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二维激光摄像式传感器现场快速标定方法

制造业自动化 2012年第24期34卷 42-45页

作者：张振利韩树人江西理工大学电气工程与自动化学院赣州341000

本文针对二维激光摄像式传感器应用环境,提出将激光切面与摄像机主光轴交点作为世界参考坐标系原点,简化了摄像机模型数学表达式,推导了基于最小二乘法的二维激光摄像式传感器快速标定方法,并进行了标定试验。试验结果表明:该方法简化... 详细信息

本文针对二维激光摄像式传感器应用环境,提出将激光切面与摄像机主光轴交点作为世界参考坐标系原点,简化了摄像机模型数学表达式,推导了基于最小二乘法的二维激光摄像式传感器快速标定方法,并进行了标定试验。试验结果表明:该方法简化了二维激光摄像式传感器标定过程,且具有标定速度快、收敛性好的优点,水平方向最大标定误差、垂直方向最大标定误差基本控制在3mm和1mm以内。

关键词：摄像机二维激光标定视觉检测最小二乘法

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低成本二维激光传感器室内移动建图方法研究

计算机技术与发展 2023年第8期33卷 30-36页

作者：刘重男杨洋卢清心张艺汪沛北京林业大学理学院北京100083

随着机器人设备的广泛应用,室内自主建图作为设备行动的基础条件,也成为研究的热点。基于低成本的二维激光传感器,该文提出一种室内移动自主建图的方法。该方法通过在移动平台上安装低成本激光传感器获取单帧二维点云数据,采用DBSCAN方... 详细信息

随着机器人设备的广泛应用,室内自主建图作为设备行动的基础条件,也成为研究的热点。基于低成本的二维激光传感器,该文提出一种室内移动自主建图的方法。该方法通过在移动平台上安装低成本激光传感器获取单帧二维点云数据,采用DBSCAN方法对原始点云数据进行降噪预处理,结合点云近邻聚类并用线性最小二乘法拟合场景结构线段,经RMSE阈值验证确认后,再结合室内结构特点调整线段,最终实现室内自主建图。试验地点选择北京林业大学的四处室内场景,采用该方法采集和处理点云数据获得建图结果,同时手动测量进行比对。分析结果表明,室内自主建图所获得的室内结构线段长度平均绝对误差为3.69厘米,楼道宽度平均绝对误差为2.39厘米。该方法能够低成本实现室内移动建图,建图完整度较好,具有一定的可行性。

关键词：同时定位与建图室内自主建图 K近邻算法 DBSCAN 二维激光点云

二维激光扫描技术在大型矿仓计量系统中的应用

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现代矿业 2020年第12期36卷 63-64,86页

作者：贾永红蒋应宁文勇强攀钢集团矿业有限公司设计研究院四川省攀枝花市617063

介绍了一种应用二维激光扫描技术,结合矿仓内部行走机构,扫描测量矿仓内矿物堆存的高度数据,实现大型矿仓堆存矿量快速准确计量的自动计量系统。扫描中记录矿仓内堆存矿物表面各点至扫描仪的距离,并利用安装在行车上的旋转编码器测量行... 详细信息

介绍了一种应用二维激光扫描技术,结合矿仓内部行走机构,扫描测量矿仓内矿物堆存的高度数据,实现大型矿仓堆存矿量快速准确计量的自动计量系统。扫描中记录矿仓内堆存矿物表面各点至扫描仪的距离,并利用安装在行车上的旋转编码器测量行车位置及移动数据,然后利用无线AP将数据传送至计算机,自动完成矿仓的计量工作。系统显著提高了矿仓的计量精度和效率,在同类型矿仓的计量中具有很好的应用前景。

关键词：二维激光扫描矿仓计量

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面向立木检测的二维激光扫描圆弧检测算法

森林工程 2017年第6期33卷 47-51页

作者：王建利刘晋浩北京工商大学材料与机械工程学院北京100048 北京林业大学工学院北京100083

林区环境复杂,导致林用装备在实现自动化、智能化时存在一定的困难,需要采用较为可靠的传感器及技术手段对立木进行识别。但是由于立木树径差异大,现有的检测手段难以准确的检出。为实现林区活立木的检测,可以通过二维激光扫描仪进行数... 详细信息

林区环境复杂,导致林用装备在实现自动化、智能化时存在一定的困难,需要采用较为可靠的传感器及技术手段对立木进行识别。但是由于立木树径差异大,现有的检测手段难以准确的检出。为实现林区活立木的检测,可以通过二维激光扫描仪进行数据采集,通过对二维激光数据的滤波、分割和检测等手段将活立木从林区场景中检测到。本文将图像处理中所采用的正切变换圆检测方法引入到二维激光扫描数据处理中,通过分析极坐标特点,推导出极坐标下正切变换公式。将小圆木柱作为幼木,在实验室内搭建幼木仿真环境,使用LMS511 Pro二维激光扫描仪采集仿真场景的二维激光数据,并进行数据处理。试验证明,采用正切变换的方法可以在扫描数据点个数较少时检测出被测目标是否由圆弧组成,并给出了判定系数为0.7,准确率可达90%。

