基于视觉伺服的水下机器人导引技术

自主水下载具(AUV)需要通过停靠入站进行休眠、电池充电、传输数据等任务的需求。AUV的导引技术对延长AUV的工作时长、扩大作业范围有重要意义。在入站过程的最后阶段,AUV需要在容许范围内保持自身与对象物的相对位姿(包括位置和方向),进而完成对接。因此,确保传感器单元和控制系统在真实的水下环境中对各种干扰具有高度精确性和鲁棒性至关重要。针对此问题,提出了一种基于视觉伺服的AUV的导引技术。首先,该技术通过模型匹配认识法确定机器人与指定标的物(对象物)之间的相对位姿来确定自己的方位。其次,通过遗传算法(GA)以完成实时的位姿认识,抵消水流、图像采集干扰带来的视觉伺服干扰。采用此方法的水下机器人控制系统分别在与东京大学合作的模拟深海水下无光环境实验,以及真实海洋环境中完成了实验验证。实验结果证明,该系统具有对低照度、高浊度引起的图像劣化以及水流引起的控制干扰具备抗干扰性和鲁棒性。

机器视觉技术在组件挑选设备中的应用研究

电触头组件挑选设备是一种基于机器视觉技术在组件挑选工序中专用的生产设备。本文介绍一种基于海康威视图像处理软件的组件挑选设备,它由工控机、CCD图像处理软件、伺服控制器、玻璃圆盘、振动盘上料装置、良次品分离装置、运动控制器等部件构成,实现银基组件高速CCD机器视觉、缺料停机、良次品分离及分析统计等功能。该组件机器视觉挑选设备识别精准,满足各种电触头组件生产的挑选工艺要求,提高生产效率及降低企业人力成本,具有一定的推广应用价值。

基于几何特征的铆接件精确装配视觉伺服控制方法

针对目前铆接件机器人装配多采用示教再现方式实现,主要应用于固定工况的问题,为满足铆钉数量多、工况多变的铆接件装配需求,提出一种基于几何特征的铆接件精确装配视觉伺服控制方法。首先,通过将相机安装在机器人末端执行器平台,搭建基于机器人的铆接件自主对准的单目视觉系统,完成相机、机器人末端与基坐标系标定;其次,选取铆钉平面初始图像中的4个铆钉圆心作为特征点,以特征点之间的连线构造直线特征,利用直线特征与相机旋转运动间的交互矩阵设计基于线特征的铆接件姿态控制律,使得铆钉与铆钉孔轴线平行,从而保证装配过程中铆接件的相互平行;再次,选取铆钉平面初始图像中的4个铆钉圆心作为特征点,1个铆钉的轮廓作为圆面积特征,利用点特征与相机旋转运动的交互矩阵设计铆接件的姿态补偿项,进而利用点特征和圆面积特征与相机平移运动间的交互矩阵设计与姿态控制律相解耦的位置控制律,实现铆钉与相应铆钉孔轴线的重合。最后,采用六自由度机器人进行铆接件自主对准装配仿真。结果表明,以铆接件内部铆钉固有的图像特征作为控制输入,所设计的控制器能够实现铆接件的自主高精度对准。方法对于工业生产中多点对准装配的工况具有广泛的应用价值。

球罐全位置焊接机器人智能控制系统

研制了一种用于球罐全位置焊接机器人的智能控制系统。采用两点式视觉伺服反馈系统，以预先画出的坡口平行线为机器人的目标运动轨迹，实现机器人在多层多道焊接时的重复自动跟踪。系统选用工业控制级可编程控制器作为核心控制器件，外加自制的电机驱动等辅助电路，实现了对五自由度球罐焊接机器人的柔性磁轮的控制、跟踪机构的控制和摆动机构的控制，并使之协调联动，满足焊接过程的要求。此系统控制下的球罐焊接机器人的主要创新点是，实现了无导轨自动焊接全位置焊缝与多层多道焊接的自动跟踪。焊接工艺评定试验结果表明，此焊接机器人自动跟踪精度高，焊缝质量好，工作稳定可靠，已实现小批量试生产，产品也已用于实际焊接生产。

