一种基于随动视觉的排爆机器人自主抓取系统

在传统基于固定视觉的排爆机器人抓取系统中,相机视觉易被遮挡且不能保证拍摄清晰度。基于随动视觉技术,提出一种将深度相机置于机械手末端并随机械手运动的排爆机器人自主抓取系统。利用深度相机计算目标物体的三维坐标,采用坐标转换方法将目标物体的位置坐标信息实时转换至机器人全局坐标系,并研究相机坐标系、机器人全局坐标系与末端执行器手爪工具坐标系三者的动态映射关系,实现排爆机器人的自主抓取。实验结果表明,与传统固定视觉方法相比,随动视觉方法可在误差2cm内,使得机器人机械手爪准确到达目标物体所在位置,且当机器人距离目标物体100cm~150cm时,抓取效果最佳。     

基于改进YOLOv2的无标定3D机械臂自主抓取方法

提出了一种多物体环境下基于改进YOLOv2的无标定3D机械臂自主抓取方法。首先为了降低深度学习算法YOLOv2检测多物体边界框重合率和3D距离计算误差,提出了一种改进的YOLOv2算法。利用此算法对图像中的目标物体进行检测识别,得到目标物体在RGB图像中的位置信息; 然后根据深度图像信息使用K-means++聚类算法快速计算目标物体到摄像机的距离,估计目标物体大小和姿态,同时检测机械手的位置信息,计算机械手到目标物体的距离; 最后根据目标物体的大小、姿态和到机械手的距离,使用PID算法控制机械手抓取物体。提出的改进YOLOv2算法获得了更精准的物体边界框,边框交集更小,提高了目标物体距离检测和大小、姿态估计的准确率。为了避免了繁杂的标定,提出无标定抓取方法,代替了基于雅克比矩阵的无标定估计方法,通用性好。实验验证了提出的系统框架能对图像中物体进行较为准确的自动分类和定位,利用Universal Robot 3机械臂能够对任意摆放的物体进行较为准确的抓取。     

基于改进人工势场法的机械手避障规划

针对三维环境中机械手在障碍物附近目标不可达问题和局部最小值问题,提出一种基于改进人工势场法的机械手避障方法.该方法以机械手末端所受合力的方向作为其运动方向,通过势场力的作用使机械手末端避开障碍物,解决障碍物附近目标不可达问题;采用X-Y平面内的角度偏移法,使机械手末端迅速跳出局部最小值,解决势场法的局部最小值问题;从而使机械手避开障碍物到达目标位置,并给出了机械手避障规划算法的具体实现步骤.将该方法应用于机械手末端位置、障碍物位置和目标位置已知条件下的常规作业任务中,仿真实验结果表明,机械手末端沿着规划路径可跳出局部最小值,并避开障碍物,成功到达目标位置,验证了该算法的有效性.     

基于视觉定位的带电作业锁杆无线遥控操作技术

利用视觉定位能精确转换图像坐标为真实位置的能力,结合机器人技术,提出基于视觉定位的带电作业锁杆无线遥控操作技术。根据视觉定位原理,使用VisionHAWK智能相机采集带电作业锁杆图像,运用Visionscape软件分析及处理获取的图像,采用像素网格划分法计算所得图像坐标,通过摄像机标定方法,利用Visionscape软件将图像坐标转换为锁杆真实坐标信息,并传送至KUKA机械手;无线遥控操作技术将空间鼠标当作输入机械手控制命令的设备,以控制锁杆运动及路径规划,实现带电作业锁杆无线遥控操作。实验结果表明：该技术将图像坐标转换为真实坐标的平均误差约为0.82mm;该技术使用后的定位区域中心和实际操作中心之间的像素距离较小,定位效果显著;该技术引导机械手控制锁杆运动的轨迹和设定路径基本一致,遥控操作性能良好。     

基于计算机视觉的虚拟安全空间预警技术

随着现代工业技术的飞速发展,现代工业对安全的要求也越来越高。在工作环境中,由于一些原因如操作人员的注意力、判断力、视力范围的限制,极易发生作业设备超过警戒线而发生事故。文中利用计算机视觉技术,提出了一种虚拟安全空间的预警技术。通过两个摄像头采集实时环境图像,根据透视投影模型和矫正过后的图像中的点的三维位置坐标以及两个摄像头的坐标位置,计算出目标物的物理坐标,然后根据物理坐标计算出目标物和虚拟安全空间之间的距离,将其与安全距离比较,实现预警。仿真实验表明,此项预警技术具有良好的实时性和准确性,能够满足一定范围内的预警需求。     

