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单目视觉测量球体颗粒位姿研究

激光与光电子学进展 2023年

作者：李江杰孔明刘璐赵云琨陈江楠中国计量大学计量测试工程学院

为实现对流化床中目标颗粒空间位姿追踪测量，开发了一种基于单目视觉及彩色纹理编码球体的位姿测量系统。针对空间位置定位，建立了空间球体成像模型，并基于小孔平面成像模型及相机坐标转换模型，结合空间解析几何相关理论，分析了单... 详细信息

为实现对流化床中目标颗粒空间位姿追踪测量，开发了一种基于单目视觉及彩色纹理编码球体的位姿测量系统。针对空间位置定位，建立了空间球体成像模型，并基于小孔平面成像模型及相机坐标转换模型，结合空间解析几何相关理论，分析了单目位置测量原理。考虑球体颗粒无法通过自身形状特征实现空间姿态测量，引入纹理特征，通过提取目标颗粒纹理，比较并建立其与合成库中已知方向图像之间的相似关系，实现空间姿态的测量。根据以上理论分析，搭建实验系统并进行了一系列实验，结果表明了位置测量综合误差率不大于0.5%，姿态测量误差不大于2°，验证了所提模型及算法的有效可行性。

关键词：机器视觉空间位姿视觉模型匹配算法特征融合

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转塔式贴装头吸嘴三维位姿误差分析与标定

上海交通大学学报 2016年第9期50卷 1376-1383页

作者：尚亚光徐维荣王石刚上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对转塔式贴装头因机械加工及装配误差导致吸嘴部件不垂直于贴装平面的问题,提出了一种吸嘴三维位姿误差的自动标定方法.对吸嘴进行理论建模与误差分析,通过机器视觉采集图像计算及坐标变换得出吸嘴在不同高度下的各个自转角度下的基坐... 详细信息

针对转塔式贴装头因机械加工及装配误差导致吸嘴部件不垂直于贴装平面的问题,提出了一种吸嘴三维位姿误差的自动标定方法.对吸嘴进行理论建模与误差分析,通过机器视觉采集图像计算及坐标变换得出吸嘴在不同高度下的各个自转角度下的基坐标,利用最小二乘法拟合出吸嘴的自转圆心基坐标、半径大小以及吸嘴与竖直方向的偏角.通过实验分析吸嘴实际运动轨迹,一方面对理论计算吸嘴下降任意高度下自转圆心基坐标与实际自转圆心基坐标进行比较,另一方面对吸嘴自转到目标角度下计算基坐标与旋转之后实际位置坐标进行比较,结果表明总误差小于±50μm,满足元件贴装位置精度要求.

关键词：贴片机吸嘴标定空间位姿位置精度最小二乘法

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面向筒类舱段自动装配的两点定位调姿方法

中国机械工程 2018年第12期29卷 1467-1474页

作者：金贺荣刘达燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室秦皇岛066004 燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室秦皇岛066004

为解决航天器数字化对接装配中的调姿问题,提出了两点定位调姿法:通过改变对接舱段上2个关键点的位置来实现舱段空间位姿的调整,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿轨迹规划并约束舱段的运动参数,确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳快... 详细信息

为解决航天器数字化对接装配中的调姿问题,提出了两点定位调姿法:通过改变对接舱段上2个关键点的位置来实现舱段空间位姿的调整,采用五次多项式轨迹对舱段进行调姿轨迹规划并约束舱段的运动参数,确定舱段合理的调姿时间,保证舱段平稳快速地完成对接任务。该方法简化了调姿算法,采用串联机构即可满足调姿算法要求,避免了多轴协调控制,降低了控制难度。利用ADAMS对所提出的方法进行仿真验证,通过两点定位调姿法调整对接舱段可使其到达目标位姿,位移、速度、加速度轨迹光滑连续,同时满足各边界约束条件,调整后舱段姿态与目标坐标值最大偏差为-0.08 mm,调整过程中最大加速度为10 mm/s2。仿真结果表明,两点定位调姿法可满足筒类舱段数字化装配调姿的精确性、稳定性和高效性要求,有助于实现筒类舱段调姿过程的自动控制。

关键词：航天器对接装配空间位姿位姿调整调姿轨迹

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五自由度机器人运动控制与空间位姿仿真系统

中国测试 2021年第11期47卷 14-20页

作者：庄衡衡丁飞章华涛张海涛暴建民南京邮电大学江苏省宽带无线通信和物联网重点实验室江苏南京210003 南京邮电大学物联网学院江苏南京210003 中国科学院国家天文台南京天文光学技术研究所江苏南京210042 中国科学院天文光学技术重点实验室江苏南京210042

