三维形貌测量机器人的轨迹规划技术

针对带有深孔特征的异型曲面三维形貌的测量需求,提出基于CAD(Computer Aided Design)数模提取信息进行自适应布点的方法和基于法向精度控制的轨迹规划测量方法。通过对机器人的位移-时间、速度-时间与加速度-时间曲线的仿真分析,验证了运用高阶多项式插值法可得到平滑的轨迹曲线。通过基于法向精度控制的形貌测量实验分析形貌测量过程中TCP(Tool Centror Point)的位置偏差与角度偏差,发现位置偏差小于0.092 mm,角度偏差在0.19°内,证明了所提方法的可行性。     

激光再制造机器人待加工零件形貌三维重建

采用双目摄像机结合结构光组成主动视觉测量系统,并与机器人耦合,构建了一种具有视觉功能的智能激光加工机器人,能够感知各种复杂曲面轮廓,重建三维形貌。系统由六自由度机器人、双目摄像机和结构光发射器组成。机器人带动双目摄像机和结构光发射器运动,既实现多视角测量,消除测量中的"死角",重建工件的完整三维形貌,又将测量到的点云数据转换到机器人坐标系。阐述了测量原理和数学模型,进行了单摄像机内外参数的标定,双目摄像机相对关系的标定,双目摄像机与机器人之间的手眼关系标定,得到摄像机内参数矩阵,手眼关系矩阵,机器人与世界坐标系关系矩阵。对双目图像进行大步距图像分割,提取目标区域,平滑降低图像噪声,重心法提取亚像素级结构光条纹中心,根据极线约束进行左右条纹配准,三维算法得到空间点坐标,可方便地转换到世界坐标系,实现全局坐标的统一。     

双光纤点衍射干涉投影系统误差校正及优化

条纹投影测量技术为复杂曲面提供了一种大动态范围的非接触式三维形貌检测方式。在基于双光纤点衍射干涉的条纹投影检测系统中,系统结构参数对最终面形检测精度影响较大。通过建立系统结构几何分析模型,对系统结构参数进行了优化。针对双光纤点衍射探头投射角标定误差的影响,传统基于零级亮条纹定位的投射端投射角标定方法由于临近级次条纹光强较为接近难以区分而导致存在较大误差,为此提出了一种基于基准平面的投射角迭代校正方法,在原标定方法的基础上进一步提高了其标定精度,进而有效提高了面形检测精度。为验证所提出方法的可行性,搭建实验系统对不同斜率动态范围的待测物测量比对,结果表明校正前后的测量系统与三坐标测量机的测量结果偏差从0.418 2 mm减小至0.021 1 mm,实现了微米级的检测精度,为各类复杂曲面的高精度检测提供了一种可行的方法。     

基于绝对相位编码的高速三维轮廓测量系统

为了实现对复杂物体三维外形的快速测量目的,首先设计了一套基于结构光的高速测量系统,该系统主要由高速投影模块和图像采集模块组成;然后采用一种基于绝对相位的编码和解码方法,实现绝对相位的测量,从而解决了复杂形体的三维测量过程中的二义性问题.最后,对所给系统进行了三维测量的实验验证,证明该系统精度可达到0.11mm,实验结果表明系统的精度和速度适合高速三维测量.     

采用激光雷达的大尺寸三维形貌测量技术

随着航空、汽车、造船等工业的发展,大尺寸的不规则自由曲面、形体的三维测量成为非常有应用前景的技术.针对快速、高精度的使用激光雷达进行大尺寸三维形貌测量的测量问题,提出了适用于对大型复杂零件进行的三维形貌分析、产品检测等任务的测量方案.介绍了激光雷达的测量原理,详细叙述了使用激光雷达进行大尺寸三维形貌测量的过程,以及如何在Spatial Analyzer软件协助下获得测量数据并进行处理分析的方法.实验结果表明,该方案满足了大尺寸零件复杂形面的高精度、高效率、低劳动强度等测量要求,对大尺寸零件的三维形貌测量具有普遍适用性.     

空间滤波器截止频率对三维形貌测量精度的影响

分析了在三维形貌测量中,对结构光调制图像进行低通滤波时,截止频率的选取对三维形貌测量精度的影响,并给出了三维形貌测量精度的处理过程和结果.对带有结构光调制的图像进行不同截止频率的空间滤波处理和比较.实验结果表明,该方法可以提高三维形貌测量的精度.     

