面向手眼标定的改进灰狼优化方法

为解决眼在手上的机器视觉智能机器人手眼标定精度较低的问题,提出了一种改进灰狼算法的手眼标定方法。首先建立了眼在手的机器视觉智能机器人的手眼标定数学模型,通过分析影响手眼标定误差的因素,提出一种用于降低手眼标定误差的拍照位姿生成方案。然后,融合维度学习和差分进化策略,利用改进的灰狼算法对经由传统手眼标定算法求得的解析解进行非线性优化,避免了传统优化算法在迭代过程中,容易提前收敛,陷入局部最优解等缺陷。最后利用实物设备进行手眼标定实验,实验结果证明了该方法对降低手眼标定误差的可行性和有效性。     

基于对偶四元数的机器人手眼标定算法研究

针对机器人手眼视觉系统中的手眼标定问题,对机械手末端执行器与摄像机之间的手眼转换关系进行了研究。对手眼标定问题中求解齐次矩阵的方法进行了归纳,建立了完整的基于运动位姿的视觉模型;利用改进对偶四元数方法分别求解了手眼齐次变换矩阵中的旋转矩阵和平移向量;为保证获得的平移向量是最优解,在求解平移向量过程中引入了无穷范数最小化,通过迭代求取了局部最优解的值;基于所考虑的求解最优,利用Matlab对平移向量算法进行了仿真研究,并将该算法标定结果与线性解耦估计算法和传统对偶四元数算法进行了比较。研究结果表明:该算法在标定精度、对噪声的鲁棒性、对运动位姿个数的敏感性和稳定性方面均优于其他两种算法,能满足手眼标定的精度要求。     

一种高精度机器人手眼标定方法

手眼系统的标定是机器人视觉中的一个重要研究内容,标定的准确性直接影响机器人的作业精度。对于机器人眼在手系统,介绍了标定的原理并给出标定方程的求解方法。指出摄像机外参是构建标定方程的重要数据,为确保摄像机外参的准确性,提出利用图像校正的原理对摄像机外参进行验证。通过对基于标定方程的精度影响因素进行分析,对标定过程中的机器人运动轨迹进行规划。最后通过实验,对比了摄像机外参筛选前后的标定结果,证明经过摄像机外参筛选后,对标定精度和稳定性有一定提高,展示了实验过程中各步骤的完整数据,并验证了最终的标定精度。     

基于镜面反射的手眼标定方法

针对Eye-on-Hand机器人手眼系统的标定问题,提出一种基于镜面反射的手眼标定方法。通过镜面反射获取图像,根据镜像原理,通过线性求解算法确定机器人末端执行器和相机坐标系的位姿关系。与以往的标定方法不同,该方法只需要3次改变平面镜的姿态,就能同时获得相机的内参数和手眼视觉系统的位姿关系,不会引入传统标定方法中利用机器人运动参数而产生的机器人运动误差。最后将其与Halcon手眼标定算法进行对比,验证了所提方法的正确性和可行性。     

基于无标定的机器人平面运动物体跟踪伺服系统研究

在未标定摄像机模型和机器人手眼关系的情况下,针对"眼在手"型机器人视觉伺服系统,采用基于位置的控制方法,提出了一种简易实用的无标定算法,采用PD控制实现了平面运动物体的跟踪,通过仿真和试验验证了该方法的有效性和可靠性。     

基于3D视觉点云配准的高精度手眼标定方法

针对二维视觉测量方式缺乏Z轴深度信息导致手眼标定结果精度不高的问题,提出一种基于3D视觉点云配准的高精度手眼标定方法,搭建了一套单目结构光手眼标定系统,以传统的手眼标定模型为基础,采用最小化点云配准误差算法解算手眼标定矩阵。采用基于矩阵直积参数化方法初步求解手眼标定矩阵并作为初值,构建点云配准误差优化模型,以最小化点云配准误差为代价函数,同时,为保证手眼矩阵中旋转矩阵的正交特性,把代价函数从李群空间变换到李代数空间下,并对李代数空间下的代价函数进行最小二乘法迭代求解,获得最优的手眼标定矩阵。实验结果表明,所提方法具有较好的稳定性和精确性,手眼标定结果满足基于机械臂3D视觉测量的点云配准精度要求。     

基于消影点的机器人视觉测量系统标定方法

本文提出了基于消影点的机器人视觉测量系统标定方法。首先,利用激光跟踪仪对机器人连杆扭角进行标定;然后通过靶平面上直线与靶平面的消影线,确定摄像机的姿态;再根据世界坐标系相对机器人基坐标系不变的约束,求解机器人与摄像机的旋转矩阵;最后利用距离约束对手眼关系的位移量以及机器人连杆长度及连杆距离误差进行优化求解。经过标定,机器人视觉测量系统测量精度提高了10倍。     

