相机和激光跟踪仪PEIV的WTLS稳健估计相对位姿标定

采用激光跟踪仪测量系统结合视觉测量系统进行相对位姿标定时,最小二乘算法(LS)由于未顾及函数模型中系数矩阵元素存在的随机误差,将降低相对位姿参数的求解精度。因此,基于罗德里格矩阵的坐标转换模型,引入部分变量误差模型(PEIV)加权总体最小二乘(WTLS)算法求解位姿标定参数。为减免粗差的影响,利用具有高崩溃污染率的中位数抗差方法计算单位权中误差,并对残差进行标准化处理,选取Danish函数作为等价权函数,对观测值和系数矩阵元素进行合理赋权。实例分析结果表明,应用该方法进行标定,在某点坐标分量存在0.05 mm粗差情况下,最大可减少0.04 mm的单位权中误差,根据标定参数计算的坐标值较LS更接近理论值,证实本文方法的有效性。

面向组合光学跟踪测量的多位姿耦合中转标定

全局定位跟踪与终端测量组合的测量系统,是大尺寸工件整体测量的有效解决方案。然而,组合测量系统中,终端测量坐标系到定位靶标坐标系的中转变换是影响全局测量精度的关键因素。针对现有的公共特征点进行中转位姿标定的方法存在的站位制约问题,提出了一种多位姿耦合中转标定求解方法。该方法弱化了全局测量系统与特征点位置摆放要求,利用中转位姿与多个靶标位姿耦合的形式构建方程组进行求解,在此基础上进一步提出了一种多位姿多点耦合中转标定法,将多个局部特征点同时与位姿进行耦合求解,以提高中转位姿解的稳定性,并减少中转标定误差。最后,通过设计中转标定实验和组合测量精度验证实验。比较两种方法得出,多位姿多点耦合中转标定方法的位姿求解结果更加稳定,平均测量误差减少10.13%,验证了该方法的稳定性与有效性。

10 kV带电作业安全距离检测场景下的位姿组合标定方法

针对相机和激光测距仪间的位姿组合标定方法在10 kV带电作业安全距离检测场景下适用性不足,难以满足安全距离测定精度需求的问题,提出一种基于融合高斯拟合和LM算法的双目相机与单点激光测距仪间的位姿组合标定方法。首先,通过高斯拟合法提取双目图像中的光斑中心像素点,进而利用立体视觉算法获取该像素点在相机坐标系下的三维坐标;其次,联立两组像素点中心坐标值与激光测距值求取位姿组合标定初值,并建立以上两个传感器位姿组合参数的约束方程;最后,移动标定板获取多组像素点中心坐标值与对应的激光测距值,利用迭代算法优化双传感器位姿组合标定参数。实测结果表明,将该方法用于标定双目相机与单点激光测距仪系统后,在作业现场15-20 m的测量范围内,该系统的测距相对误差率为2.01%,且误差波动明显减小,满足10 kV带电作业现场的测距精度要求。

齿轮三维测量中线激光传感器位姿标定方法

在齿轮三维测量中,传感器位姿标定的结果直接影响测量结果的准确性。本文提出了一种基于特征标准件的线激光传感器位姿标定方法,并设计了一款具有一定几何特征的标准件。该方法解耦了传感器与仪器之间的位姿关系,通过运动过程中传感器与标准件的几何关系计算传感器的三个姿态角并调整至标定零位,然后通过多次偏置求等区域均值的方法依次计算传感器3个位置量的偏置距离。在齿轮测量中心上进行验证实验,多次标定后被测齿轮的齿廓偏差动态测量重复性为3.94μm,评价标准差小于0.3μm,且评价结果与传统接触式测量结果的趋势一致。结果表明,基于特征标准件的线激光传感器位姿标定方法使得齿轮三维测量具有较好的测量重复性与准确性。

相机与激光跟踪仪相对位姿标定方法的研究

在空间目标的六自由度精密测量中,激光跟踪仪测量技术与视觉测量技术的联合应用越来越多,为解决相机坐标系与激光跟踪仪位姿模型的标定问题,研究一种利用罗德里格矩阵标定相机坐标系与激光跟踪仪坐标系相对位姿的方法。首先,分别用激光跟踪仪与相机测量出公共靶点坐标和拍摄含有靶点的照片,再用标志中心提取算法和单张相片空间后方交会算法解算出靶点在相机坐标系下坐标,最后利用罗德里格矩阵进行坐标系转换,即可标定出相对位姿。实验结果表明:标定模型X轴平均误差和均方根误差分别为0.005 7mm和0.006 2mm;Y轴平均误差和均方根误差分别为0.003 2mm和0.003 5mm;模型的标定精度和稳定可靠程度基本满足测量需要。