基于双目视觉的医疗机器人摆位系统测量方法

为了实现精确放疗过程中精确定位和肿瘤位置的精确测量,建立了基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统,并对系统所采用的摄像机标定方法、标记点识别及其三维坐标计算、摆位系统的位置验证等算法进行研究。建立基于双目视觉的医疗机器人摆位测量系统;提出了一种对摄像机采用基于平面棋盘格和立体标定模板相结合的摄像机标定新方法;采用Roberts梯度算子对图像分割的方法,识别标记点中心并计算其三维坐标;通过比较基于双目视觉计算和三维坐标测量仪器测量的各个标记点三维坐标的摆位误差,实现放疗过程中位置验证和精确摆位。实验结果表明:摄像机的标定精度为36.5×10-3 mm和各个标记点的三维坐标平均偏差为δX=0.573mm、δY=0.495mm、δZ=0.430mm,测量方法可获得较高的标定精度和摆位精度,能满足精确放疗对高精度摆位系统的临床需求。     

基于激光测距的三维激光加工示教编程系统

为了提高激光加工中示教录返编程的精度和效率 ,克服原有系统在结构上的限制和操作上的不足 ,采用借机测量系统的概念 ,提出了基于激光测距的三维激光加工示教编程系统 ,通过保证三维曲面上点的精确测量来实现所需加工信息的测量 ,并对三维曲面上自由轨迹的示教编程进行了详细的探讨。     

基于远心镜头与曲面屏的镜面三维测量方法

提出了一种基于远心镜头与曲面屏的非连续镜面三维形貌测量新方法，在增加大曲率镜面成像范围的同时，提高了三维数据的测量精度。首先，在显示屏上显示标准正弦条纹图，相机分别记录经由平面参考镜和被测镜面反射的正弦条纹图像。然后，利用四步相移法和最佳三条纹选择法得到对应的相位分布值。接着，与平面参考镜比较，得到经由被测镜面物体表面调制后的相位变化。根据所建立的数学模型，推导相位与深度间对应关系，并对其系统参数进行标定。最后，对大曲率镜面和非连续镜面标准台阶进行了测量，验证了该方法的精度和有效性。     

大尺寸曲面形貌测量系统的点云拼接技术

在利用机器人进行大尺寸曲面形貌测量的过程中,提出一种基于室内全球定位系统(iGPS)的点云拼接方法,以iGPS世界坐标系为点云拼接的坐标系,建立了点云拼接数学模型。利用粒子群优化(PSO)算法对迭代最近点(ICP)算法进行改进。基于球心距测量的点云拼接实验验证了所搭建测量系统的精度小于0.1 mm。在汽车前保险杠点云拼接实验中,最大负偏差为-0.05189 mm,最大正偏差为0.0727 mm,均小于0.1 mm,偏差分布较为均匀,验证了所提算法在大尺寸点云拼接方面具有较好的效果。     

激光复合成形三维测量系统设计和成形件尺寸精度控制研究

对激光复合成形三维测量系统进行了设计,并对成形件尺寸精度控制进行了研究,分析了三维测量系统功能及其在激光复合成形技术中的作用.设计了三维测量系统中的机械结构部分,包括二维运动平台、高速轮廓仪支架,并对运动平台精度进行分析控制.设计的三维测量系统可测量出熔覆件表面形貌特征及表面数据;通过MATLAB软件处理,设置铣削频率...     

三坐标测量机测量曲面的三维绘图法

介绍和分析了在三坐标测量机上测量曲面解决探头半径引起测量误差的几种常用方法,并提出用三维设计软件,处理三坐标测量机测量曲面的数据。消除了三坐标测量机探头半径引起的测量误差,提高了精度。探讨了三维绘图精度对测量精度的影响。     

基于iGPS定位跟踪的三维形貌测量系统标定方法

基于iGPS定位跟踪的三维形貌测量系统,建立了测量系统的数学模型,介绍了传统手眼标定技术的主要原理,使用激光跟踪仪建立了系统转换关系。提出了一种融合特征点拟合的标定方法,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法得到了转换关系。对标定后的系统进行了基于机器人基坐标系和iGPS世界坐标系的点云拼接对比实验,实验结果表明,融合特征点拟合的标定方法提高了点云拼接的精度。     