基于机器视觉的卫星天线模块自动精密装配技术

针对卫星天线模块自动化精密装配需求,介绍一种基于机器视觉的机器人自动精密装配方法。通过6自由度工业机器人和相机建立Eye-in-Hand和Eye-to-Hand混合的自动装配系统,对系统进行手眼标定,从而确定相机、机器人、工具之间的相互位置关系,通过图像处理获取装配位置像素坐标,并通过坐标变换将像素坐标点转换为机器人基坐标点,控制机器人完成天线模块自动装配。装配时通过Eye-to-Hand和Eye-in-Hand系统分别直接定位天线模块上连接器公头和母头位置,消除连接器安装位置误差和模块外壳加工尺寸误差对定位精度的影响,该系统通过一次标定即可实现机器人末端工具在距目标物体垂直距离相同情况下X/Y任意位置的定位功能。实验结果证明该方法准确可行,所设系统满足50μm装配公差天线模块的自动精密装配要求。     

基于机器视觉的机械手装配系统设计

为了解决工业生产过程中料板的自动装配问题,提出了一种基于机器视觉的机械手定位装配检测系统,建立了实验平台。系统通过工业相机对料盘进行图像采集,将所采集的信息传送给工控机,借助图像处理程序,采用图像预处理实现了对图像的降噪,结合BLOB分析对图像特征进行了提取,获得了料盘上装配孔的位置信息,通过控制机械手动作,移动到装配位置,旋转相应角度,实现料板的自动定位装配。实验结果表明,该系统装配准确度高,误差小,满足了工业上的要求。     

超声波定位跟随小车的系统硬设计研究

生活、生产的方方面面对智能化的依赖程度愈来愈大,时下智能机器人行业的迅猛发展,其中对移动目标进行智能跟随的技术,在诸多场合中都能得到应用。本文研究了一款由IAP15F2K61S2单片机控制的超声波定位、自动跟随、自动避障智能小车硬件系统。小车系统通过车体正前方等距分布并由舵机控制在竖直方向扫描的3个超声波模块,实时测出与目标物的3个距离,并通过距离差值比较法或平面坐标法定位,得出目标物的位置信息。定位完成后,根据目标物的位置情况,小车执行转向、直行、加速、减速、匀速等不同的跟随动作。     

基于PMAC的智能药房上药控制系统设计

针对自动化智能药房系统设计,上药控制系统部采用Clipper卡控制伺服电机,传送上药机械手至竖直平面运动X和Y方向的指定坐标位置,由上药机械手上的步进电机和旋转电磁铁推动药品进入指定储位.     

基于眼固定安装方式的机器人定位系统

研发了基于眼固定安装方式的机器人定位系统,提出了一种方便有效的手眼标定方法。通过最小二乘法求解手眼坐标的变换关系,再根据工作台平面与摄像机成像模型的约束关系,求解出目标物体的三维位姿,并最终实现了机械手的精确定位。     

Virtual manipulator-based binocular stereo vision positioning system and errors modelling

There is a bottleneck of mobile robots positioning technologies for uncertain goals in complex field environment. Owing to the disturbance of the environment, the objects are hard to be located precisely by robot manipulator. Aiming at the positioning problem, binocular stereo vision system and positioning principle of the picking manipulator in virtual environment (VE) were proposed and expatiated upon; in addition, the manipulator positioning model was built in VE, and the manipulator positioning simulation system was developed by Microsoft Visual C++ 6.0; and the binocular stereo vision system platform with a three-coordinate guideway positioning was constructed for test; what’s more the error sources of vision positioning system was analyzed, and the camera system error was established; the mathematical model of experimental error and the camera calibration matching error were also found; with the developed robot manipulator positioning simulation software and vision system hardware, an experimental platform of positioning system was constructed, and using the platform, the stereo vision data was mapped to the manipulator and was guiding the accurate positioning in VE. Finally, experiment of positioning error compensation was carried out. Results of simulation in VE and the experiment showed that the vision positioning method was feasible for positioning in the field environment; it can be applied to control robot operation and to correct the positioning errors in real-time, especially to the long-range precision modelling and error compensation of robots.     

结合机器视觉的采摘机械手的定位仿真研究

对水果采摘机械手空间定位机理进行了研究,分析了双目立体视觉系统的定位误差并建立视觉误差补偿机制,利用虚拟机械手开发软件和CCD视觉硬件构建了仿真系统,通过双目立体视觉获取空间位置数据映射到虚拟环境下引导机械手进行模拟采摘。该系统利用多领域知识融合实现了采摘机构与视觉关联精确定位的仿真,能有效地指导实际作业环境中采摘机械手精确定位的优化设计。     

