方程和雅克比矩阵,分析结构解耦和运动解耦特性,建立作业空间与关节空间的运动传递关系.构建三自由度解耦球型手腕试验平台,进行侧摆、俯仰、自转试验和末端运动轨迹验证试验.研究结果表明,解耦球型手腕运动灵活、平稳,姿态角调整范围大,轨迹跟踪准确.     

双摄像机结构光三维测量系统自标定方法

针对双摄像机与投影仪结构光三维测量系统的标定问题,提出了极线约束条件下的自标定方法．依据极线约束理论,通过标定物上特征点与对应双摄像机的两个像点确定极线方程,建立了两个摄像机之间的平移和旋转关系矩阵．将多编码周期三角形灰度分布图案投射到标定物,获取特征点在投影仪上对应点的坐标,采用改进8点法建立投影仪与双摄像机关系矩阵的两个估计矩阵,利用对极距离为目标函数进行估计矩阵优化,得到双摄像机和投影仪的参数矩阵．采用该系统对平面和人脸进行了三维测量实验,结果表明平面测量的最大绝对误差不大于1．7mm,相对误差不大于0．18％,表明了该三维测量系统自标定方法的有效性．