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基于位置跟踪器的机器人快速示教方法

华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第10期50卷 62-69页

作者：史步海欧华海郭清达华南理工大学自动化科学与工程学院广东广州510640 广州工业智能研究院广东广州511458

针对中大型机械臂拖动示教中迟滞和难以精细化操作、控制困难等问题,提出一种基于位置跟踪器的机器人快速示教系统。首先,位置跟踪器接收端被固定在机械臂末端,对其进行坐标系数学建模;其次,分别推导了机器人基坐标系-末端坐标系和位置... 详细信息

针对中大型机械臂拖动示教中迟滞和难以精细化操作、控制困难等问题,提出一种基于位置跟踪器的机器人快速示教系统。首先,位置跟踪器接收端被固定在机械臂末端,对其进行坐标系数学建模;其次,分别推导了机器人基坐标系-末端坐标系和位置跟踪器发射端坐标系-接收端坐标系的变换关系,给出了采用基于四元数的求解位置跟踪器发射端坐标系与机器人基坐标系的变换关系的方法;最后,在标定完成后可将位置跟踪器接收端当成示教笔用于机器人示教工作。根据位置跟踪器接收端坐标系与机器人基座标系的变换关系即可将位置跟踪器接收端的位姿转换成机器人基坐标系下的位姿,无需拖动机器人即可快速完成机器人示教,获取路点信息;此外,位置跟踪器接收端相比机器人末端更轻便小巧。在一些需要在小范围示教场景下,使用位置跟踪器接收端进行示教工作比人工拖动机器人更加方便、高效。在验证测试中,采用大象公司的E系列工业机器人和美国Ascension公司的trakStar位置跟踪器搭建了快速示教系统,分别进行了误差实验和喷涂应用场景下的轨迹示教实验。实验结果表明,基于位置跟踪器接收端位姿计算得到的机器人末端位姿中,旋转角误差绝对值不超过0.8°,平移误差绝对值小于2.5mm,能够满足实际的机器人快速示教需求。

关键词：机器人位置跟踪器拖动示教轨迹示教

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基于运动图像检测的变电站远程监控系统研究

基于运动图像检测的变电站远程监控系统研究

作者：郭清达华南理工大学

学位级别：硕士

电力行业是国家的重要支柱产业。变电站系统自动化技术是电网安全、经济、可靠和高效运行的得力保障。厂区变电站作为整个厂区电网中的一个重要节点，对工厂安全生产和生活有着举足轻重的作用。无人值守变电站控制系统，是对传统变... 详细信息

电力行业是国家的重要支柱产业。变电站系统自动化技术是电网安全、经济、可靠和高效运行的得力保障。厂区变电站作为整个厂区电网中的一个重要节点，对工厂安全生产和生活有着举足轻重的作用。无人值守变电站控制系统，是对传统变电站中的二次设备灵活性差、信息量少、扩展性弱和人工工作量大等缺点进行系统改造，实现变电站的遥测、遥信、遥控、遥调和智能遥视（五遥）。无人值守变电站监控系统，将主要采用远程监控技术、组态技术、主动式红外入侵探测器技术、智能仪表（温湿度变送器）、Modbus现场总线、以太网以及智能视频监控技术。Modbus协议传输现场采集的信号量至控制器PLC，然后通过工业以太网传输至上位机监控系统。变电站自动化监控系统将能够自动的进行数据采集、控制、远程监控和故障记录。论文在讲述变电站整体架构的情况下，重点讲解了运动图像检测方案的实现。视频图像处理包括图像的获取、图像的预处理、图像形态学和图像处理等。运动图像检测方案，一般包括相邻帧间差分法和背景图像差分法两种方案。在visual C++编程环境中，运用OpenCV函数包实现了相邻帧间差分法和背景图像差分法，并对两种方案进行了比较。结果表明，背景图像差分法优越于相邻帧间差分法。最后，论文论述了上位机设计的系统的主要功能、上位机与PLC底层驱动的实现、窗口显示界面设计和电能质量分析等界面。

关键词：变电站运动图像检测 OpenCV 无人值守电能质量监控系统

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双二维激光雷达相对位姿的标定方法

中国激光 2017年第10期44卷 146-154页

作者：陈健武全思博全燕鸣郭清达华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

针对室内空间的三维重建,采用双二维激光雷达,提出精确标定两雷达相对位姿的方法,实现三维空间的可连续采集,并获得准确的三维轮廓点云。利用静态标定靶标的扫描数据,建立靶标参数求解数学模型,得到双雷达坐标系相对位姿的补偿矩阵,并... 详细信息