关键词：立木二维激光圆孤检测正切变换

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焊缝外观的自动检测及质量评估方法研究

焊缝外观的自动检测及质量评估方法研究

作者：安康吉林大学

学位级别：硕士

焊接作为一种发展比较成熟的材料成型工艺,一直以来广泛应用于汽车、航空航天、机电设备制造、石油化工等众多领域。为了保证焊接产品的使用安全,往往需要在焊后对焊缝的外观质量进行一定的检测与评估。到目前为止,上述过程主要依赖于... 详细信息

焊接作为一种发展比较成熟的材料成型工艺,一直以来广泛应用于汽车、航空航天、机电设备制造、石油化工等众多领域。为了保证焊接产品的使用安全,往往需要在焊后对焊缝的外观质量进行一定的检测与评估。到目前为止,上述过程主要依赖于有检测经验的专业人员通过目测或使用焊缝检测尺等测量工具来实现。这种人工检测方法不但效率较低,而且检测精度很大程度上依赖于检测者自身的素质和能力,具有较大的主观性。随着对产品焊接质量要求的不断提高,传统的外观检测手段已无法满足现代焊接生产的需求,自动化、智能化的焊缝外观质量检测与评估已经成为行业发展的必然趋势。本文根据对接焊缝和角焊缝的结构特点,开发了基于二维激光测距传感器的焊缝外观质量检测与评估系统,可对一定尺寸的对接焊缝或角焊缝的外观质量实现非接触、高精度、智能化的检测与评估。检测装置由工业计算机、伺服电机、电机驱动模块、二维激光测距传感器等部分组成。检测软件主要包括运动控制、检测控制、几何尺寸定量计算、外观质量评估等模块。检测过程中,伺服电机在工业计算机的控制下带动二维激光测距传感器对被测焊缝的表面进行非接触式扫描,以轮廓线为单位获取焊缝表面的几何信息,通过系统内置的专用算法对焊缝表面的轮廓数据进行处理,自动计算焊缝熔宽、余高、角变形量等几何参数,并提取咬边、焊瘤、烧穿等表面缺陷信息,最终依照相关焊接质量标准对被测焊缝的外观质量进行定量化评估。为满足实际工程应用需求,本文系统研究了传感器重复精度、被测焊缝的表面状态、检测时试件的倾斜程度、算法参数的设置等因素对检测精度的影响及解决措施。试验结果表明,对于焊缝的宽度及余高等外观参数,检测精度最高可达0.1mm;对于焊接角变形量,检测误差最高可控制在1°以内。为提高检测精度,应保证检测环境的稳定性,避免环境光线对传感器所发射的激光造成干扰,保持传感器投光面和受光面的表面清洁,尽量将被测焊缝水平放置,并根据需要合理地设置距离阈值L等算法控制参数。焊缝轮廓检测结果表明,本文所提出的焊缝外观质量检测与评估方法能够稳定实现对接焊缝和角焊缝外观质量的智能化检测与评估,获得比较精确的检测结果,对于改进焊接工艺、提高焊缝质量具有较大的现实意义。

关键词：二维激光表面轮廓参数计算质量评估

移动机器人基于栅格-八叉树混合地图的自主环境探索

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移动机器人基于栅格-八叉树混合地图的自主环境探索

作者：吴桐大连海事大学

学位级别：硕士

自主移动机器人是机器人技术的一个重要研究领域,在未知环境下通过传感器信息进行环境探索,并同时构建相应的地图是自主移动机器人应具备的基本能力。针对未知室内场景下移动机器人自主环境探索与地图构建问题,本文主要从三个方面进行研... 详细信息