多自由度机器人在高端制造、空间遥操作和智能自主系统等领域具有极其重要的作用,其运动学与空间位姿研究可用于运动控制、轨迹规划和工作空间分析等。该文设计并实现一种五自由度机器人运动控制与空间位姿仿真系统,建立该机器人的结构... 详细信息

多自由度机器人在高端制造、空间遥操作和智能自主系统等领域具有极其重要的作用,其运动学与空间位姿研究可用于运动控制、轨迹规划和工作空间分析等。该文设计并实现一种五自由度机器人运动控制与空间位姿仿真系统,建立该机器人的结构模型,并提出正向运动学和逆向速度运动学解法;通过对多电机驱动单元的集成开发,实现X、Y和Z轴向及两个转向控制;选取一个马鞍面定义为该机器人空间观测作业任务,同步执行五自由度运动控制和空间位姿仿真的协同分析。测试结果表明,目标位姿与仿真位姿具有一致性,验证所提出运动学模型与解法的有效性。研究结果可用于评估多自由度机器人的可达工作空间,为其结构设计与控制优化提供理论和方法支撑。

关键词：五自由度机器人运动控制正向运动逆向运动空间位姿

VR环境下基于Leap Motion的三维模型空间位姿自适应调整方法

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计算机应用与软件 2021年第7期38卷 67-72,99页

作者：包文运胡建垠黄培德盛步云宋寅大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司江苏南京210000 武汉理工大学湖北武汉430070 襄阳五二五泵业有限公司湖北襄阳441004

针对目前基于Leap Motion的人机交互研究中存在的虚拟手与三维模型相互干涉、三维模型与虚拟手空间位姿同步率低的问题,提出一种基于Leap Motion的三维模型空间位姿自适应调整方法。通过将物理交互方法与启发式交互方法相结合,实现基于... 详细信息

针对目前基于Leap Motion的人机交互研究中存在的虚拟手与三维模型相互干涉、三维模型与虚拟手空间位姿同步率低的问题,提出一种基于Leap Motion的三维模型空间位姿自适应调整方法。通过将物理交互方法与启发式交互方法相结合,实现基于虚拟手位姿信息的三维模型空间位姿自适应实时精确调整,使人机交互仿真过程更加逼真,提升用户的交互式体验感。借助HTC VIVE所搭建的沉浸式虚拟现实环境,验证了该方法的可行性。

关键词： Leap Motion 空间位姿自适应调整虚拟手

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单目视觉测量球体颗粒位姿

激光与光电子学进展 2024年第4期61卷 298-303页

作者：李江杰孔明刘璐赵云琨陈江楠中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

为实现对流化床中目标颗粒空间位姿追踪测量,开发了一种基于单目视觉及彩色纹理编码球体的位姿测量系统。针对空间位置定位,建立了空间球体成像模型,并基于小孔平面成像模型及相机坐标转换模型,结合空间解析几何相关理论,分析了单目位... 详细信息

为实现对流化床中目标颗粒空间位姿追踪测量,开发了一种基于单目视觉及彩色纹理编码球体的位姿测量系统。针对空间位置定位,建立了空间球体成像模型,并基于小孔平面成像模型及相机坐标转换模型,结合空间解析几何相关理论,分析了单目位置测量原理。考虑球体颗粒无法通过自身形状特征实现空间姿态测量,引入纹理特征,通过提取目标颗粒纹理,比较并建立其与合成库中已知方向图像之间的相似关系,实现空间姿态的测量。根据以上理论分析,搭建实验系统并进行了一系列实验。结果表明,位置测量综合误差率不大于0.5%,姿态测量误差不大于2°,验证了所提模型的有效性和可行性。

关键词：机器视觉空间位姿视觉模型匹配算法特征融合

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基于图像非刚性匹配的物体空间转角检测方法

西安理工大学学报 2019年第2期35卷 264-268页

作者：王宇佳杨静西安理工大学机械与精密仪器工程学院

转角是物体空间位姿的重要属性之一。对于物体旋转轴线与摄相机光轴线垂直的特殊情况,本文提出了利用图像相似性检测物体空间转角的方法。论文定义了基于匹配特征点的图像相似度系数。考虑到由于图像非线性形变导致的误匹配,本文采用基... 详细信息