基于球面拟合法的机器人与变位机位姿关系标定

提出基于最小二乘法的球面拟合法来标定机器人与变位机的位姿关系.首先变位机分别旋转或倾斜到多个位置,记录TCP点在对应位置的位姿数据并建立球面方程,采用最小二乘法拟合最优球面,从而求得变位机坐标系原点.然后采用同样的方法,让TCP点在变位机两个轴向作多点标记,可进一步求得坐标系各轴的方向矢量,实现位姿关系标定.为消除偶然因素的影响,提出了距离偏差率概念并设定取点阈值判定方法,提高了标定精度.结果表明,该方法可以有效减小随机误差,避免偶然因素的影响,具有较高的标定精度.

手眼系统中刀具刀头位姿标定与视觉引导

在服务机器人的日常任务中要求机械手抓取不同的目标,且根据目标的放置位姿的不同需要从相应角度进行抓取,但机械手与手持目标的位姿关系往往难以精确和直接地测量。以刀具作为手持目标,利用eye-in-hand手眼系统抓取该目标后,在线标定手眼与手持刀具刀头的位姿关系,首先给出了摄像机调焦前后焦距标定的计算方法,再将调整焦距视为摄像机沿光轴的平移运动,通过调焦前后摄像机获取的两幅图像,标定出刀具在摄像机和机械手坐标系下的位姿,同时给出了刀具刀头到期望加工点的导向矢量计算方法。

摄像机网络摄像测量中多目传递站位姿关系的最优标定

在摄像机网络摄像测量中,经常会用到多目传递站进行相邻节点间位姿关系的传递。针对多目传递站中固连的多个摄像机之间位姿关系的标定难题,提出了一种基于冗余标定的优化标定方法。首先,对多目传递站中的独立位姿关系数目、最大可测量位姿数目、最小约束数目等进行了分析和推导;然后,对典型的四目传递站间各摄像机相对位姿关系的优化标定算法进行了阐述,对一般的多目传递站位姿参数的标定问题给出了通用的优化方法;最后,对四目传递站的优化算法进行了数值仿真,仿真结果证明了优化算法的可行性与有效性。

基于双目视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。

一种利用位置误差模型的机器人位姿标定方法

针对机器人位姿标定模型中位置和姿态数据的权重不合理导致参数识别精度低甚至发散问题,给出一种直接基于末端位置坐标测量的机器人位姿标定方法,避免了位置和姿态数据量级不同对参数识别精度的影响。采用指数积方法,建立一种包含3点位置信息的机器人运动学模型。通过对运动学模型取微分,利用指数映射微分公式推导出机器人末端3点位置误差与几何参数误差之间映射关系的显示表达并给出参数误差识别方法。采用激光跟踪仪作为测量设备,以UR5机器人为标定对象进行运动学参数标定和验证试验。试验结果表明,机器人末端位置误差模和姿态误差模的平均值分别降低了90%和92%。

冶炼机器人位姿标定及运行可靠性

对冶炼用CS 1双臂工业机器人现场使用中的位姿标定及运行可靠性进行了研究 .提出了一种简便有效的现场标定计算模型和标定方法对机器人进行位姿标定 ,由标定变换矩阵补偿同一测点的实际值和计算值的误差 ,可同时减少机器人定位误差和由臂杆几何参数偏差所引起的运动误差 ,显著提高需进行连续路径控制的机器人的现场定位精度和位置跟踪精度 .此外 ,提出了用增加机器人现有硬件的冗余功能和设置敏感器件的替代功能以提高机器人现场运行可靠性的方法 .实践证明 ,该方法能提高恶劣环境下易失效部件的可靠度 。

基于立体视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。

摄像机和惯性测量单元的相对位姿标定方法

提出了一种鲁棒的基于无迹卡尔曼滤波器的摄像机(视觉传感器)-惯性测量单元相对位姿标定方法.为了减小重力加速度对标定精度的影响,该方法采用迭代卡尔曼滤波器对惯性传感器坐标系下的重力加速度进行实时估计.仿真实验和真实数据实验表明,在系统初始误差较大或系统受到严重非线性因素干扰时,该方法仍能够对视觉传感器和惯性测量单元之间的6自由度相对位姿进行精确标定.