自主移动机器人是机器人技术的一个重要研究领域,在未知环境下通过传感器信息进行环境探索,并同时构建相应的地图是自主移动机器人应具备的基本能力。针对未知室内场景下移动机器人自主环境探索与地图构建问题,本文主要从三个方面进行研究,包括移动机器人的同步定位与建图,自主探索策略以及路径规划,并进行了仿真验证和移动机器人实验。完成的主要研究内容如下:（1）同步定位与建图部分负责获取移动机器人的位姿信息和环境的栅格-八叉树混合地图。本文基于改进的Rao-Blackwellized粒子滤波算法对移动机器人进行位姿估计,为实现机器人快速导航并获取更加丰富的环境信息,利用激光信息和深度相机信息同步建立环境的栅格-八叉树混合地图。（2）自主探索策略部分负责选取探索的目标位姿。本文提出了一种基于混合提取算法的自主探索策略,包括前沿点的提取与分组,候选点的提取和候选点的评估。通过八叉树地图提取前沿点并分组,各组中心前沿点作为关键前沿点。针对单一候选点提取算法具有局限性的问题,本文提出了基于几何规则的局部型候选点提取算法和基于可通行空间的全局型候选点提取算法,结合这两种算法提出候选点复合提取算法,能同时兼顾自主探索的快速性和对环境的遍历性。本文综合考虑行驶距离、旋转角度和信息增益,构建效益函数对候选点进行评估。对于局部型候选点和全局型候选点,分别使用循环遍历算法和贝叶斯优化算法选取最优候选点作为探索目标点。（3）路径规划部分负责驱动机器人到达目标位姿。针对室内环境复杂多变的问题,本文基于分层代价地图进行环境建模,同时使用二维激光信息和三维点云信息进行障碍物检测。使用A*算法进行全局路径规划,基于前向动作约束改进动态窗口法,使用改进的动态窗口法进行局部路径规划,并基于ROS（Robot Operating System）功能包实现机器人自主导航,使机器人在室内环境下能够安全高效的行驶至目标位姿。（4）最后,在Gazebo仿真环境中对本文的自主环境探索系统的各项性能进行了仿真。并以搭载了激光测距仪和深度相机的Turtlebot2机器人作为硬件平台,以ROS作为软件框架搭建实验平台,进一步利用实验验证了本文自主环境探索系统的有效性。

关键词：自主环境探索同步定位与建图路径规划二维激光深度相机

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移动机器人动态室内场景中的自主环境探索

移动机器人动态室内场景中的自主环境探索

作者：王栎斐大连理工大学

学位级别：硕士

在移动机器人领域,自主环境探索能力是衡量移动机器人是否具备自主能力的重要标准之一。为了解决自主环境探索问题,本文的研究重点包括同时定位与地图构建、环境探索方法和路径规划。同时定位与地图构建负责提供定位信息与地图信息,环... 详细信息

在移动机器人领域,自主环境探索能力是衡量移动机器人是否具备自主能力的重要标准之一。为了解决自主环境探索问题,本文的研究重点包括同时定位与地图构建、环境探索方法和路径规划。同时定位与地图构建负责提供定位信息与地图信息,环境探索方法根据地图信息寻找下一时刻的最佳探索点,路径规划负责指导机器人到达最佳探索点。为了能够在自主环境探索过程中获得定位与地图信息,对Rao-Blackwellized粒子滤波与Cartographer两种典型的SLAM算法进行对比分析。由于Cartographer算法具备高效的闭环优化,更好的定位以及构图准确性,因此采用该算法为本文的自主环境探索提供定位与地图信息。本文提出了一种高效地路径规划算法用于自主环境探索。该算法包括多层环境模型、全局路径规划和局部路径规划。多层环境模型根据SLAM构建的栅格地图和激光数据进行实时更新,且为全局路径规划与局部路径规划提供环境信息。为了能够实时地进行全局路径规划,且得到最优欧氏距离的路径,本文提出了基于Fast marching算法与梯度法结合的全局路径规划算法。为了保证局部路径规划可以更好地跟随全局路径,本文提出了改进的动态窗口法,该算法使用wave-front算法构建了波阵图,并通过波阵图对原始动态窗口法中的评判函数进行了改进。针对传统前沿探测方法从栅格地图中提取出的诸多前沿中存在无效前沿的问题,本文提出了基于栅格地图的探索环境模型对该问题进行解决。此外传统前沿探索方法仅将最近的前沿作为下一个最佳探索点,本文提出了基于前沿评估的探索方法,该方法在评判函数中引入了前沿的信息增益与到达前沿的代价,目的在于提高前沿探索方法的探索效率。最后以携带二维激光的Pioneer 3-DX室内机器人为硬件平台、以ROS（Robot Operating System）为软件框架构建实验平台,并选择了大连理工大学教学楼内部的两个实验场景来验证本文自主环境探索系统的有效性。

关键词：自主环境探索 SLAM算法路径规划环境探索方法二维激光

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基于林区采育机械的视觉和激光融合算法

机械工程与自动化 2018年第5期 21-23页

作者：彭洋孔建磊刘晋浩黄青青北京林业大学工学院北京100083

针对因复杂林业环境而导致的多功能林木联合采育机作业间断的问题,采用多传感器融合的方式获取环境信息,进而实现采育作业目标的识别。通过搭建基于二维激光测距仪、可见光相机和红外热像仪的信息采集系统,根据不同距离上的内、外参数... 详细信息

针对因复杂林业环境而导致的多功能林木联合采育机作业间断的问题,采用多传感器融合的方式获取环境信息,进而实现采育作业目标的识别。通过搭建基于二维激光测距仪、可见光相机和红外热像仪的信息采集系统,根据不同距离上的内、外参数标定实验实现采育目标激光数据、可见光图像和红外图像的信息融合。根据融合数据,对树木、行人、岩石三种目标进行识别,平均识别率达到93%,能够为采育机操作员提供准确的环境描述信息,降低作业压力,提升采育机作业效率。

关键词：二维激光视觉图像传感器融合采育机械