转角是物体空间位姿的重要属性之一。对于物体旋转轴线与摄相机光轴线垂直的特殊情况,本文提出了利用图像相似性检测物体空间转角的方法。论文定义了基于匹配特征点的图像相似度系数。考虑到由于图像非线性形变导致的误匹配,本文采用基于向量场一致性的特征点筛选算法,用能量函数的向量场表示形变,在图像匹配中剔除误匹配点,提高图像相似度计算的准确性。实验结果表明,向量场一致性算法可以有效剔除误匹配点,在一定角度范围内,通过标定相似度系数与安全门转角的关系,可以估计物体空间位姿转角。

关键词：空间位姿空间转角相似度系数非刚性形变向量场一致性算法误匹配

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6-SPR并联机构运动学的一种分析方法

农业机械学报 2009年第1期40卷 194-197页

作者：孙恒辉刘正士陈恩伟合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009

以建立惯性参数辨识的动力学方程为目的,提出了6-SPR并联机构运动学的一种分析方法。首先将各分支链视为独立的串联机构,确定各构件的空间位姿。其次构造并合理简化影响系数矩阵,将质心坐标从矩阵中分离出来,则构件的运动可以唯一地用... 详细信息

以建立惯性参数辨识的动力学方程为目的,提出了6-SPR并联机构运动学的一种分析方法。首先将各分支链视为独立的串联机构,确定各构件的空间位姿。其次构造并合理简化影响系数矩阵,将质心坐标从矩阵中分离出来,则构件的运动可以唯一地用其自身的质心坐标表示。以上平台为例进行理论计算,并用ADAMS软件进行了仿真验证。

关键词：并联机构空间位姿影响系数法运动学分析

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运动几何学加速度特征及其应用研究

运动几何学加速度特征及其应用研究

作者：张楠大连理工大学

学位级别：硕士

机床精度作为机床综合性能的集中体现与评价指标,决定了一个国家制造业的整体水平。理想情况下,工作台进行单轴平移运动时只有沿移动方向的一个自由度,但实际中,考虑到部件的几何误差、弹性变形等静态误差,以及驱动系统的插补误差、伺... 详细信息

机床精度作为机床综合性能的集中体现与评价指标,决定了一个国家制造业的整体水平。理想情况下,工作台进行单轴平移运动时只有沿移动方向的一个自由度,但实际中,考虑到部件的几何误差、弹性变形等静态误差,以及驱动系统的插补误差、伺服跟随误差、振动误差等动态误差时,移动副的真实运动具有空间六自由度。目前针对机床精度的检测主要以准静态为主,没有考虑到速度,加速度等动态因素对精度造成的影响,不能完全代表机床在运行过程中的全部误差,因此,找到速度特征或加速度特征与刚体空间运动之间的关系,对机床动态精度的检测十分重要。运动几何学中,活动标架及其微分公式以微分运动的方式考察点与直线的轨迹,可以将运动学与几何学联系起来。因此,如果能通过运动几何学找到加速度特征与刚体空间运动轨迹与姿态的关系就能使通过加速度测量求解机床移动副动态精度成为可能。针对以上问题,本文应用运动几何学理论,推导平面运动与空间运动中刚体上点的加速度与刚体角速度的关系、建立角速度与刚体姿态角的运动学模型,得到了加速度与刚体姿态角之间的非线性微分方程组。然后将其应用在姿态测量与误差检测中,讨论了一种基于全加速度测量的移动副动态误差检测方法。不仅丰富了运动几何学在指导位姿求解方面的应用,同时为动态测量提供了思路。本文主要研究内容如下:首先,采用活动标架与相伴运动方法,分别求出平面运动与空间运动中,动定瞬心线与动定瞬轴面活动标架下描述的刚体上点的轨迹、速度、加速度;得到运动刚体的角速度、角加速度与轨迹曲线或轨迹曲面的几何参数之间的关系;求解加速度瞬心点位置,并对其加速度特征进行分析。然后,结合刚体空间姿态描述的齐次坐标变换方法,得到固定坐标系中表示的任意时刻运动刚体瞬时角速度与绕各轴转动的姿态角之间的关系;结合加速度表达式,得到刚体上不共线三点的线加速度与刚体空间运动姿态角之间满足的运动学模型,并采用空间RCCC机构验证模型正解与反解的正确性。最后,将运动学模型应用到数控机床移动副动态误差的检测中,得到基于全加速度测量的机床移动副动态精度检测模型。采用三向CCLD加速度传感器测量机床工作台上不共线三点的三向加速度值,带入运动学模型,反解微分方程组解算工作台的三向角摆误差,对加速度测量值进行二次积分求解工作台的三向平移误差。

关键词：运动几何学刚体运动空间位姿加速度特征移动副动态精度