基于二阶锥规划无标定参照物的手眼标定

为了克服传统机器人手眼标定方法求解手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系对标定参照物的依赖,提出一种基于二阶锥规划的无标定参照物手眼标定改进方法,并搭建相关实验系统进行验证。首先,利用运动恢复结构算法解算定义在一个尺度因子基础上的相机运动矩阵;然后,引入对偶四元数理论参数化标定方程中的旋转矩阵和平移向量;最后,通过二阶锥规划方法同时求解相机运动矩阵尺度因子、手眼关系及机器人坐标系与世界坐标系方位关系的最优解。仿真和实测结果表明,在没有标定参照物作为测量基准的情况下,标定结果中旋转参数相对误差为3.998%,平移参数相对误差为0.117%。与其他标定方法相比,该方法提高了无标定参照物模式下机器人手眼标定精度,扩展了手眼标定方法的应用范围。     

机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进

提出一种改进的柔性视觉测量系统标定方法。建立了包含手眼关系误差与机器人运动学参数误差的系统误差模型。在机器人末端安装结构光传感器构建了机器人柔性视觉测量系统,并在机器人工作空间中固定一个标准球作为标定参考物。标定时,机器人被控制在不同位姿下测量球心坐标。首先,应用机器人的理论模型初步标定手眼关系;然后,基于球心约束,通过迭代算法同时得到准确的手眼关系和实际的机器人运动学参数。基于ABB IRB2400工业机器人进行了系统标定实验,并利用激光跟踪仪进行精度验证。结果表明:标定前后机器人柔性视觉测量系统的距离测量标准差由0.566mm降低到0.173mm,充分验证了改进方法的有效性和实用性。该方法提高了手眼关系的精度;不需要采用任何昂贵的外部设备,适合工业现场使用。     

微装配机器人手眼标定方法研究

在视觉反馈的机器人控制中,手眼系统的标定非常重要,直接影响机器人的作业精度.针对微装配机器人系统操作空间小的特点,提出了一种固定视觉的手眼系统标定算法,该方法通过3个空间点在机械手基坐标系中的坐标,采用P3P位姿测量原理获得相应空间点在摄像机坐标系中的坐标,建立了标定方程组,基于最小二乘法,标定出了手眼系统之间的转换矩阵.该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单.相关实验得到了待标定的手眼系统之间的转换矩阵,验证了该方法的标定精度和有效性.     

基于混合群智能优化的机器人立体视觉标定

准确的立体视觉模型是机器人高精密视觉定位的基础,而传统的单一非线性优化算法难以实现稳定和高精度的机器人立体视觉标定。结合遗传算法全局搜索能力强和粒子群算法局部搜索能力强的特点,提出了一种基于混合群智能优化的机器人立体视觉三步标定方法。针对非线性视觉模型,标定第一步和第二步分别对两个摄像机模型单独作线性初值求解和初次非线性优化,第三步对双目立体视觉模型作联合非线性优化,直接线性变换、遗传算法、粒子群算法分别作用于标定的三个步骤,每一步计算的结果被用作下一步的初始化。仿真试验分析与实际试验结果表明,相对于传统的优化标定方法和使用单一群智能优化算法的标定方法,该方法在噪声环境下具有更高的准确性和鲁棒性,能够更好满足机器人精密视觉操作的需求。     

基于单目视觉的GPS辅助相机外参数标定

针对机器人视觉系统外参数标定的问题,提出了基于单目视觉ORB-SLAM的差分GPS辅助相机外参数标定方法。分析了单目视觉ORB-SLAM和GPS(Global Position System)定位数据之间的相似关系,建立了相机外参数标定的非线性最小二乘模型。基于随机采样一致性(RANSAC),通过三点法求得模型的初始解。设计了Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法求解出最优解,从而得到了最优的相机相对位置和姿态参数。最后,对提出的方法进行仿真和跑车试验验证。结果表明:在试验半径为50m时,所设计标定方法的姿态标定精度可达0.1°,位置标定精度可达0.2%。该方法标定过程简单实用,不需要外界环境的先验信息和人工干预,具有很高的精度和显著的应用价值。     

基于病态参数分离的机器人运动学标定测量构型优化

针对一种高灵巧性机器人及其连杆参数高敏感性与高定位精度需求,为解决机器人运动学标定随机测量构型存在绝对 定位精度低、参数辨识效果及标定结果鲁棒性较差的问题,提出一种病态参数分离与 DETMAX-改进差分进化(DETMAX-IDE) 算法的机器人运动学标定测量构型分步优化方法。 首先,建立机器人位置误差模型。 其次,建立一种可观性综合指标,评价不 同机器人标定测量构型的总体可观测性和灵敏度。 最后,分离机器人运动学位置误差模型的病态参数,建立测量构型优化目标 函数和约束条件,提出一种基于 DETMAX 算法与改进差分进化算法结合的分步迭代优化算法(简称为 DETMAX-改进差分进化 算法,简写为 DETMAX-IDE 算法),开展机器人运动学标定测量构型分步迭代优化。 通过机器人运动学标定仿真与实验,验证 了所提方法的有效性。 实验结果表明,与随机测量构型相比,所提方法对应的机器人绝对定位精度的平均值和均方差分别降低 了 62. 09% 和 62. 45% 。     

机器人带电作业中的视觉定位与优化策略

针对机器人带电作业自动化的课题,通过机器视觉方法进行目标物体的定位.分析了像素坐标与世界坐标之间的转换关系,完成相机标定.基于形状匹配算法,提出分块与拼接策略,优化识别效果.基于最优化理论,分析定位误差,提出优化策略.通过实验验证了视觉算法的正确性和可靠性,为机器人自动化作业提供了保障.     