飞机部件自动对接的位姿标定计算及软件系统设计

飞机部件对接作为飞机总装过程重要步骤之一,是指将两个或多个相邻组件连接形成大型结构件的过程。国内飞机部件对接装配除了采用传统手动调整的方法外,逐渐引入了先进测量、定位调姿设备,但仍然存在对接自动化程度不高等问题。针对这一问题,提出了一种飞机部件自动对接的位姿标定计算方案,并基于Qt和OSG API设计开发了飞机部件对接软件系统,为实现自动化对接提供了方案及软件支持。

智能快捷调姿定位系统位姿标定算法

针对固定式、车载式调姿定位系统位姿标定时间长、标定精度随时间逐步降低的问题,提出一种快捷式调姿定位系统及其智能位姿标定算法。通过在运动模块上设计"固定式主支撑+移动式副支撑"快捷支撑结构,实现调姿定位系统的快捷重组;通过调姿器中各轴运动状态的实时识别、测量和拟合,实现调姿定位系统位姿的高精度和高效率的标定。试验表明:采用快捷调姿定位系统及其智能标定算法,位姿精度不随时间而降低,标定效益提高了50%以上,标定成本降低了80%以上,满足多型号、小批量飞机高精度快速装配制造的需求。

应用最小解外参数的二维激光测距仪位姿标定

为完成二维激光测距仪的精密测量,需要准确标定其空间位姿,为此提出一种应用最小解外参数的二维激光测距仪位姿标定方法。运用最小二乘把激光测距仪内观测矢量、系数矩阵中包含误差的元素重新构成未知矢量,将最小解当作位姿标定初值,让数据转换成目标坐标信息;创建摄像机透视投影模型,引入透镜的径向畸变和切向畸变,利用标定板把激光束简化为单点激光,采用主成分分析法优化各点到直线的垂直距离,减少点到直线的投影误差,获得准确的二维激光测距仪位姿标定结果。仿真结果表明,所提方法位姿标定快速精确,鲁棒性好,拥有极强的实用性。

一种相机与数控运动机构间位姿关系的标定技术

将视觉检测技术与数控运动机构相结合,利用数控运动机构带动视觉成像系统做精确可控的运动可以有效弥补视觉成像系统检测范围有限的问题,且兼具高精度、高效率、非接触、自动化程度高等优点。就相机与数控运动机构间位姿关系的标定进行了研究,给出了一种适合工程应用的标定方法。

基于基准球的样品位姿标定及其可视化

样品位姿的确定是对样品进行中子衍射测量的前提。针对中子衍射残余应力测量的样品存在复杂曲面的情形,为得到激光扫描仪建立的样品坐标系相对全站仪坐标系的位姿矩阵,采用基于基准点的样品位姿标定方法进行实现。首先分析了基于基准点的样品位姿标定过程,然后应用刚体变换法确定出样品相对全站仪坐标系的位姿矩阵,并针对基准球、角点、中心孔三种基准点类型进行了实验。精度评定分析表明:基于基准球的对齐精度均方根值RMS最小,角点次之,中心孔最大。因此,选择基于基准球的方法最优,所确定的样品位姿可用于后续中子衍射测量实验。最后,利用IDL语言实现了样品位姿可视化。

机器人的位姿标定及其误差补偿

本文用建立机器人目标空间转换矩阵的方法,通过对机器人几点位姿的标定,从而补偿这几点及以这几点为中心的小区域的误差.这种方法简便实用,仅用标定和增加一些软件的方法可使工业机器人位姿精度大大提高.

全方位相机与转轴位姿标定方法研究

在利用相机对物体进行感知的过程中,标定相机与外界参考系之间的位姿是测量中至关重要的一环,能否精准确定二者之间的外参决定着最终三维信息质量的好坏。然而在传统的测量系统当中,测量物体尺寸受限于针孔相机视场的大小。相比较而言,全方位相机具有视场广、成像质量高等优点,常配合旋转系统进行全景图像生成,也可配合激光雷达点云生成场景全景模型,为目前大场景测量的主流方向。就目前存在于相机与旋转系统之间外参标定的复杂问题,文中提出了一种针对全方位相机与旋转轴之间的标定方法。该方法通过使用全方位相机,对两个二维码棋盘格进行旋转拍摄,同时通过理论推导建立起可靠的数学模型作为原理支撑,并利用光束法平差,对基于解析法获得的初步结果进行再次优化,从而获得更精确的外参估计。该方法对设备安装精度要求不高,只需在相机视场范围内,考虑标定板与全方位相机之间的摆放位置即可。实验结果表明,该方法经过优化后的平均重投影误差可控制在0.15 pixel以下,满足实验测量要求,并在不同场景下展现了良好的应用效果。