论文题目: 机器人视觉标定及离线编程技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 控制理论与控制工程
作者: 毛剑飞
导师: 诸静
关键词: 机器人离线编程,摄像机自标定,摄像机高精度标定,人眼标定,机器人视觉反馈控制系统,面向对象技术,椭圆提取,目标定位
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 机器人技术是当前各国的研究重点。在机器人技术的各研究热点中,机器人离线编程技术是机器人技术实用化的关键,而机器人视觉标定又是离线编程的前提。本论文以工业控制技术国家重点实验室的PUMA560机器人基础理论及工业应用研究为背景,分别研究了机器人离线编程技术和机器人视觉标定技术,基于这些研究成果,应用面向对象理念,开发了基于微机的机器人离线编程与仿真平台,并进而实现了机器人视觉反馈控制系统。本文的主要内容有: 1 提出一种基于平面模板的摄像机自标定新算法。该算法利用正六边形的特性,给出一种精确求解其外接圆圆心投影的巧妙方法,基于圆心的精确提取,提出一种新的、完全基于欧氏空间一般定理的自标定算法。该算法对摄像机的运动没有约束,且平面模板易于制作,与通常的模板标定算法相比,该算法更灵活—无须匹配图像点。仿真和真实实验表明,该算法的标定精度足可与通常的模板标定算法相比,且用到的图像幅数更少。鉴于该算法的方便性及灵活性,算法非常适宜机器人视觉的快速标定。 2 提出一种改进的摄像机高精度标定算法。算法改进Zhang的算法模型,较全面地考虑摄像机的镜头畸变,从而对于切向畸变较大的场合亦适用。基于此模型提出一种改进的算法,算法先用图像中心附近点求取初值,由于中心附近点畸变量很小,求取的初值能很好的逼近准确值,接下来采用一种基于内部映射牛顿法的子空间置信域法求精得到所有参数。仿真和真实实验表明该算法的标定精度要优于Zhang的算法,鲁棒性也更好。 3 为满足工业机器人高精度定位的要求,分析机器人视觉的主要标定方法,并在此基础上改进传统的人-眼标定两步法。该方法先用两步法求出转换矩阵的初值再建立优化数学模型,优化计算采用快速的高斯-牛顿法。该方法不仅具有原来两步法的诸多优点如自动、快速,而且彻底消除了两步法导致的累积误差,大大提高了标定精度。大量实验表明标定精度要明显优于传统的两步法。 4 针对已有的离线编程及仿真系统中通用性软件和机器人控制器的联系不是很紧密、功能比较单一的不足,提出并开发了一个基于面向对象的离线
论文目录:
摘要
ABSTRACT
致谢
第一章 绪论
1．1 机器人技术的现状及研究热点
1．1．1 机器人技术的现状
1．1．2 研究热点
1．2 机器人离线编程系统概述
1．2．1 关于机器人离线编程技术
1．2．2 面向对象的机器人离线编程技术
1．2．3 基于微机的机器人离线编程技术
1．3 摄像机标定技术概述
1．3．1 传统的摄像机标定方法
1．3．2 摄像机自标定方法
1．3．3 摄像机标定方法小结
1．4 机器人视觉标定概述
1．4．1 关于手-眼及人-眼标定
1．4．2 两步标定法
1．4．3 一步标定法
1．5 本文主要工作
参考文献
第二章 摄像机标定原理与成像模型
2．1 引言
2．2 透视变换与摄像机成像模型
2．2．1 理想的无透视畸变的成像模型
2．2．2 考虑透视畸变的成像模型
2．3 本章小结
参考文献
第三章 摄像机自标定研究
3．1 引言
3．2 圆及其内接正六边形
3．2．1 透视投影模型
3．2．2 正六边形及其外接圆圆心的求取
3．3 摄像机自标定
3．4 标定试验
3．4．1 仿真试验
3．4．2 真实图像试验
3．5 结论
参考文献
第四章 基于模板的摄像机高精度标定研究
4．1 引言
4．2 摄像机模型
4．2．1 理想透视模型
4．2．2 实际成像模型
4．3 摄像机模型参数求解
4．3．1 线性求解摄像机内外参数的初值
4．3．2 非线性优化计算求精初值
4．3．3 求精摄像机内外部参数
4．3．4 标定步骤
4．4 标定实验
4．4．1 仿真实验
4．4．2 真实实验(一)
4．4．3 真实实验(二)
4．4．4 真实实验经验小结
4．5 结论
参考文献
第五章 机器人视觉系统标定研究
5．1 引言
5．2 机器人人-眼系统标定方案
5．3 两步法初步标定转换矩阵
5．3．1 求解方程AX=XB
5．3．2 求解方程 R_aR_x=R_xR_b
5．3．3 求解 T_x
5．4 求精转换矩阵
5．4．1 优化数学模型
5．4．2 计算优化模型的雅可比阵
5．5 标定试验
5．5．1 实验设备
5．5．2 精度检验
5．5．3 标定步骤
5．5．4 试验结果
5．6 结论
参考文献
第六章 基于面向对象的机器人离线编程和图形仿真系统研究
6．1 引言
6．1．1 PUMA机器人系统作业特点
6．1．2 离线编程简介
6．2 离线编程系统结构及实现方法
6．2．1 系统结构
6．2．2 程序实现——面向对象方法
6．3 机器人建模及图形仿真
6．3．1 运动学建模
6．3．2 模型绘制
6．3．3 运动显示
6．4 机器人作业规划
6．5 结论
6．6 展望
参考文献
第七章 机器人视觉反馈控制系统的实现
7．1 引言
7．2 系统构架
7．2．1 硬件组成
7．2．2 视觉反馈控制流程
7．2．3 反馈控制回环结构
7．3 椭圆识别
7．4 机器人视觉反馈控制实验
7．4．1 机器人视觉标定
7．4．2 目标定位及到达
7．5 本章小结
参考文献
第八章 总结与展望
附录一 公式(4．19)中梯度式(?)F(x_k)的计算
附录二 第5章中雅可比阵的推导
附录三 PUMA560机器人基本参数
附录四 攻博期间发表和录用的与本文相关的论文及参与的科研项目
发布时间: 2005-07-14
参考文献
- [1].机器人磨削叶片关键技术研究[D]. 赵扬.吉林大学2009
标签：机器人离线编程论文; 摄像机自标定论文; 摄像机高精度标定论文; 人眼标定论文; 机器人视觉反馈控制系统论文; 面向对象技术论文; 椭圆提取论文; 目标定位论文;