机器人手眼标定的仿真分析

研究了一种新的机器人手眼标定的方法。在实际中，手—双目系统有着广泛的应用。传统方法主要集中在手．单目系统中。直接将传统方法应用到手—双目系统中将会很容易受到噪声的干扰。与传统方法相比，文章充分利用了双目摄像机之间以及摄像机与机器人手爪之间的约束关系进行机器人手眼标定，大大提高了抗干扰的能力。最后仿真结果证明了新方法的精确性与有效性。     

基于运动补偿的小型无人机云台控制器设计方法

云台安装的摄像机可用于基于视觉的小型无人机目标跟踪与定位。分析了无人机平移和旋转运动对目标在图像平面成像的影响,推导了机体角速度与云台姿态角速度转换矩阵,设计基于运动补偿的云台控制器将无人机速度和机体角速度引入云台控制器输入,补偿因无人机运动引起的摄像机视线改变,并利用目标在图像平面的位置偏差修正摄像机跟踪误差。仿真实验表明所设计的云台控制器可提高目标跟踪精度,减少云台抖动。     

机器人视觉伺服控制半物理仿真系统的研制

为了模拟机器人在自由运动的工作状态,验证实际物理手眼视觉伺服控制算法的效果,在4台PC机的基础上,用三维图形库OpenGL开发了仿真应用软件,组建了机器人视觉伺服控制半物理仿真系统。该仿真系统利用计算机三维图形学、机器人运动学和动力学、视觉测量以及视觉伺服控制等技术,成功仿真了在空间自由运动状态中,机器人对目标物体的捕获。     

在线估计雅可比矩阵的视觉伺服控制算法

机器人视觉伺服系统是机器人研究领域的一个重要研究方向。以图像为基础的视觉伺服机器人模型中,有许多的不确定性,如机器人动力学模型,运动学模型,摄像机系统以及雅可比矩阵等。多数的视觉伺服系统往往只考虑某一、两个部分,而其它的不确定性依然影响定位目标的精度。在使用了神经网络的控制器中加入卡尔曼滤波,在摄像机与机器人坐标系无标定的情况下,对雅可比矩阵进行实时在线估计,从而提高了视觉伺服系统的精确性。仿真验证了本算法的可行性和有效性。

Abstract：

Robotic visual servo system is an important subject in the field of robots.Image-based visual servo model has a lot of uncertainties,for example,robot dynamics model,robot kinematics model,camera system and Jacobian matrix and so on.Most of visual servo methods always considered one or two aspects,but other uncertainties still affected the accuracy of tracking the target for the robot.Based on the traditional controller with neural network,a new control algorithm was provided in the uncalibrated camera and coordination systems with the Kalman filter that estimated Jacobian matrix on-line,thereby improving the accuracy of the system.Simulation result shows the feasibility and effectiveness of the algorithm.     

摄影测量系统仿真及验证技术研究

深入探讨理想摄像机成像的过程与OpenGL透视投影的机理,在理论角度证明通过设定OpenGL参数可使虚拟图像与真实摄像机拍摄结果一致.对单撮像机成像、双撮像机成像、径向畸变以及镜面反射、结构光等几种摄影测量情况进行了仿真.提出一种可靠的验证方法,预先设定摄像机的内外参数,由OpenGL渲染生成不同位置的checkerboard图像,利用第三方标定程序包进行标定.标定结果与预先设定的摄像机参数一致,在实践上证明了理论推导的正确性.通过本系统可以了解摄像机在理想状态下成像的基本过程,为视觉系统标定、立体匹配、畸变校正、动态识别等大部分视觉算法的仿真奠定基础.     