利用激光型关节臂测量机重建心血管模型的方法

激光型关节臂测量机是基于三维激光扫描技术,由ROMER绝对关节臂和高性能激光扫描测头组成的测量系统。本文首先简单介绍了三维激光扫描技术的优点,分析了基于三维激光扫描技术建立心血管模型的原因,然后介绍了激光型关节臂测量机的测量原理与优点,着重阐述了心血管模型建立的流程,并通过重建心脏内部复杂曲面进行了验证,得到了比较理想的结果。     

基于三维点云的机器人加工轨迹规划

为了使机器人准确高效地完成复杂轮廓工件的切削加工,结合点云技术与机器人技术,提出了一种基于三维点云直接生成机器人的切削加工轨迹的算法。搭建了一种以激光位移传感器和机器人为核心部件的点云测量系统,通过坐标关系变换实现了一维测量到三维测量的扩展。通过在线测量获取了被加工工件轮廓的三维点云,采用点云预处理算法和机器人轨迹的生成算法,直接生成了针对被测工件的机器人加工轨迹。仿真结果表明,该测量系统及算法能够准确地提取工件轮廓的三维点云并快速生成机器人的加工轨迹。     

一种新型激光三维扫描测量仪的研制

研制了一种基于测量机器人的激光三维扫描仪,介绍了系统的测量原理,根据双三角法原理推导出物体空间三维点坐标,提出了具有一定泛化能力的神经网络系统整体标定方法,并对一茶杯盖进行了实际测量实验,测量误差小于0.1mm,实验结果验证了测量原理的有效性和系统的可靠性。     

三维面型精密测量技术

为提高三维面型检测的效率和精度,研究了利用激光雷达对三维复杂型面进行扫描测量的技术.首先介绍了激光雷达测量系统的工作原理,然后对激光雷达测量技术的关键技术——转站技术和定标技术做了详细的研究,采用工具球以提高定标精度,并利用转站技术对标准环进行转站测量和坐标变换.最后对复杂面型进行了三维扫描测量,并利用软件对激光雷达获...     

5-DOF并串联机器人运动学分析及仿真

并联机器人强度刚度较高,但是工作空间较小;串联机器人工作空间较大,但强度刚度较小。混联机构因兼顾了并联和串联机构的优点而具有更加广泛的应用前景。文中介绍了一种新型五自由度并串联机器人来实现复杂曲面的加工。应用螺旋理论对其运动性质进行分析并计算了自由度。通过数值法推导了机器人的正解,运用解析法推导了机器人的反解。用SolidWorks构建了机器人的三维模型并导入到ADAMS中对其进行运动学仿真。仿真结果显示,该机器人能够实现复杂曲面的加工,可以为工业生产提供帮助。     

条纹投影轮廓术系统模型与标定综述

条纹投影轮廓术能较好地兼顾系统灵活性与测量精度,是光学三维表面成像与测量的主流技术。利用条纹投影轮廓术进行三维成像,首先需要建立合适的系统模型,然后通过系统标定来确定描述模型的系统参数,最后利用标定的系统模型进行三维重建,获得物体的三维表面形貌。由此可见,系统标定与系统模型密不可分,对三维成像的性能有直接影响。根据相位-三维映射和双目立体视觉两类不同的工作原理,对条纹投影轮廓术的系统模型和系统标定方法进行了综述,并简要总结了评估系统精度的方法和依据。     

基于双目视觉机器人TCP校准方法研究

工业机器人末端执行器位置参数(TCP)是机器人离线编程及机器人末端工具误差校正的基础,研究快速、准确的TCP校准方法对保证工业现场环境下机器人系统顺利正常工作至关重要。以双目视觉测量为基础,结合空间坐标变换理论与机器人运动学,提出了一种应用于工业制造现场的机器人TCP参数快速自动校准方法。此方法具有非接触测量、校准速度快、精度高等优点,减少了传统接触式TCP校准过程中误差因素,并且克服了其标定速度慢,标定精度不足等缺点。结合ABB工业机器人对该方法进行验证实验,实验结果表明:对于直径为10 mm的末端工具,提出方法校准精度相对于传统接触式标定有很大的提高,可以满足工业现场高精度的、快速的TCP校准要求。