基于无标定全局视觉反馈的三维运动目标的图像跟踪方法

研究机器人在摄像机图像平面上对三维运动目标的跟踪方法。在摄像机模型未知及机器人与摄像机关系没有标定时 ,利用雅可比矩阵 ,可直接从图像上观察到的机器人手爪和运动目标之间的位置误差 ,计算出机器人手爪为消除这个误差的期望运动。并给出雅可比矩阵形式的推导过程     

基于视觉引导和超声测距的运动目标跟踪和抓取

提出了装配机器人系统中一种基于视觉引导和超声测距的运动目标跟踪和抓取方法。介绍了运动目标的跟踪原理 ,采用图像雅可比矩阵进行机器人运动控制 ,跟踪运动的目标。利用视觉引导技术 ,获取目标在图像平面中的位置与方位 ,进行平面跟踪 ,然后引导超声波测距装置测取目标深度信息。实验结果验证了本文提出的这种方法的可行性和有效性     

基于视觉引导和超志测距的运动目标跟踪和抓取

提出了装配机器人系统中一种基于视觉引导和超声测距的运动目标跟踪和抓取方法，介绍了运动目标的跟踪原理，采用图像雅可比矩阵进行机器人运动控制，跟踪运动的目标，利用视觉引导技术，获取目标在图像平面中的位置与方位，进行平面跟踪，然后引导超声波测距装置测取目标深度信息。实验结果验证了本文提出的这种方法的可行性和有效性。     

基于模糊自适应Kalman滤波的机械手动态图像雅可比矩阵辨识

提出了一种改进的基于模糊自适应Kalman滤波的动态图像雅可比矩阵辨识方法.该方法在机器人参数和滤波参数未知而且视觉成像模型动态变化的情况下,通过模糊逻辑自适应控制器在线监测滤波残差均值和残差协方差误差,对过程噪声参数Q和量测噪声参数R进行自适应调节,实现了未知环境下动态图像雅可比矩阵的稳定辨识.通过微装配机械手运动实验验证了该方法的有效性.     

微操作机器人的显微视觉自标定方法

在分析微操作机器人结构特点的基础上确定了待标定参数,提出了一种基于显微视觉的自标定方法。通过动态跟踪随机器人运动的目标来计算其图像坐标,采用最小二乘法拟合目标运动轨迹在显微镜坐标平面中的投影直线,并结合高精度机器人的位移量,经过几何投影和变换,标定出待标定坐标到显微镜坐标的转换矩阵。该标定方法无需特殊辅助测量仪器。实验表明,角度标定重复性好,位置标定误差小于 2 个像素。     

分块特征匹配与局部差分结合的运动目标检测

针对摄像机在运动情况下运动目标检测问题的研究,提出了一种尺度不变特征变换图像分块特征匹配和局部差分算法相结合的运动目标检测方法。该方法不仅可以减少图像配准参数求解所需要的时间,弥补全局运动补偿对图像完整性的影响,并且可以在摄像机运动的情况下准确地检测出运动目标。 实验证明了该方案的有效性。     

机器人手爪的功能分析与设计研究

本文对机器人手爪的抓取运动范围、工件的定位要求、夹紧力的计算方法、工件的检测、清洁和安全等相关功能要求进行了系统的介绍,对设计手爪时工件结构形式的分析、工件定位点及夹紧方式的确定、工件检测传感器位置及数量的确定、工件表面的清洁、手爪的安全性等相关设计事项进行了研究,在分析了机器人手爪的有关设计要素后,提出了机器人手爪的设计的步骤和设计思路,为机器人手爪在现代工业制造领域的推广和应用提供技术支持。     

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。     

空间三指形手爪的研制

随着空间机器人技术的进步,空间机器人将用于对空间漂浮目标的包络和抓捕.为了协助空间机器人完成对漂浮目标的捕获任务,研制了一种空间三指形手爪.利用单双手指、V形槽和捕获接口等机械元件,使得机器人可以对大范围位姿不确定的目标实现高精度的对接捕获.研制的蜗轮蜗杆、轴承、密封等机构具备空间环境适应性.在试验中,手爪在较大位姿偏移情况下捕获目标并锁紧在唯一位姿下.因此手爪具有较高的精度并且适应高低温度变化,具备了在空间环境中工作并抓捕对接目标的能力.     

一种运动误差精确补偿的矩阵求和合成孔径成像算法

根据回波数据对波束范围内各目标合成孔径成像的贡献,将其变换为一个图像矩阵,不同回波数据的图像矩阵相干叠加,完成合成孔径处理。首次采用矩阵运算,相比于传统逐点延时求和向量运算,成像效率提高了一倍。提出了一种移位成像运动误差补偿算法,克服了传统补偿算法存在的相位误差方位空变性的影响,实现运动误差的精确补偿。仿真和试验数据处理结果都表明该算法具有成像效率高和运动误差补偿精确的优点。     

运动摄像机下快速提取运动目标的新方法

本文研究摄像机和目标同时运动情况下的实时目标提取问题.首先运用背景差方法,检测出静止摄像机下的运动区域,为了克服连通域分析法耗时长的不足,提出重心偏移迭代法快速获得感兴趣运动目标.在改进Camshifi跟踪算法中,提出采用Bayesian概率法则在由Kalman滤波器预测的感兴趣区域(ROI)内获取颜色概率密度分布图像(CPDDI),引入即时背景(IB)以抑制背景特征.提出依据跟踪结果进行目标提取的方法,即结合CPDDI特征,并辅以适当的形态学滤波策略,从跟踪结果中提取出运动摄像机下的运动目标,解决目标被动态背景干扰的问题.实验结果表明,提出的算法能够较稳定和完整地提取出运动摄像机下的运动目标,对复杂动态背景的适应性较强,且算法完全达到了实时的运行速度.     