一种拟全方位多尺度分布式视觉系统

针对机器人视觉系统中算法的高复杂度与实时性难以兼顾的问题,设计了一种拟全方位多尺度分布式视觉系统。该系统实现了多个摄像机图像采集和处理的分布式工作,可以满足机器人对视野的全方位要求,并且为高复杂度算法的运行提供了可能。采集处理模块软硬件可随时定制,实现了多尺度的视觉算法,并增加了系统的灵活性和通用性。该系统可作为通用视觉平台应用于各种全自主移动机器人,具有较强的应用价值。     

基于支持向量回归机学习的机械臂视觉反馈模糊控制

针对于机器人无标定视觉伺服问题,提出一种基于支持向量回归机(Support Vector Regression, SVR)学习的模糊控制(Fuzzy Logic Control, FLC)方法。FLC直接用于构建图像特征与机器人关节运动之间的非线性映射关系。FLC的模糊基函数用作SVR的核函数,建立FLC与SVR的数学等价关系。SVR从数据中学习的支持向量构建FLC的规则。所有规则来自于数据,因此无需人工设计规则。本文所提出方法充分利用了SVR针对小数据量学习具有较好的泛化性能优势,实验结果表明该视觉伺服控制器在精度上及收敛上均具取得较好性能。     

基于摄像机运动的简单虚拟场景生成

利用摄像机标定技术和视频融合技术设计了一个基于摄像机运动的简单虚拟场景生成系统。首先对摄像机进行标定，然后利用摄像机的运动参数根据摄像机成像模型计算出3-D实景中特定的位置在2-D视频图像上的映射，最后利用映射结果对虚拟景物进行透视变换，并把它实时融合到视频图像特定位置中形成新的视觉效果，实现了一种类似于虚拟演播室的简单、有效、实用的视频制作新方法。实验表明该方法实时性好、生成的虚拟场景效果逼真。     

模糊控制策略在避碰运动系统中的应用

目前多机器人避碰运动已经被广泛研究,其控制策略也多种多样.主要解决基于全景视觉传感器的多机器人多目标系统中机器人之间以及机器人和静态障碍物之间的避碰问题,提出了单个自主运动机器人的结构模型、自主机器人周围物体的态势模型以及移动机器人动态速度的快速检测方法.机器人的运动决策采用基于Step-Forward策略的模糊推理机制,实现机器人在动态环境中快速、准确的找到一条无碰撞的路径,最终达到目标点.仿真结果表明了该算法应用于移动机器人在动态复杂环境中的无碰撞运动具有正确性、实用性和智能性等优点,同时该算法计算量小,运算速度快,提高了机器人控制的响应速度.     

基于立体视觉的三维建模方法

研究了基于立体视觉的三维反向建模方法。该方法利用线状结构光与立体视觉原理,首先测量位于四自由度平面机器人上的三维物体的表面几何信息,然后通过获得的采样数据集,自动构建具有真实纹理的三维几何模型。相应提出了一种新的系统标定方法与自动曲面重构算法,并实现了一个面向虚拟现实应用的三维物体的自动反向建模原型系统。     

Planar Motion Tracking with an Uncalibrated Robot/Vision System

1.INTSODUCTIONtraditionallythemodelofarobothand/eyecoordinationsystemmustbeestimatedanddeterminedinadvanceforsystemcolltrol.Thisformsthetaskofsystemcalibration.Asystemcalibrationissomewhatthecombinationoftheoreticalresearchandengineeringrealization.Theaccuracyofasystemmodelismorelikelydependentonthetechniqueofengineeringrealizationthantheresearchesontheoreticalmethod.Realizationofthecalibrationmethodisthebottleneckfortheaccuracyofresultantmodelapproachingitstheoreticalvalue.Thisisthemainr…     

基于立体视觉的虚拟机械臂平面定位研究

结合星球探测的应用背景,对漫游车的工作方式进行了研究,针对车载机械臂开发了一套基于立体视觉的机械臂平面定位仿真系统。该系统依靠虚拟现实技术,通过虚拟机械臂对三维重建得到的平整物体表面的定位仿真得到机械臂的各关节参数,以此指导真实机械臂的运动。论述了基于立体视觉的机械臂定位机理和基于OpenGL的虚拟机械臂的实现过程。采用VC＋＋构建了仿真实验平台,进行了定位实验,获得了较高的定位精度。     

