并联机器人视觉技术及应用

前言

第1章绪论1

11并联机器人1

111并联机器人的特点1

112并联机器人的历史及应用2

12机器视觉4

121主动视觉4

122主动视觉机构构型6

13并联机器人视觉技术7

131并联机器人的视觉需求7

132几种典型的并联机器人视觉系统8

133并联机器人双目主动视觉监测平台9

134并联机器人结构光视觉系统11

14本书主要内容12

第2章并联机器人双目主动视觉监测平台样机设计与分析13

21样机总体设计方案13

22样机分析与设计14

221几何模型创建14

222定义约束和运动15

223虚拟样机仿真分析16

224样机有限元分析19

23样机加工装配21

第3章并联机器人双目主动视觉监测平台样机控制系统设计22

31样机控制方案设计及主要设备选型22

311控制方案设计22

312主要设备选型22

32样机伺服运动控制系统的研究25

321电动机控制系统的设计25

322FPGA+DSP的电动机运动控制卡25

323交流伺服电动机运动控制26

324步进电动机运动控制31

33样机电气控制系统的组成36

第4章并联机器人双目主动视觉监测平台运动学模型39

41并联机器人双目主动视觉监测平台样机39

42视觉平台的机构模型40

43视觉平台的位置正反解模型42

44视觉平台的速度正反解模型45

45视觉平台的加速度正反解模型48

第5章并联机器人双目主动视觉监测平台标定体系57

51并联机器人双目主动视觉监测平台立体标靶块的设计57

511立体标靶块的布局设计57

512梯形靶面的标志点设计58

52监测平台视觉模型的建立59

521摄像机模型及标定59

522摄像机的动态标定60

523标定实验61

53并联机器人双目主动视觉监测平台结构参数和脉冲控制当量的测定63

531结构参数r及云台俯仰电动机脉冲控制当量Ep的测定64

532结构参数θ及云台平转电动机脉冲控制当量Ef的测定65

533丝杠电动机脉冲控制当量El的测定66

534结构参数R及圆轨小车电动机脉冲控制当量Ec的测定66

535结构参数和脉冲控制当量的测定结果67

54样机机械加工精度测试68

541圆轨平面度、圆度及与水平面的平行度测试68

542丝杠直线度及与圆轨平面的垂直度测试70

543圆轨小车电动机控制精度测试71

544丝杠电动机控制精度测试72

545云台俯仰、平转电动机控制精度测试73

第6章并联机器人双目主动视觉监测平台正视观测模式与视觉跟踪75

61并联机器人双目主动视觉平台光轴可达域的确定75

62并联机器人双目主动视觉平台观测模式的定义76

63摄像机观测注意点的转移77

631摄像机观测注意点转移的假定77

632摄像机观测注意点转移策略78

64双目正视模式的调整策略86

65双目正视模式下的视觉跟踪90

66实验测试及结果92

661凝视和正视调整测试92

662正视模式下的视觉跟踪测试96

第7章并联机器人双目主动视觉监测平台系统软件设计99

71视觉平台系统软件总体设计99

72控制系统软件设计100

721伺服电动机运动模块101

722数字云台控制模块102

723摄像机控制模块102

73视觉服务系统软件设计103

731摄像机标定模块104

732系统参数测定模块104

733运动分析模块106

74视觉系统和控制系统的数据交换108

第8章并联机器人视觉监测与视觉导航应用研究110

81视觉并联机器人汉字雕刻系统的总体设计110

811工作原理110

812主要功能111

813系统硬件组成111

814雕刻系统软件功能111

82基于视觉注意机制的视觉并联雕刻机器人刀具检测112

821SECO 模型113

822目标图像的分割113

823目标轮廓的感知114

824实验结果及分析115

83视觉并联机器人刀具位姿及运动参数分析117

831圆台标靶设计及其视觉信息计算118

832圆台标靶特征点的提取与坐标计算119

833目标刀具位姿的计算120

834基于扩展卡尔曼滤波的目标刀具运动分析120

835实验结果123

84视觉并联雕刻机器人刀具导向期望加工位置研究125

841并联雕刻机器人刀具的视觉坐标与世界坐标126

842并联雕刻机器人刀具导向理想工作点的方法研究127

第9章并联机器人结构光视觉系统总体设计131

91系统研究背景和意义131

92系统工作原理132

921光学三角测量法原理132

922结构光的分类及选择132

923编码结构光三维视觉原理133

93系统结构与建模134

931系统结构134

932系统模型135

第10章并联机器人结构光视觉系统标定及数据获取137

101一种棋盘格图像内外角点检测算法137

1011角点初定位138

1012内部角点检测138

1013外围角点检测139

1014亚像素级角点定位140

1015算法实现140

1016实验及分析141

102视觉系统中基于并联机构的摄像机线性标定方法143

1021一阶径向畸变摄像机模型143

1022借助并联机构构造虚拟三维标靶146

1023摄像机参数标定147

1024仿真实验149

1025真实实验150

103视觉系统中基于并联机构的结构光标定方法151

1031基于De Bruijn序列的结构光校验编码方案152

1032结构光编码的识别152

1033基于并联机构动平台位姿信息的视点三维坐标计算153

1034结构光平面方程求解156

104视觉目标数据获取158

第11章并联机器人结构光视觉系统点云配准及三维重构160

111基于并联机构的结构光视觉系统多视点点云数据自动配准研究160

1111视觉目标运动模式时的多视点点云自动配准160

1112摄像机运动模式时的多视点点云自动配准162

1113点云配准分析162

112三维重构及现状分析163

113并联机器人结构光视觉系统三维重构应用实例164

参考文献167