一种基于投影标靶的手眼相机标定方法

文章研究了一种基于投影标靶的手眼相机线性标定方法。该方法确定了半物理仿真系统中各组成部分之间的位置关系,以保证标定的正确、有效进行;规定了标定用的投影标靶设计原则,以保证标定的精度;改变了传统线性标定算法坐标系的建立方法,以保证由标定结果分解的外参数满足位姿测量的要求。实验结果表明,该方法的标定精度满足位姿测量的要求,是一种可行和有效的标定方法。

手眼相机位姿测量精度理论分析及验证

从理论和实验上对手眼相机位姿测量精度进行了研究。首先,根据靶标设计形式和P3P算法介绍位姿测量原理。接着,从理论上分析了位置测量精度和姿态测量精度,即靶标沿X轴平移位置测量精度和靶标绕X轴、Y轴、Z轴旋转测量精度。然后,对通常的检测方法进行分析,提出了以产生相对位姿实现六维自由度变化的检测方法,提出用中误差对测量精度进行评价,并具体介绍了检测方法。最后,对手眼相机测量精度进行了实际检测,将实验数据与理论数据进行了对比分析。实验结果表明:距离测量精度最大为25.60 mm,旋转测量精度最大为1.4°,均满足测量精度的要求。

一种基于手眼相机的空间机械臂在轨标定方法

提出了一种基于手眼相机的空间机械臂在轨标定方法.该方法采用D-H参数法建立空间机械臂系统的非线性模型,通过设计在轨标定测例,利用手眼相机获取在轨标定数据,然后采用数值迭代的方法直接基于空间机械臂非线性模型进行求解,从而完成空间机械臂的在轨自标定.通过对一个七自由度空间机械臂进行数学仿真,对该方法的有效性进行了验证.该方法直接基于非线性模型采用数值迭代算法进行解算,避免了基于线性化模型进行解析计算带来的精度损失,提高了在轨标定精度.

基于双目手眼相机的自动化精度测试系统

针对双目手眼相机的视觉定位系统,搭建了一套基于手眼相机的自动化精度测试平台,利用张正友相机标定法,通过上位机软件求解相机的内参数和外参数从而进行标定,根据手眼关系公式求解机械臂与相机的关系完成双目手眼相机的标定,将求出的标定结果与机械臂实测值比较,视觉定位与机器人定位得到的目标点作比较分析,验证此手眼相机系统视觉定位的准确性并计算其精度误差。实验结果表明,搭建的自动化精度测试平台手眼相机系统视觉定位的精度是27.5μm,且具有稳定性和可重复性,满足航空航天实际需求,为高效率的工作提供理论支撑和技术支持,具有实际使用价值。本实验提供了自动化位姿测量相机精度测试平台,克服现有的精度测试问题,可以多点、多位移、多角度、全视场进行精度测试。且可以调节目标运动速度同时进行视觉捕捉实验。

基于单目视觉和激光测距仪的位姿测量算法

基于单目手眼相机和激光测距仪,提出了一种尺寸未知的空间矩形平面的位姿测量算法。该算法不需要知道矩形平面的4个顶点的物体坐标,只需要知道它们的图像坐标、激光点的图像坐标和激光测距结果,就能够计算出尺寸未知空间矩形平面在相机坐标系下的位姿,并且计算出矩形平面的尺寸。通过建立单目手眼相机和激光测距仪的数学模型,对该算法进行了验证。实验结果表明,该算法是有效的,可以应用于机器人对空间物体的跟踪、定位以及抓取。

3D混杂场景中机械臂自主分拣小目标的方法

为解决机械臂在大小目标共存的3D混杂场景中无法利用3D视觉传感器直接感知分布于操作视场范围内的小目标这一难题,提出一种基于“固定安装的全局Kinect深度相机”与“安装在机械臂末端执行器上的移动相机(手眼相机)”相结合的视觉系统混合配置方法.固定的全局Kinect深度相机用于感知并获取视场范围内的大目标点云,进而识别估计其位姿,然后借助路径规划技术引导机械臂到达大目标的上方,启动手眼相机近距离获取小目标的图像;离线阶段获取小目标的CAD模型,虚拟2D相机在以目标中心为球心的虚拟球表面的不同位姿和不同半径处拍摄目标的一系列二维视图,并且储存在目标的3D形状模板数据库中;在线阶段从真实手眼相机拍摄的场景图像中基于图像金字塔分层逐一搜索匹配,找到与目标模板相匹配的所有实例并计算其二维位姿,经过一系列转换后得到在相机坐标系下的初始三维位姿,应用非线性最小二乘法对其进行位姿修正.由ABB机械臂和微软KinectV2传感器以及维视图像公司的工业相机进行位姿估计精度实验和混杂目标分拣实验,利用棋盘标定板来测定目标真实的位姿.实验结果表明,位置精度0.48mm,姿态精度0.62°,平均识别时间1.85s,识别率达到98%,远高于传统的基于特征和基于描述符的位姿估计方法,从而证明了提出方法的有效性和可行性.

空间自由漂浮机器人运动实时控制

为满足空间自由漂浮机器人实时的运动控制,提出了一种高精度的实时控制算法。该算法不需要在笛卡儿空间进行复杂的速度逆解,而是实时采集手眼相机反馈数据,在关节空间进行位置逆解,得到机器人各关节控制变量,不断调整自身姿态向目标点靠近。对比分析了该算法的复杂性和可行性;经过在实验板上的实际运行,验证了算法的准确性和快速性。

机器人自主开门作业研究

针对移动作业机器人开门过程的定位和规划控制问题,提出一种实用可靠的机器人自主开门作业方法。首先使用二维激光扫描仪辨识门所在直线,结合单目手眼相机对门把手图像的识别,获取门把手的三维坐标,然后对机械臂设计力位混合控制方法,控制机器人以柔顺模式按压门把手打开门,并在开门过程中通过辨识门轴位置完成机器人定位,从而完成整个开门轨迹。实验表明,该方法能够使用较少的传感器实现机器人精确定位,并完成自主开门任务。