微操作机器人及其显微视觉伺服控制系统的研究

介绍了一种在生物医学工程领域用于完成显微操作的微驱动机器人系统 ,包括其物理结构和逻辑结构。该系统采用基于梯度方差方法恢复显微图像深度信息的显微视觉伺服控制策略以提高该机器人操作精度。目前 ,该机器人系统已成功地完成了人类血液红细胞的分离实验。

机器人视觉伺服控制半物理仿真系统的研制

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和动力学、视觉测量以及视觉伺服控制等技术,成功仿真了在空间自由运动状态中,机器人对目标物体的捕获。

斜抛轨迹预估算法在毽球机器人中的应用

介绍一种利用卡尔曼滤波对视觉传感器传入的不规则形状物体的位置信息进行优化和滤波的算法,以及该算法在毽球轨迹预估中的应用。毽球属于一种形状不规则的物体,同时由于质量分布较为不均且运动时受空气阻力影响较大,所以无论是对它的视觉识别还是对它的模型分析都会难免遇到不小的噪声干扰,采用卡尔曼滤波对测得的毽球的位置信息利用毽球运动学模型进行滤波,同时由于对算法计算时间上较高的要求,将毽球的运动进行空间分解,这样减小了状态向量的维度,大大缩短了算法的执行周期。仿真实验证明了算法的有效性;在"毽球机器人"科研平台上有效地实现了对毽球运动轨迹的快速,准确的预估。

基于多传感器的机器人步态信息采集及处理技术研究

针对理想机器人步态未考虑随机环境变量的影响,致使机器人步态失稳的现象,采用角度传感器、视觉传感器和力/力矩传感器进行步态信息采集,通过角度传感器实时反馈机器人关节旋转角度,经参数调整减小执行误差;基于双目立体视觉标定原理处理视觉信息,以反馈机器人周边环境信息;通过力/力矩传感器反馈机器人受力信息,并推导实际ZMP点坐标;经实验验证,通过步态信息采集及处理,达到了提高机器人步态稳定性的效果。

半导体生产后工序设备中的若干视觉检测与伺服系统设计技术

针对半导体生产后工序设备中的高速高精度检测与控制问题,首先系统分析了芯片质量检测的任务,并提出了相应的视觉检测算法以及程序设计方法。其次讨论了硬件系统的设计问题,提出了送料系统的立体结构和终端执行机构的双四连杆伺服系统设计方法。从而有效地提高了设备的生产速度和灵活性。

基于视觉定位的微小芯片插片机控制系统的研究

以机器视觉系统中的IPC为上位机,与下位机现场控制系统中的PLC和伺服运动控制系统构成微小芯片插片机控制体系结构,解决了引线插片的高速和高精度定位问题,提高了插片的准确性和生产效率。

面向竞争型网络机器人的运动目标快速检测

搭建了基于高速视觉的竞争型网络机器人系统.通过对比选取并融合了多种识别方法,设计了一套面向竞争型网络机器人的目标快速识别跟踪算法.采用动态窗口技术,并通过对不同传统方法的改进,进一步提高了该算法的实时性.本文方法能够在较复杂的背景下跟踪运动的目标机器人,具有较小的运算量及较好的鲁棒性.实验结果表明,该算法处理640×480像素的8位灰度图像的时间不超过5ms.

基于双目视觉的双臂模糊轨迹跟踪控制

在双目视觉系统的监视下,双臂系统夹持目标执行视觉轨迹跟踪任务。随意的目标夹持姿态引起的动力学不确定性会影响控制性能,尤其目标质量较大时。因此,该文在控制器设计中引入模糊系统来逼近系统的动力学特征。同时,采用分散控制策略解决双臂系统的运动学和动力学协同问题,然后在位置/力混合控制的框架下设计了基于双目视觉的双臂模糊轨迹跟踪控制器。最后,通过仿真证明了控制器的有效性。

