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中国汽车 2024年第1期 47-53页

作者：贯怀光李琛杨建森郭蓬张志国中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司天津300300 中国汽车技术研究中心有限公司天津300300

为了提高自动驾驶汽车传感器的校准质量,增强自动驾驶系统对目标的精准感知能力,提出了基于手眼模型的毫米波和激光雷达联合标定方法。首先,利用毫米波雷达的内在结构特征建立数学模型,对毫米波和激光雷达传感器的外部参数进行精确计算... 详细信息

为了提高自动驾驶汽车传感器的校准质量,增强自动驾驶系统对目标的精准感知能力,提出了基于手眼模型的毫米波和激光雷达联合标定方法。首先,利用毫米波雷达的内在结构特征建立数学模型,对毫米波和激光雷达传感器的外部参数进行精确计算,确保在统一的世界坐标系中。然后利用手眼模型作为融合分析的基础,实现了毫米波和激光雷达的联合标定。最后,在自动驾驶小巴车平台上进行了标定试验,利用该标定系统得到标定结果的三维位姿关系,并验证了自动驾驶小巴车传感器数据的准确性。研究结果表明,该方法测距误差均值为0.01 m左右,传感器旋转角度可以精确到1°左右,可以满足汽车自动驾驶系统中雷达感知精度的要求。

关键词：手眼模型毫米波雷达激光雷达联合标定

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基于手眼模型的三维激光雷达外参数标定

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光电工程 2017年第8期44卷 798-804页

作者：韩栋斌徐友春李华谢德胜陈文军事交通学院天津300161

无人车三维激光雷达与GPS/INS组合导航系统融合使用,需要对两者之间的相对位姿进行标定。针对车辆运动过程点云畸变的现象,提出了一种单帧点云中激光扫描点坐标修正方法。针对标定问题,建立了标定模型,提出了一种基于ICP算法和手眼标定... 详细信息

无人车三维激光雷达与GPS/INS组合导航系统融合使用,需要对两者之间的相对位姿进行标定。针对车辆运动过程点云畸变的现象,提出了一种单帧点云中激光扫描点坐标修正方法。针对标定问题,建立了标定模型,提出了一种基于ICP算法和手眼标定模型及最小二乘法进行外参数标定的方法。通过蒙特卡罗仿真实验,对该方法的有效性和精度进行了仿真和验证。在实验室JJUV-6无人车平台上进行标定试验,得到两者之间的三维位姿关系。对比标定前后三维点云重建效果,点云重叠度接近于配准效果。基于应用的目的,基本满足二维地图构建和三维环境重建的需求。

关键词：无人车三维激光雷达点云配准手眼模型外参数标定

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用于工业机器人自动插线系统的视觉识别与定位关键技术研究

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作者：黄俊锋华南理工大学

学位级别：硕士

线缆及连接器是连接电气设备各电路模组的基本元件。在电路组装过程中,需要先将特定规格的线缆从线组中取出,再将线缆两端的金属端子分别插入对应的连接器插孔内。为提高插线效率,这一过程在单独的工作面板上进行,对线缆的布放路径有特... 详细信息

线缆及连接器是连接电气设备各电路模组的基本元件。在电路组装过程中,需要先将特定规格的线缆从线组中取出,再将线缆两端的金属端子分别插入对应的连接器插孔内。为提高插线效率,这一过程在单独的工作面板上进行,对线缆的布放路径有特定要求。目前产线上主要依靠人工实现这一操作,存在效率低、用工成本高、工作单调枯燥易出错等缺点。因此,开发一种能够替代人工,实现带端子线缆的识别、定位、抓取和插接的全自动化解决方案很有必要。但由于线缆柔性易变形、连接器上线束密集、连接关系复杂等因素,实现机器人自动插线面临诸多挑战。本文从产线的需求出发进行方案设计,并基于工业机器人与机器视觉技术分别对连接器插孔的识别定位、线缆的抓取和端子位姿检测环节进行视觉处理关键算法的设计,并在搭建的工业机器人自动插线系统样机上进行验证。本文主要研究工作如下:（1）机器人插线系统执行机构及视觉成像方案设计。基于对线缆插接过程关键步骤的分析,提出一种自动化插线的集成解决方案,建立工业机器人与运动平台坐标变换及工业相机手眼关系的几何模型,并给出各模块的标定方法;（2）连接器目标识别及其插孔定位。针对成像视角变化及杂乱背景对连接器目标识别造成的干扰,提出一种基于累积量化梯度方向特征的连接器识别方法,提高识别的稳定性。在此基础上,针对因插孔密集排布造成的难以同时定位多个插孔中心的问题,提出一种基于扫描线直方图特征的多插孔定位算法,从而为入孔引导机构提供准确的目标位置信息;（3）基于多视角立体视觉技术的线缆端部检测及其空间位姿估计。取线过程中,利用随动相机采集线缆多视角图像,基于颜色和形状特征,实现线缆端部目标区域分割及边缘提取。在此基础上,提出一种基于局部梯度方向直方图的匹配算法,解决线材缺乏纹理特征对立体匹配过程造成的困难,实现线缆的空间位姿估计,从而引导夹爪对线缆的抓取操作。线缆抓取后,通过固定相机采集线缆端子的多幅图像,估计出端子与夹爪之间的相对位姿关系,实现对抓取有效性的判定,为后续的线孔装配提供必要条件;（4）实验平台的搭建及相关算法的测试与检验。根据设计方案搭建实验平台,编制插线系统控制程序,并对系统模型进行标定与精度验证。接着,基于实验平台对连接器插孔定位算法、线缆抓取算法及端子位姿检测算法进行实验验证。通过上述工作,本文完成了工业机器人插线原型系统设计,实现了多个插线步骤的视觉定位和检测的关键算法设计,并通过搭建的样机进行了验证。本文工作有望为产线提供一种自动化插线的解决方案。

