基于标准杆的双目视觉传感器标定技术研究

目前制造业对大范围精密测量技术要求越来越高,为了克服传统双目立体视觉标定过程中测量场难实现、标定精度低等缺点,提出了一种较灵活的基于一维标准杆的双目视觉传感器的标定方法。该方法首先利用正方形模板和带有四个特征点的标准杆实现主点和畸变的标定,然后在测量场多次摆放标准杆,由两摄像机拍摄标准杆图像,利用标准杆上对应特征点之间的约束以及基本矩阵估计双目视觉传感器其余参数,最后光束法平差进行整体优化,消除累积误差。仿真实验和真实实验结果均表明该方法适用于大视场双目视觉传感器的标定,操作简单、标定效率高。     

一种多机器人编队协同定位的方法

针对多机器人编队导航,提出了一种协同定位的方法.一个主机器人带领其他成员机器人,主机器人配备视觉传感器及激光扫描仪,成员机器人通过融合内部传感器数据进行自身定位.主机器人利用双目视觉进行目标检测,确定目标方位及距离信息,并利用激光扫描仪结合视觉获取的方位信息得到成员机器人位置及航向.基于联邦滤波算法提出了一种联合滤波模型,融合多传感器信息得到精确定位.1个Pioneer 3-AT和3个AmigoBot机器人编队的协同定位实验表明:该方法可行,误差范围小,满足实际应用的精度要求.     

光学测量的飞行器空间姿态测量方法

针对飞行器近景实验中的三维运动姿态参数测量,提出了一种基于序列图像的屏幕光斑成像法的数学模型.通过安装在飞行器表面的激光发射装置向屏幕上投射激光光斑的方法,首先用激光跟踪仪对实验场地内的多方位高速摄像机和固定屏幕进行全局标定并建立各坐标系间的转换关系,利用高速相机同步拍摄记录下屏幕上随飞行器姿态变化而变化的光斑位置,并对拍摄下来的光斑序列图像进行分析以确定飞行器的姿态参数.该方法避开了飞行器运动过程中因喷火等特性对拍摄图像的影响,同时将飞行器的姿态变化进行有效放大,从而使整体测量精度得到提高.实验数据表明,在一定转动范围内,该方法的测量精度不超过0.03°.     

机器人加工系统累积误差逐级闭环优化策略

针对机器人加工系统的误差累积问题,提出逐级闭环优化策略. 构建以激光跟踪仪、机器人基坐标系和末端工具坐标系组成的核心闭环,以激光跟踪仪、末端工具坐标系、视觉测量坐标系和工件组成的辅助闭环,以激光跟踪仪、视觉测量坐标系和末端工具坐标系组成的相关性闭环. 基于3个闭环独立优化,构建神经网络模型,以数据驱动的方式融合闭环优化结果,提高系统闭环优化的稳定性. 仿真实验结果表明,利用该方法有效地减小系统累积误差,提高机器人末端工具的定位精度,有助于指导后续的样机实验和加工应用.     

机器人运动学参数递推标定方法

为了获得准确的机器人运动学参数,提出了一种机器人运动学参数递推标定方法. 基于机器人运动学模型,建立了相邻连杆局部坐标系误差模型,进而提出了从末端连杆坐标系至基坐标系进行运动学参数递推标定的方法. 以八自由度机器人为研究对象,在利用激光跟踪仪建立连杆坐标系的基础上,通过实验验证了运动学参数递推标定方法的有效性和实用性.     

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.     

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...     

激光位移传感器的标定

介绍了一种基于高精度光栅尺标定激光位移传感器的方法。该标定装置使用步进电机控制挡板的移动,光栅尺和激光位移传感器同时采集挡板移动的距离,计算机通过数据采集卡采集光栅尺和激光位移传感器的数据。本装置的结构设计符合阿贝原则,同时详细介绍了标定装置的原理、组成结构和数据处理。     

基于视觉的远场激光光束质量的检测方法

介绍了一种远场激光光束质量的检测方法,可检测远场激光的光斑位置、光斑大小和光强分布。漫反射特性的靶板在远场接收激光,采用视觉系统以一定角度拍摄靶板图像,采用VC++编制软件对图像进行处理,得出检测参数。给出了系统的组成和图像处理算法,并进行了检测精度测试,光斑位置测量误差小于2 mm。实验结果表明,视觉系统不需要标定,测量方便,可在野外现场检测。     

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.     