基于三菱Q系列伺服系统的毽球机器人

基于毽球机器人快速的反应速度,精确的控制精度和对运动目标的轨迹预判能力的特点,讨论了该毽球机器人的基本设计原理,以及机械结构、视觉系统和伺服控制系统3个主要子系统的设计方法。由于毽球的物理形状和运动轨迹都不规则,在对毽球的识别、重心提取和轨迹预估上具有一定难度,运用自主设计的算法有效地解决这一系列问题。由于毽球的运动范围是三维空间,采用立体双目视觉系统,并设计算法对三维空间进行了重建,将图片坐标精确地转化为空间三维坐标。采用三菱Q系列伺服系统控制机械结构完成平面运动到给定点和旋转击打毽球的动作。

基于广义Hamilton系统的机械人双目视觉伺服控制器

对于手眼双目视觉伺服机器人,考虑一类新的双目视觉模型,研究了新模型视觉伺服控制器的设计问题。首先,基于新视觉模型和机器人动力学方程,构建了广义Hamilton框架下的视觉反馈系统(GHVFS)。针对GHVFS提出了基于广义Hamilton框架下的视觉伺服控制器设计方法。此外,研究了GHVFS下的L2增益干扰抑制问题,并证明了该闭环系统的渐近稳定性。最后给出的仿真结果验证了该方法的有效性。

微装配机器人:关键技术、发展与应用

微装配机器人是机器人研究和应用领域的一个重要方向和热点,有重要理论意义和应用前景。本文对微装配机器人的关键技术进行了详细介绍,包括微操作系统的基本概念、微装配机器人的工作原理、尺度效应、多尺度交叉、微夹持器技术、显微视觉与显微视觉伺服等。对国内外微装配机器人研究和发展现状进行了综述,最后对微装配机器人的应用范围和发展前景进行了展望。

大间距空间角度测量技术进展及分析

角度测量广泛应用于工业生产和国防军事领域,介绍了大间距空间角测量技术研究进展并对典型测量设备进行了分析。提出了一种基于机器视觉的动态角测量方法,利用高精度两轴伺服系统识别跟踪远处场景中的十字分划靶标,利用图像处理算法实时计算跟踪偏移量并传递给两轴伺服系统进行高低、方位角度修正。通过构建被测对象、合作目标和角度测量传感器三者之间的角度坐标系传递模型,实现了武器系统调炮精度检测。另外也可用于光电桅杆偏移量及火炮身管晃动量检测,具有精度高、成本低等特点,适合于外场条件下大间距空间角测量。

影像系统结合PLC在电池行业中的应用

利用Keyence影像系统CV-2100和Mitsubishi可编程序逻辑控制器(PLC)的结合,开发了电池商标贴标检测系统。此系统充分发挥了影像系统CV-2100高速、高精度的检测功能及PLC稳定、灵活的优势。简述了由伺服系统、影像系统及PLC组成的电池贴标监测系统的硬件,简要说明了此系统的软件设计(影像系统及PLC的设定)。

LR6电池在线高速检出机构的设计

结合高速化电池生产线设备,以转盘旋转定位传递方式,通过对影像系统、角度编码器、伺服马达和机械结构相结合的机电一体化控制,实现电池不合格品的在线自动高速检出。生产试验表明:在线高速检出机构在减少劳动力的同时,将生产效率提高了约10%。

基于视觉伺服的手部跟踪仿真研究

在虚拟现实技术中,手势是人机交互中一个至关重要的直接输入方式,目前能满足人机交互过程中手势输入的方式仅有数据手套,这种方式存在一些缺点,如不能保证交互过程中的无束缚性和自然性,并且需要复杂的标定和安装过程。计算机视觉为获取手部的三维位置提供了一种更加自然且没有接触的方法,但重点在于解决手部跟踪运动过程中的自遮挡问题。分析了基于视觉伺服的手部跟踪技术,并针对Stewart机器人的动力学模型进行了仿真实验,结果表明该方法能够完成利用主动视觉解决手部跟踪运动过程中的自遮挡问题,进行手部跟踪的任务。

一种变结构控制的双目视觉伺服控制方法

本文主要从控制角度出发,针对手眼机器人双目视觉伺服控制问题,利用变结构控制理论设计了视觉伺服控制器,同时用自适应估计的方法对深度进行估计,基于图像误差实现了定位控制。而后用李亚普诺夫理论对其进行了稳定性分析,结果证明了系统全局渐近稳定。最后仿真结果验证了该方法的有效性。