针对室内空间的三维重建,采用双二维激光雷达,提出精确标定两雷达相对位姿的方法,实现三维空间的可连续采集,并获得准确的三维轮廓点云。利用静态标定靶标的扫描数据,建立靶标参数求解数学模型,得到双雷达坐标系相对位姿的补偿矩阵,并转化为精确矩阵。建立仿真平台,模拟标定实验,实现靶标参数的扭曲校正,初步验证该标定方法可行,并进行模拟采集实验,获得的点云分离程度小于等于7mm。搭建了硬件实物平台,标定后进行室内轮廓采集实验,最终得到了无畸变扭曲的三维轮廓点云。实验结果表明,双二维激光雷达相对位姿的标定精度可以满足室内场景三维重建的要求。

关键词：测量三维重建二维激光雷达位姿标定连续采集

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基于ICP算法的双目标定改进方法研究

光学学报 2016年第12期36卷 191-198页

作者：郭清达全燕鸣于广平武彦林华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641 广州中国科学院沈阳自动化研究所分所广东广州511458

双目视觉作为一种非接触三维(3D)测量技术,其位姿标定结果的好坏将直接影响3D物体测量的精度。基于迭代最近点(ICP)算法获得两组点集之间平移和旋转参数的原理,提出了一种在传统双目位姿标定结果的基础上补偿双目标定矩阵改善精度的方... 详细信息

双目视觉作为一种非接触三维(3D)测量技术,其位姿标定结果的好坏将直接影响3D物体测量的精度。基于迭代最近点(ICP)算法获得两组点集之间平移和旋转参数的原理,提出了一种在传统双目位姿标定结果的基础上补偿双目标定矩阵改善精度的方法。介绍了摄像机模型、双目视觉测量模型和ICP算法的基本思想。用双目摄像机标定的外参数和相同的靶标坐标系获得双目视觉位姿矩阵,在此提出基于ICP算法获得两组点集的旋转平移矩阵补偿双目位姿矩阵的方法,以及相应的靶标角点坐标投影误差分析模型。双目摄像机采集9组5×7个角点的靶标标定图像,应用ICP算法补偿双目位姿矩阵,并采用误差模型对9组标定结果进行了分析,双目结构光标定改进实验结果表明,应用ICP算法补偿双目标定模型能显著地提高双目标定的精度。

关键词：机器视觉双目标定改进点云匹配迭代最近点算法

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应用摄像机位姿估计的点云初始配准

光学精密工程 2017年第6期25卷 1635-1644页

作者：郭清达全燕鸣姜长城陈健武华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

基于摄像机位姿估计的数学模型,提出了一种检测摄像机位移前后目标图像特征点的方法,通过求解摄像机发生位移前后的相对位姿矩阵来解决应用视觉图像获得点云的初始配准问题。首先,介绍了摄像机位姿估计模型,包括本质矩阵、旋转矩阵以及... 详细信息

基于摄像机位姿估计的数学模型,提出了一种检测摄像机位移前后目标图像特征点的方法,通过求解摄像机发生位移前后的相对位姿矩阵来解决应用视觉图像获得点云的初始配准问题。首先,介绍了摄像机位姿估计模型,包括本质矩阵、旋转矩阵以及平移矩阵;然后,介绍了SURF算子的特征点检测、描述和匹配的方法,在此基础上面向双目视觉和单目结构光系统,分别提出了摄像机位移前后目标图像SURF特征点匹配和深度估计模型;最后,分别进行双目视觉和单目结构光系统点云的获取、位移前后目标图像特征点检测匹配和深度估计实验,应用摄像机位姿估计模型求解旋转矩阵和位移矩阵,并对位移矩阵进行统计分析剔除粗差。实验中采用基于点云空间特征点和基于图像的方法进行对比,点云对应特征点均方误差缩小至12.46mm。实验结果验证了方法的可行性,表明本文的点云初始配准方法能较好地获得点云精确配准初值。

关键词：点云初始配准位姿估计 SURF算子双目视觉结构光

基于遗传算法的工业机器人时间最优轨迹规划及仿真研究

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计算机测量与控制 2014年第4期22卷 1240-1242页

作者：郭清达万传恒史步海广州中国科学院沈阳自动化研究所分所广州511458 中国科学院沈阳自动化研究所沈阳110016 华南理工大学自动化科学与工程学院广州510640

为了使工业机器人的末端执行器在任给路径下运行时间最短,在考虑机器人各关节速度、加速度、加加速度和力矩约束的情况下,以PUMA560为例,对工业机器人轨迹进行时间最优规划;在Matlab平台上,对该轨迹规划优化算法进行仿真,仿真结果表明... 详细信息