双目视觉传感器的自动标定

双目视觉传感器在三维激光扫描测量中已得到广泛应用，其标定的简易与精确程度直接影响了三维激光扫描测量仪的使用。利用含有多个圆形标志的标定块以及两步标定方法，采用动态闽值分割，边缘提取，轮廓自动跟踪等技术，实现了对其自动标定。标定结果显示，自动化程度及标定精度较高，且具有较好的抗干扰性及稳定性。     

Research on a New-style Visual Sensor for Measurement

First,the constitution of traditional visual sensor is presented.The linear camera model is introduced and the transform matrix between the image coordinate system and the world coordinate system is established.The basic principle of camera calibration is expatiated based on the linear camera model. On the basis of a detailed analysis of camera model,a new-style visual sensor for measurement is advanced.It can realize the real time control of the zoom of camera lens by step motor according to the size of objects.Moreover,re-calibration could be avoided and the transform matrix can be acquired by calculating,which can greatly simplify camera calibration process and save the time. Clearer images are gained,so the measurement system precision could be greatly improved.The basic structure of the visual sensor zoom is introduced,including the constitute mode and the movement rule of the fixed former part,zoom part,compensatory part and the fixed latter port.The realization method of zoom controlled by step motor is introduced. Finally,the constitution of the new-style visual sensor is introduced,including hardware and software.The hardware system is composed by manual zoom,CCD camera,image card,gearing,step motor,step motor driver and computer.The realization of software is introduced,including the composed module of software and the workflow of measurement system in the form of structured block diagram.     

Research on a New-style Visual Sensor for Measurement

First, the constitution of traditional visual sensor is presented. The linear camera model is introduced and the transform matrix between the image coordinate system and the world coordinate system is established. The basic principle of camera calibration is expatiated based on the linear camera model.On the basis of a detailed analysis of camera model, a new-style visual sensor for measurement is advanced. It can realize the real time control of the zoom of camera lens by step motor according to the size of objects.Moreover, re-calibration could be avoided and the transform matrix can be acquired by calculating, which can greatly simplify camera calibration process and save the time. Clearer images are gained, so the measurement system precision could be greatly improved. The basic structure of the visual sensor zoom is introduced, including the constitute mode and the movement rule of the fixed former part, zoom part, compensatory part and the fixed latter part. The realization method of zoom controlled by step motor is introduced.Finally, the constitution of the new-style visual sensor is introduced, including hardware and software. The hardware system is composed by manual zoom, CCD camera, image card, gearing, step motor, step motor driver and computer. The realization of software is introduced, including the composed module of software and the workflow of measurement system in the form of structured block diagram.     

高精度星敏感器结构设计与标定

星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器。研究了星敏感器的结构设计和精度标定方法,通过大视场、大相对孔径的轻小型光学系统的设计,减小光学系统的测量误差;介绍了星敏感器的遮光罩和焦平面组件的设计方法,给出了星敏感器的精度标定方法,利用该方法来最大限度地减小系统误差。使用莱卡经纬仪进行标定实验,证明星敏感器精度满足单星精度小于等于3″的设计指标。     

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

     

点结构光精密位移传感器的仿真研究

针对目前位移传感器的精度难以满足需要的问题,采用3dsmax和MATLAB软件对点结构光位移传感器测量系统进行了计算机仿真研究．首先依据三角测量法建立系统的数学模型,然后利用3dsmax进行模拟仿真．最后采用了改进的亚像素光斑中心定位的方法准确求解光斑中心,计算出精确位移．大量实验结果表明,光斑中心定位达到了亚像素级,相对误差的最大值小于0．05%,满足了使用要求．     

Enhancing pose accuracy of space robot by improved differential evolution

Due to the intense vibration during launching and rigorous orbital temperature environment, the kinematic parameters of space robot may be largely deviated from their nominal parameters. The disparity will cause the real pose (including position and orientation) of the end effector not to match the desired one, and further hinder the space robot from performing the scheduled mission. To improve pose accuracy of space robot, a new self-calibration method using the distance measurement provided by a laser-ranger fixed on the end-effector is proposed. A distance-measurement model of the space robot is built according to the distance from the starting point of the laser beam to the intersection point at the declining plane. Based on the model, the cost function about the pose error is derived. The kinematic calibration is transferred to a non-linear system optimization problem, which is solved by the improved differential evolution (DE) algorithm. A six-degree of freedom (6-DOF) robot is used as a practical simulation example, and the simulation results show: 1) A significant improvement of pose accuracy of space robot can be obtained by distance measurement only; 2) Search efficiency is increased by improved DE; 3) More calibration configurations may make calibration results better.     

基于波前修正的大尺寸测量图像恢复技术研究

针对现场大尺寸测量难以避免的空气扰动问题,提出了一种采用波前修正的图像恢复方法对经靶镜反射后的畸变激光光斑进行复原,对微米级精密测距、准直的测量结果修正,以提高现场大尺寸测量精度的方法.实验证明:该方法能有效的解决由于大气扰动而产生的图像抖动、变形等问题,从而使测量精度提高,有效测量距离增大.