关键词：插线系统手眼模型机器视觉线缆抓取位姿检测

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基于单目视觉的电气柜综合布线机对象识别与定位

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作者：李新宇太原理工大学

学位级别：硕士

电气控制柜生产的传统方式已渐渐无法适应新时代的要求,电气控制柜精细化,复杂化,高密度化的发展方向使得人工线缆装配低效率的缺陷越来越突出,尤其是线缆使用纯手工装配不仅会消耗大量的时间也导致了生产产品一致性差的问题。电气控制... 详细信息

电气控制柜生产的传统方式已渐渐无法适应新时代的要求,电气控制柜精细化,复杂化,高密度化的发展方向使得人工线缆装配低效率的缺陷越来越突出,尤其是线缆使用纯手工装配不仅会消耗大量的时间也导致了生产产品一致性差的问题。电气控制柜线缆装配工作进行自动化升级对于提升控制柜制造工艺水平有着重要意义。作为电气控制柜线缆自动装配设备的核心部分,负责运行过程中对实际环境进行检测并反馈,视觉系统的研究成为设备研制过程中无法忽视的一部分。但由于控制柜内安装器件种类繁多并且工作面幅面极大等因素,实现控制柜线缆装配自动化面临诸多挑战。本文从控制柜线缆装配的实际需求出发进行方案设计,通过对单目视觉技术和机器人相关技术的研究,提出了一套可用于电气控制柜装配过程中对相关目标进行识别与定位的技术方案,基于该方案可以使机械臂自主完成对电气控制柜中线缆端头紧固和线缆敷设的操作。本文主要研究内容如下:对电气控制柜线缆装配流程进行分析,提炼线缆装配过程中需要自动化进行的步骤,并将这些步骤分解为机器的执行任务。梳理了目前国内外研究者或研究机构在自动化布线领域的设备开发及其视觉算法的研究进展,提出了一种包括执行机构设计和视觉成像系统设计的自动化线缆装配解决方案。针对控制柜线缆装配接线螺丝孔定位的特点,结合器件外形普遍规律,给出了定位的技术指标。同时,为了满足在控制柜安装板上进行大幅面作业时对定位速度的要求,提出了两阶段的识别定位方法。使用PP-YOLO算法对安装板图像进行目标识别,从而得到器件位置的图像区域。使用SURF算法在器件区域内进行精确定位。针对电气器件特点,给出了用于进行目标识别的深度神经网络模型训练所需要的数据集的自动化制作方法,设计了一种具有自动采集图像数据并自动进行标注的方法。同时还介绍了用于获得精确定位而进行的图像预处理。对于特定位置采集的图像,通过圆检测以确定接线孔螺丝的位置,选择用于模板匹配的图像模板。给出了用于确定器件精确位置以及接线孔螺丝孔的精确三维坐标的方法。在位姿测量中给出了相机坐标系与基底坐标系转换的数学模型。最后依据设计方案,充分利用现有资源搭建了控制柜线缆装配动作以及视觉实验平台,编写了数据集样本自动采集、标注以及生成程序,设计了基于PPYOLO的目标检测算法程序并进行了模型的训练,设计了基于SURF的对器件部分区域的模板匹配以及定位算法程序。针对程序工作流程设计了人机交互界面。对系统模型进行标定与精度验证。最后进行了视觉引导的机械臂插孔实验,验证了算法的可行性。综上所述,本文完成了对控制柜综合布线机视觉系统的设计,实现了线缆紧固环节中对器件接线孔螺丝孔的视觉定位和检测关键算法设计,设计了人机交互界面并通过搭建的实验平台进行验证,为后续的综合布线机研制和开发工作打下了基础。

关键词：手眼模型机器视觉模板匹配位姿检测

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