为了使工业机器人的末端执行器在任给路径下运行时间最短,在考虑机器人各关节速度、加速度、加加速度和力矩约束的情况下,以PUMA560为例,对工业机器人轨迹进行时间最优规划;在Matlab平台上,对该轨迹规划优化算法进行仿真,仿真结果表明机器人各关节时间最优轨迹规划比未处理的轨迹规划时间明显缩小6.999 4s,6.651 0s,6.351 2s,各个关节的轨迹曲线平滑,从而验证了该算法的有效性。

关键词：遗传算法 PUMA560工业机器人轨迹规划 Matlab仿真

改进最小二乘法双目视觉位姿测量技术研究与测试

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中国测试 2016年第9期42卷 27-30,35页

作者：徐昌源全燕鸣郭清达华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641

由于工件表面油污、光照等因素干扰导致工件图像提取的特征点偏离实际位置,对工业机器人的抓取定位带来较大误差。该文以视觉引导工业机器人抓取气缸盖为应用对象,对双目视觉高准确度位姿测量技术进行分析。首先探讨特定条件下的双目视... 详细信息

由于工件表面油污、光照等因素干扰导致工件图像提取的特征点偏离实际位置,对工业机器人的抓取定位带来较大误差。该文以视觉引导工业机器人抓取气缸盖为应用对象,对双目视觉高准确度位姿测量技术进行分析。首先探讨特定条件下的双目视觉定位引导机器人技术以及粗差点产生原因与解决方法情况;其次介绍视觉系统视觉坐标系和目标坐标系,然后在位姿测量数学模型的基础上提出改进最小二乘法的准确计算方法,并搭建双目视觉引导的工业机器人抓取气缸盖系统进行测试分析。测试表明:改进最小二乘法的位姿计算方法可实现双目视觉对目标物的全自由度位姿测量,满足工业机器人高准确度抓取操作。

关键词：改进最小二乘法双目视觉位姿测量工业机器人气缸盖抓取

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面向纺织印染的新一代数字制造系统

纺织学报 2024年第6期45卷 173-185页

作者：袁沐坤于广平刘坚李健王志广苑明哲郭清达中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 广州工业智能研究院广东广州511458 中国科学院大学北京100049

针对纺织印染业数据感知、信息融合、知识推理、业务交互、人机协同等网络化、智能化产业升级需求,提出纺织印染新一代数字制造系统框架,结合业务生产全流程建立数据中台实现跨系统融合的综合智能决策;面向全生产决策领域构建决策支持... 详细信息

针对纺织印染业数据感知、信息融合、知识推理、业务交互、人机协同等网络化、智能化产业升级需求,提出纺织印染新一代数字制造系统框架,结合业务生产全流程建立数据中台实现跨系统融合的综合智能决策;面向全生产决策领域构建决策支持组件池,推进业务系统与控制系统的融合;基于全业务生产流程数据的感知融合,搭建经营驾驶舱、订单数字化管控系统、设备数字化管控系统、能源数字化管控系统与环保安防数字化管控系统等,形成决策-执行闭环反馈的模式,实现业务和生产全流程信息管控。广东某纺织染整有限公司基于该纺织印染新一代数字制造系统框架对染色车间进行数字制造技术升级,与2019年度相比,该企业2021年度智能染色和定形示范车间人均产值提升145.0%和129.9%,良品率提升9.1%和2.6%,能源利用率提升31.9%和34.9%,在生产效率、产品质量、能源利用方面获得显著提升。

关键词：纺织印染产业升级数字制造数据感知融合人机协同

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基于局部单应性矩阵的结构光系统标定研究

科学技术与工程 2016年第13期16卷 186-189,195页

作者：武彦林全燕鸣郭清达华南理工大学广州510640

在基于结构光测量系统中,投影仪标定对物体的三维测量精度有着直接的影响。通过投影仪投射多幅正交格雷码至棋盘格标定板表面,利用未标定摄像机获得受棋盘格标定板调制的变形格雷码条纹图像,通过局部单应性矩阵方法获得棋盘格标定板各... 详细信息

在基于结构光测量系统中,投影仪标定对物体的三维测量精度有着直接的影响。通过投影仪投射多幅正交格雷码至棋盘格标定板表面,利用未标定摄像机获得受棋盘格标定板调制的变形格雷码条纹图像,通过局部单应性矩阵方法获得棋盘格标定板各角点所对应的投影仪图像坐标。根据摄像机图像坐标、投影仪图像坐标与棋盘格标定板角点对结构光测量系统进行标定,获得摄像机与投影仪的内参数矩阵以及投影仪图像坐标系在摄像机图像坐标系的位姿矩阵。最后对结构光测量系统进行了标定实验;并使用Samuel Audet标定工具箱、Douglas Lanman标定工具箱与提及的标定方法进行标定误差对比。实验结果表明该方法操作简便,精度高,能较好地标定结构光测量系统参数。

关键词：局部单应性矩阵正交格雷码结构光系统标定