基于四元数的机器人手眼标定算法

为简化手眼标定算法的同时保证标定结果的准确性,提出一种基于四元数的机器人手眼标定算法。首先基于四元数改写手眼标定方程的形式,用奇异值分解方法(SVD)求解手眼关系的旋转部分,再将旋转部分代入手眼标定方程求解手眼关系的平移部分。通过数值仿真和机器人标定实验,将新算法和基于矩阵直积的手眼标定算法进行比较。结果表明:所提算法的稳定性和准确性均优于矩阵直积标定算法。     

基于协方差矩阵自适应进化策略的机器人手眼标定算法

针对视觉传感器标定和机器人运动学求解过程中存在噪声干扰,导致传统的手眼标定算法求解误差较大的问题,提出一种基于协方差矩阵自适应进化策略（CMAES）的机器人手眼标定算法。首先,采用对偶四元数（DQ）对旋转和平移分别建立目标函数和几何约束,简化求解模型;其次,采用惩罚函数法将约束问题转化成无约束优化问题;最后,使用CMAES算法逼近手眼标定旋转和平移方程的全局最优解。搭建机器人、相机实测实验平台,将所提算法与Tsai两步法、非线性优化算法INRIA、DQ算法进行对比。实验结果表明：所提算法在旋转和平移上的求解误差和方差均小于传统算法;与Tsai算法相比,所提算法的旋转精度提升了4.58%,平移精度提升了10.54%。可见在存在噪声干扰的实际手眼标定过程中,所提算法具有更好的求解精度与稳定性。     

凸松弛全局优化机器人手眼标定

针对机器人运动学正解及相机的外参数标定存在偏差时,基于非线性最优化的手眼标定算法无法确保目标函数收敛到全局极小值的问题,提出基于四元数理论的凸松弛全局最优化手眼标定算法。考虑到机械手末端相对运动旋转轴之间的夹角对标定方程求解精度的影响,首先利用随机抽样一致性（RANSAC）算法对标定数据中旋转轴之间的夹角进行预筛选,再利用四元数参数化旋转矩阵,建立多项式几何误差目标函数和约束,采用基于线性矩阵不等式（LMI）凸松弛全局优化算法求解全局最优手眼变换矩阵。实测结果表明,该算法可以求得全局最优解,手眼变换矩阵几何误差平均值不大于1.4 mm,标准差小于0.16 mm,结果稍优于四元数非线性最优化算法。     

机器人手眼关系、基坐标系和世界坐标系关系的同时标定

提出了同时确定手眼关系以及机器人坐标系到世界坐标系关系的两种算法．算法１基于矩阵直积理论,可一次算出标定方程的旋转部分和平移部分,与现有的４元数法相比,不存在误差的传递问题;算法２基于粒子群优化理论,同样能一次计算出标定方程的旋转部分和平移部分,与采用ＬｅｖｅｎｂｅｒｇＭａｒｑｕａｒｄｔ的算法相比,该方法只需指定参数的范围．仿真结果表明了算法的有效性,并对于类似问题具有一定参考价值．     

简便高精度的机器人手眼视觉标定方法

对摄像机成像模型进行了分析,论述了机器人手眼系统标定原理。在此基础上,不改变机器人的外臂与基坐标系的旋转关系,设计了一种机器人手眼视觉的标定方法,与传统的方法比较,它不需要预先标定摄像机的内外参数。实验证明:该方法具有算法方便快捷、实验过程简单易行,且精度高等优点,可用于机器人进行运动目标定位与跟踪。     