机器人激光扫描式焊缝跟踪测量系统研究

提出了机器人激光扫描式焊缝跟踪系统参数的标定方法和基于数字图像处理的焊缝特征点识别方法.采用中值滤波、自适应阈值分割和孤点滤波法等对激光图像进行预处理,以数字形态学方法获得焊缝特征点坐标;然后以一组平行线为靶标,获得激光平面上无穷远处一点在摄像机中的投影,实现结构光参数的标定;最后以多个机器人位姿对固定目标点进行检测,求解出机器人的手眼矩阵.整个系统标定过程简单,精度可靠,可用于空间曲面的U型焊缝检测.     

基于光电成像的单站被动测距

研究空间运动目标到机动摄像机的距离的估计算法.通过相邻帧图像中同一目标上四对特征点的匹配,计算相邻采样时刻目标相对摄像机的距离变化量,结合目标的方位角、俯仰角、特征线度和摄像机的空间坐标,求解一个四阶非线性方程,得到前一时刻目标与摄像机之间的距离,随即确定出当前时刻上目标到摄像机距离.阐述了测距原理,推导了测距方程,最后给出了相应的实验数据.研究表明该方案通过两幅图像即可实现对目标的被动测距,缩比模型试验证明了算法的正确性和有效性.该方法适用于能够面成像的刚体三维运动目标.     

复杂背景下运动目标的提取

提出了在复杂背景以及摄像机运动的情况下运动目标提取的算法。采用了新的局部投影的方法,在图像中合理地划分了投影区域,在求投影偏移量时提出了峰值匹配的算法,合理地检测到了投影偏移量。求得各个局部运动矢量后,采用出现频率最高的局部运动矢量代表全局运动矢量,成功的补偿了背景的运动。实验结果表明该算法在图像背景复杂且由于摄像机运动使背号发生明显变化的情况下,可稳定准确地提取出运动目标,并能有效克服背景中存在的运动干扰。     

冗余度机器人的最优轨迹生成器

设计出了较为通用的冗余度机器人的最优轨迹规划器，将空间分离法和扩展雅可比矩阵法应用到冗余度机器人的逆运动学求解过程中，得出了较为简便的公式，该规划器回顾了雅可比矩阵的伪逆的计算，为冗余度机器人最优轨迹规划的实时应用奠定了基础。仿真结果表明，该规划器是可行的。     

基于单特征点的手眼系统摄像机标定

基于机器人的相对运动,提出了一种基于单特征点的手一眼系统摄像机内、外参数的标定方法。在摄像机视场中任意选择一个特征点,使机器人末端在保持姿态不变的条件下运动,相当于机器人不动但具有多个特征点。利用这些点可计算出摄像机的内参数和相对于特征点的外参数。大幅度改变机器人的姿态,可标定出特征点在机器人基坐标系下的位置,进而得到相对于机器人末端的外参数。实验结果验证了该方法的有效性。     

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。     

激光单目视觉焊缝起始点导引技术

针对弧焊机器人自动化焊接过程中初始焊接位置定位问题,本文提出了一种十字激光单目视觉的两步导引法.首先,找到成像平面上焊缝起始点坐标,以光轴中心为原点,光轴中心与该点的连线为z轴建立新的坐标系,通过求解新旧坐标系之间的旋转矩阵,控制机器人调整摄像机的姿态,使目标点位于摄像机光轴;然后,结合十字激光发生器,控制机器人沿摄像机z轴逐渐向焊缝起始点靠近,直至十字激光交叉点与焊缝起始点重合,即获得焊缝起始点的三维坐标,将该坐标反馈给机器人,控制焊枪运动至焊缝起始点.试验结果表明,该方法能够在保证焊接精确度的情况下实现对焊缝起始点导引.     

用矩阵微分建立股骨颈手术导航机器人位姿误差模型的方法

应用矩阵微分建立了股骨颈手术导航机器人的位姿误差模型.依次做了以下主要工作:设计股骨颈手术导航机器人的三维形体结构,即串、并联混合机构;基于结构与运动特征,采用传递矩阵建立手术导航模型;提取特征参数作为微分变元,通过矩阵微分建立手术导航的位姿误差模型;应用仿真软件matlab7.0,以导航机器人的设计尺寸与容差值为变量,对特征参数引起的导航位姿误差分布进行仿真,其结果位姿误差呈平面分布,极大误差在边界线上获得.应用矩阵微分建立的手术导航误差分析模型的工程含义明确,结构规范,适用于将机器人的精度校核穿插到形体设计的前期阶段进行,在并行设计中的精度校验上有实用性.     

基于机器视觉的机器人辨识及分拣盒装香烟的系统

运用机器视觉技术和机器人技术设计并实现了一种识别、分拣盒装香烟的系统,以提高识别准确率和分拣效率。该系统通过USB摄像头采集烟盒图像信息,从烟盒的特征检测入手,利用Matlab工具对香烟条形码、烟盒颜色和字迹字符三个方面进行处理分析,识别出真伪香烟,并随即通过控制机器人手爪对识别出的香烟进行分拣。