并联机器人双目主动视觉平台刀具定位及位姿检测研究

摘要

为了解决并联机器人工作状态的主动认知问题，引入了立体视觉技术，构建了一种基于圆形导轨的双目主动视觉监测平台，以期实时获取并联机器人加工刀具的状态信息，对提高并联机器人运动准确性，推动并联机器人实用化，具有重要的理论意义和技术价值。本文对并联机器人双目主动视觉监测平台中控制系统，刀具视觉定位及其位姿检测进行了分析和研究。
　　首先，从计算机视觉的基本理论开始，对双目主动视觉监测平台上摄像机模型进行分析，阐述了图像坐标、摄像机坐标、世界坐标之间的转换关系；研究了极线约束原理以及点、线、曲线的三维重建原理。
　　其次，对双目主动视觉监测平台电气控制原理进行了分析，对平台上伺服电机运动模块、数字云台控制模块和摄像机控制模块及它们之间的协作进行研究，实现了视觉服务系统与电气控制系统之间的交互，是刀具视觉定位时摄像机姿态调整的控制基础。
　　再次，为了得到质量较好的刀具图像，给出了刀具的视觉定位方法，以调整摄像机姿态，使刀具形心位于其光轴。根据图像中的刀具的特征，在图像中搜寻刀具的形心位置，在此基础上，得到摄像机摆角和俯仰角的调整角度，选取调整后刀具所在的区域作为位姿检测的原图像。
　　最后，在得到刀具图像子区域的基础上，研究了加工刀具的位姿检测方法。提取刀具角点作为特征点，特征点所在极线两侧的区域为特征区域，根据对极几何的立体成像关系，对特征区域进行方向校正，通过相似性求取同名点，并对其三维重建。实验结果表明，此方法可提高图像匹配精度和速度，能够精确地对加工刀具位姿进行检测。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 机器视觉的国内外研究现状

1.3 并联机器人刀具定位及检测的意义

1.4 本课题研究的内容

1.5 本文组织结构

第2章 双目主动视觉监测平台下的视觉原理

2.1 引言

2.2 摄像机模型

2.3 极线几何及其基础矩阵

2.4 三维重建

2.5 本章小结

第3章 双目主动视觉监测平台控制系统研究

3.1 引言

3.2 双目主动视觉监测平台样机介绍

3.3 双目主动视觉监测平台控制方案

3.4 平台控制系统的软件实现

3.5 本章小结

第4章 双目主动视觉监测平台中刀具视觉定位研究

4.1 引言

4.2 刀具图像形心位置检测

4.3刀具视觉定位方法

4.4 实验结果分析

4.5 本章小结

第5章 基于双目主动视觉监测平台的刀具位姿检测方法研究

5.1 引言

5.2 刀具位姿描述

5.3 双目主动视觉监测平台及其平台坐标的描述

5.4 刀具图像的特征点提取

5.5 基于极线方向校正的特征点匹配

5.6 位姿检测

5.7 实验结果及分析

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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