基于目标检测的机器人手眼标定方法

智能协作机器人依赖视觉系统感知未知环境中的动态工作空间定位目标,实现机械臂对目标对象的自主抓取回收作业。RGB-D相机可采集场景中的彩色图和深度图,获取视野内任意目标三维点云,辅助智能协作机器人感知周围环境。为获取抓取机器人与RGB-D相机坐标系之间的转换关系,提出基于yolov3目标检测神经网络的机器人手眼标定方法。将3D打印球作为标靶球夹持在机械手末端,使用改进的yolov3目标检测神经网络实时定位标定球的球心,计算机械手末端中心在相机坐标系下的3D位置,同时运用奇异值分解方法求解机器人与相机坐标系转换矩阵的最小二乘解。在6自由度UR5机械臂和Intel RealSense D415深度相机上的实验结果表明,该标定方法无需辅助设备,转换后的空间点位置误差在2 mm以内,能较好满足一般视觉伺服智能机器人的抓取作业要求。     

求解方程RaRx=RxRb的四元数几何研究

机器人手眼标定通常要解一个旋转方程[WTHX]RaRx[WTBZ]=[WTHX]RxRb[WTBZ],求解该方程有很多方法,其中利用四元数的方法最为简洁实用。但一般的四元数求解侧重应用,缺乏几何意义的对照,也没有全面分析方程各种解的情况。为了提高机器人手眼标定的效率和精度,在深入研究求解该方程的四元数几何方法的基础上,详细而严格地论证了各种情况下方程的解,不仅给出了四元数矩阵分析与几何解释的有趣对照,而且仿真验证了该算法的正确性。仿真实验表明,了解方程各种解的情形以及几何意义将有助于降低求解的条件数和提高标定的效率,此外,该研究对于发展四元数几何分析也有很大的意义。     

自由度冗余蛇形臂机器人手眼标定研究

针对自由度冗余蛇形臂机器人的手眼标定问题,提出一种不依赖蛇形臂机构运动参数求解视觉系统与末端法兰盘手眼关系的方法;借助外部辅助双目相机系统,通过构造外部相机、末端法兰盘、视觉导航相机三者坐标系的闭环转换得到待求手眼关系;首先根据立体视觉原理得到标志点在对应相机坐标系下的3D坐标;然后利用四元数法分别求得外部相机坐标系与法兰盘坐标系、外部相机坐标系与视觉导航相机坐标系间的转换关系;最后构建坐标系转换关系闭环求得手眼关系;实验结果表明,该标定法避免了蛇形臂自由度冗余导致运动控制精度差带来的干扰,标定精度满足设计要求。     

基于ROS的机器人自动手眼标定系统设计

为了缩短标定的时间,设计了一种基于ROS的机器人自动手眼标定系统。通过分析坐标系间的转换关系,建立了手眼标定的数学模型,推导了两步法的具体解法。为了尽可能减小标定误差,提出了带约束的随机增量法,并根据角点检测结果实时剔除标定过程中出现的无效图像。基于ROS软件平台完成了驱动、运动空间规划、图像处理和标定解算等功能模块的逻辑设计和系统级联。以6自由度工业机械臂UR3和RGB-D相机Kinect2构建了手眼标定实验系统,实验结果表明,与传统标定流程相比,所设计的自动手眼标定系统便捷高效且精度高,具有较强的拓展性。     

一种新的机器人手眼关系标定方法

通过控制装有摄像机的机械手的运动,给出了一种新的机器人手眼系统标定方法．与以往算法的不同之处在于,在计算手眼关系的平移向量时,对摄像机坐标系进行虚设旋转变换使旋转转化为平移问题．该方法需要机械手平台做两次平移运动和一次旋转运动,只需要场景中两个特征点,所以具有方便性和实用性．同时,也给出了基于主动视觉的空间点深度值计算方法．     

新的单目视觉系统两步手眼标定方法

为了实现单目视觉系统的快速、精确的手眼标定,本文提出了一种新的两步式手眼标定方法,将手眼标定分为求解旋转关系和平移关系两步.首先机器人携带标定板进行两次平移运动求解旋转关系,然后机器人工具坐标系执行若干次旋转运动求解平移关系.该方法简单快速,不需要昂贵的外部设备,通过实验最终验证了该方法的可行性.     