立体图像对的生成

获取同一场景的立体图像对是实现双目立体成像的一个关键问题。提出了一种在三维场景已经建好的情况下生成立体图像对的方法。该方法根据双目立体视觉的原理，利用3DS MAX中的摄像机对象对场景中的物体进行坐标变换和透视投影变换，分别生成左眼视图和右眼视图。实验结果表明，两个目标摄像机与三维模型的位置关系以及基线长度是影响立体效果的重要因素，改变目标摄像机与三维模型的位置，可以分别生成正视差、负视差的立体图像对，当AB与CO的比例参数为0.05时，生成的立体图像对的立体效果较佳。     

一种基于弹道曲线模型的脱靶量测试方法

针对传统的脱靶量测试设备体积庞大、不便移动且测试成本高等缺点,提出了一种基于弹道曲线模型的双目立体视觉的脱靶量测试方法。研究了摄像机的成像模型及坐标系变换,分析了摄像机标定的一般方法,构建了摄像机标定模型,并推导了标定参数的表达式。基于双目立体视觉测试技术设计了弹道曲线模型的弹丸脱靶量测量系统,其测量过程简单且标定结果稳定,可实现弹丸运动目标的快速检测,通过对运动目标的空间定位和轨迹拟合实现了脱靶量的测试。实验结果表明:弹道直线模型和曲线模型均能简便地求解飞行弹丸脱靶量,后者比前者更贴近实际弹丸飞行轨迹,可获得更高精度的脱靶量,弹道曲线模型的脱靶量平均绝对误差(MAE)比直线模型降低了大约一半。     

面向星球探测的岩石三维表面评估技术

针对星球探测任务中的岩石采样问题,利用双目立体视觉装置采集不同岩石图像,采用立体视觉算法获得岩石表面的三维点云数据。以三角剖分后生成的三角片法向量夹角为基本元素,提出基于C均值聚类的岩石表面评估算法,对岩石平整三维表面进行评估计算,并用不同颜色加以区分。仿真结果证明了该算法的有效性。     

基于旋转多视角深度配准的三维重建方法

针对在旋转平台上采集得到的多视角数据,提出一种有效的配准方法,同时结合双目立体视觉测量构建了完整的三维重建系统。通过拍摄旋转平台上多个视角下的标定板图像,提取标定板图像角点信息,计算出旋转平台坐标系和摄像机坐标系的空间位置关系,进一步推导出不同视角下的坐标转换关系,从而实现不同视角的数据配准。实验结果表明,基于本配准方法的旋转多视角双目测量系统具有较高的配准精度,能有效用于物体表面三维重建。     

基于双目视觉的运动目标跟踪与测量

在研究融合运动目标位置预测的Mean Shift跟踪算法和双目立体视觉中的空间点定位算法的基础上,基于双目视觉设计了双目立体视觉运动目标跟踪和测量系统,并在所进行的跟踪与测量实验中,提取了运动目标质心的三维坐标序列,实现了对目标深度和速度的测量。     

A multiview 3D modeling system based on stereo vision techniques

This paper introduces a stereo vision system to automatically generate 3D models of real objects. 3D model generation is based on the merging of multiview range images obtained from a digital stereo camera. Stereo images obtained from the camera are rectified, and a correlation-based stereo matching technique reconstructs range images from them. A turntable stage is also employed to obtain multiple range images of the objects. To register range images into a common coordinate system automatically, we introduce and calibrate a turntable coordinate system with respect to the camera coordinate system. After the registration of multiview range images, a 3D model is reconstructed using a volumetric integration technique. Error analysis on turntable calibration and 3D model reconstruction shows the accuracy of our 3D modeling system.Received: 2 August 2003, Accepted: 20 September 2004, Published online: 25 February 2005 Correspondence to: S.Y. Park     

《OpenGL三维图形程序设计》系列讲座 第五讲 曲线和曲面(下)

《ＯｐｅｎＧＬ三维图形程序设计》系列讲座第五讲曲线和曲面（下）３ＯｐｅｎＧＬ中的曲面３．１二维算子一个Ｂｅｚｉｅｒ曲面是一个二元向量值函数Ｓ（ｕ，ｖ）＝［Ｘ（ｕ，ｖ），Ｙ（ｕ，ｖ），Ｚ（ｕ，ｖ）］这里ｕ和ｖ都可以在其定义域内变化。在二维情况下，除了所...     

基于全周多视角的三维重建技术

提出一种基于圆分度台的三维模型拼接技术，其核心是把双目立体测量系统安装在步进电机控制的旋转平台上，旋转拍摄多视角下的场景影像，由所记录的相应角度值，通过坐标变换将不同视角场景模型进行三维拼接．论述了旋转装置的参数标定以及同一视点下不同视角的坐标转换关系．该方法只需一次标定，自动完成测量数据的采集与拼合，非常适合于近景场景下的三维数据采集与重建．实验结果表明,系统具有较高的拼合精度．