机器人臂/灵巧手遥操作的视觉反馈研究

通过介绍机器人臂/灵巧手遥操作系统的组成和工作原理,以及主动全局视觉系统的实时跟踪原理、机构方案设计和控制方案设计,构建了手眼局部视觉系统,并利用视觉反馈对不同形状的物体进行抓取试验,取得了很好的实验效果.     

Evolutionary bi-criteria optimum design of robots based on task specifications

The optimum robot structure design problem based on task specifications is an important one, since it has greater influence on manipulator workspace design, vibrations of the manipulator during operation, manipulator efficiency in the work environment and power consumption. In this paper, an optimization robot structure problem is formulated with the objective of determining the optimal geometric dimensions of the robot manipulators considering the task specifications (pick and place operation). The aim is to minimize torque required for motion and maximize manipulability measure of the robot subject to dynamic, kinematic, deflection and structural constraints with link physical characteristics (length and cross-sectional area parameters) as design variables. In this work, five different cross-sections (hollow circle, hollow square, hollow rectangle, C-channel and I-channel) have been experimented for the link. Three evolutionary optimization algorithms namely multi-objective genetic algorithm (MOGA), elitist nondominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) and multi-objective differential evolution (MODE) are used for the optimum structural design of 2-link and 3-link planar robots. Two methods (normalized weighting objective functions and average fitness factor) are used to select the best optimal solution. Two multiobjective performance measures namely solution spread measure and ratio of non-dominated individuals are used to evaluate the Pareto optimal fronts. Two more multiobjective performance measures namely optimiser overhead and algorithm effort, are used to find computational effort of optimization algorithm. The results obtained from various techniques are compared and analyzed.     

基于混沌优化MPSO的移动机器人FastSLAM算法研究

针对移动机器人快速同时定位和地图创建(FastSLAM)中粒子退化问题,提出一种基于混沌优化的中值导向粒子群优化(MPSO)算法。该算法在粒子估计过程中引入观测信息,调整粒子的提议分布,提高位置预测的准测性。混沌优化MPSO算法采用两步优化策略,首先通过中值导向加速度来改进粒子的进化速度,有效地克服粒子退化问题,改善算法的收敛性;然后针对粒子耗尽问题,在MPSO优化算法中引入混沌搜索算法来寻找全局最优位置,驱散聚集在局部最优的粒子群,使其向全局最优位置靠近,扩大解空间的范围,从而保持种群的多样性。仿真和实时数据证明了该方法正确、可行。     

Automatic Method for Synchronizing Workpiece Frames in Twin-robot Nondestructive Testing System

The workpiece frames relative to each robot base frame should be known in advance for the proper operation of twin-robot nondestructive testing system. However, when two robots are separated from the w...     

Development of a novel hand−eye calibration for intuitive control of minimally invasive surgical robot

Robotic-assisted surgical system has introduced a powerful platform through dexterous instrument and hand−eye coordination intuitive control. The knowledge of laparoscopic vision is a crucial piece of information for robot-assisted minimally invasive surgery focusing on improved surgical outcomes. Obtaining the transformation with respect to the laparoscope and robot slave arm frames using hand−eye calibration is essential, which is a key component for developing intuitive control algorithm. We proposed a novel two-step modified dual quaternion for hand−eye calibration in this study. The dual quaternion was exploited to solve the hand−eye calibration simultaneously and powered by an iteratively separate solution. The obtained hand−eye calibration result was applied to the intuitive control by using the hand−eye coordination criterion. Promising simulations and experimental studies were conducted to evaluate the proposed method on our surgical robot system. We extensively compared the proposed method with state-of-the-art methods. Results demonstrate this method can improve the calibration accuracy. The effectiveness of the intuitive control algorithm was quantitatively evaluated, and an improved hand−eye calibration method was developed. The relationship between laparoscope and robot kinematics can be established for intuitive control.     

结合机械设计约束处理的差分进化算法

针对机械设计中的约束优化问题,提出了改进约束处理的自适应罚函数法。结合一般机械约束优化问题维数不高和差分进化算法简单、高效的特点,应用差分进化算法容易求得机械约束优化问题的全局最优解。给出了2个机械约束优化的数值实例,与已有的文献结果比较,表明新方法处理机械约束优化问题稳健且有效。