一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定线性化方法

提出了一种基于投影矩阵M的机器人手眼标定方法,即将AX=XB转换为MY=M′YB求解形式,避免了矩阵分解. 同时, 采用矩阵直积运算和矩阵特征向量运算相结合的方法,将传统的非线性问题转换成线性问题,构成了可利用最小二乘法求解运算的解析形式,提高了机器人手眼标定的精度和稳定性. 通过实验验证了该方法的可行性．     

利用3D打印标定球的机械臂与RGB-D相机手眼标定方法

因为彩色镜头和深度镜头不在同一位置,并且深度图像测量精度差、分辨率低、没有颜色纹理信息,传统的手眼标定方法并不适用于RGB-D相机．本文提出一种利用简单低成本的3D打印球作为标定件对机械臂与RGB-D相机进行手眼标定的方法．本方法只需要测量标定件的3D位置信息,避免使用测量不便、精度稍差的姿态信息．文中给出了该方法的封闭解和迭代优化解．100组仿真结果表明,标定精度与RGB-D相机自身测量精度一致;封闭解不需要机械臂与相机时间同步;迭代优化解的标定精度略有提升,误差最大值和误差方差都很稳定．最后,在7自由度的KUKA ⅡWA机械臂和Kinect相机上做了手眼标定实验,结果与仿真实验一致．总之,本文方法简单可靠,可实现机械臂与RGB-D相机之间的快速部署手眼标定．     

基于无迹卡尔曼滤波的机器人手眼标定

提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的机器人在线手眼标定算法来求解齐次变换矩阵方程AX =XB.建立手眼标定的隐式马尔可夫模型(HMM),并对它进行无迹卡尔曼滤波,从而对标定参数的状态进行递归贝叶斯估计和实时可视化处理.蒙特卡洛仿真结果表明,在小高斯噪声、较大高斯噪声以及非等方向性高斯噪声模型下,本文算法估计结果的精确...     

结构光视觉测量机器人的标定

构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统. 利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型. 针对数学模型中的手眼关系, 使用半径已知的球体, 采用定点变位姿的方法, 进行粗略的估计. 考虑到机器人的绝对精度较低, 将定点信息和尺度信息作为优化条件, 对计算机器人的运动学参数和手眼关系做进一步寻优. 实验表明文中的方法能够有效提高测量机器人的重复精度.     

机器人手眼协调的图象直接反馈方法*

本文从视觉与控制集成观点出发，提出了一种机械人手眼协调的新方法，利用手部机于期望抓取（操作）位置获取待待抓（加工）物体图象，以此作为期望图象，而后可以对任意位置的同类物体进行实时抓取，首先将期望图象与实时采样图象进行比较生成差图象，从而依据差图象进行实时伺服反馈，最终达到消除图象差的目的。     

对偶四元数更新算法在划船运动下的优化设计

适合于计算机执行的对偶四元数更新算法是实现对偶四元数捷联惯导系统功能的关键。为此,将螺旋矢量作为工具,在给出螺旋矢量求解方法的基础上,通过分析合理选择划船运动作为测试条件,以二子样为例对基于螺旋矢量的对偶四元数更新算法进行优化设计。与传统的划船误差优化补偿算法在性能上进行分析与对比,结果表明,对偶优化算法具有一定的性能优势,它不但从结构上将旋转运动与平移运动统一表征,而且使2类运动参数的估计精度达到一致最优。     

Fully Vision-based Calibration of a Hand-Eye Robot

This article is concerned with calibrating an anthropomorphic two-armed robot equipped with a stereo-camera vision system, that is estimating the different geometric relationships involved in the model of the robot. The calibration procedure that is presented is fully vision-based: the relationships between each camera and the neck and between each arm and the neck are determined using visual measurements. The online calculation of all the relationships involved in the model of the robot is obtained with satisfactory precision and, above all, without expensive calibration mechanisms. For this purpose, two new main algorithms have been developed. The first one implements a non-linear optimization method using quaternions for camera calibration from 2D to 3D point or line correspondences. The second one implements a real-time camera pose estimation method based on the iterative use of a paraperspective camera model.