基于图像的直接视觉伺服控制器设计与仿真

对于手眼机器人视觉伺服,考虑机器人的运动学及动力学特性,在物体的深度未知及机器人的基坐标系与物体的坐标系之间的相似变换矩阵未定标的情况下,设计了直接视觉伺服控制器,利用自适应算法对深度及上述相似变换矩阵的参数进行在线估计,实现了基于图像误差的定位控制,在系统的工作空间范围内,闭环系统是渐近可稳定的。该方法不需要物体的几何模型及深度的精确值,仿真结果验证了其有效性。     

基于Unity3D的水下机器人半实物仿真系统

基于Unity3D研制了一种由地面控制终端、机器人本体和三维仿真系统3部分组成的水下机器人半实物仿真系统,为水下机器人开发过程中的性能测试、控制算法分析和人员操作培训提供了仿真和测试平台。该系统采用同一地面控制终端作为三维仿真系统和机器人控制系统的统一指令输入源,以实现虚拟对象和机器人本体的同步工作,可对系统进行实时监测、调参。采用多目视觉技术对机器人位置采集,对传感器数据进行卡尔曼滤波处理。机器人运动仿真试验结果表明,机器人实际运动路径和仿真规划路径基本相同,该系统动态响应性和控制系统同步性较好。     

图像反馈机器人视觉伺服系统仿真

机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可以直接用于机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理，通过创建子系统(sub-system)使得Marlab和Simulink有机结合，基于机器人Matlab仿真工具箱(Robotics Toolbox for Matlab)实现了六自由度Motoman-SV3工业机器人图像反馈视觉伺服系统的Simulink模型。采用该模型进行了机器人跟踪三维空间螺旋运动目标的仿真实验，结果验证了该方法的有效性。     

机器鱼的运动仿真方法

采用轴变形方法模拟机器鱼的运动。根据用面元法计算的机器鱼水动力结果和垂直面内胸鳍的攻角与升力的关系,建立了机器鱼的运动模型,并采用轴变形方法模拟了机器鱼在水平面内的直航运动。根据仿真试验结果的误差可以认为,该方法实现的运动仿真与真实的鱼的运动基本一致,这对以后的工作有较大的指导意义。     

突变地形下的复合结构移动越障机器人运动学建模与仿真

移动越障机器人可以攀越突变障碍,实现野外环境下的灵活机动。和普通移动机器人在平坦表面上的运动不同,其在越障过程中具有独特的运动情况。提出了一种复合结构移动越障机器人,建立其越障状态下的逆运动学模型,对运动特性进行了解析,基于路径跟踪运动的仿真研究验证了该模型的有效性和正确性。     

调水工程变比例三维视景仿真系统构建技术

以长距离输水工程为背景,重点研究了构建三维大地形视景仿真系统的实现技术.针对视景仿真技术在水利领域应用要求的特点,提出了变地形比例的处理方法,并在VC＋＋平台下编译开发了一个虚拟现实的应用程序.实验结果表明,通过大地形的生成、变比例拉伸和调度优化,系统能够在普通PC机上流畅的实时漫游并能弥补仿真中视觉局限的不足,从而更好地为科学选线和工程决策提供依据.     

开环和开闭环结合的机器人视觉伺服

为尽量减小视觉系统采样频率低对视觉伺服动态性能的影响,提出了视觉开环的机器人视觉系统,仅进行一次视觉采样,分析了系统的鲁棒性,并在二自由度机械手上进行了仿真实验研究,0.2秒就完成了调节过程;为进一步提高系统的鲁棒性和消除稳态误差,提出了开闭环结合的视觉伺服系统,仿真结果证明了该方法的有效性。     

虚拟现实技术在港口集装箱码头装卸仿真系统中的应用

仿真是目前对港口集装箱码头装卸流程、工艺进行规划的有效手段,本文把虚拟现实技术、计算机仿真技术、机械设计技术相结合,以港口集装箱码头装卸系统为研究对象,利用虚拟现实仿真软件Multi-Gen,建立了包括岸桥、堆场集装箱龙门起重机、船舶、集装箱拖车以及集装箱等在内的三维场景,通过人机交互驱动仿真对象的动作,实现对港口集装箱装卸工艺流程的三维动态仿真,同时通过人机交互可实时调整各对象的机械和运动参数,达到装卸过程仿真可视化、参数化的目的。