並聯機器人視覺技術及應用

《並聯機器人視覺技術及應用》匯聚了作者孔令富近年來在智能並聯機器人領域關於視覺技術的前沿研究成果，可作為自動化、機械工程、計算機等學科高年級本科生、研究生的選修教材，也可作為高等院校相關專業的教師、研究工作者及工程技術人員的參考書。《並聯機器人視覺技術及應用》是孔令富教授領導的課題組近年來在並聯機器人視覺技術領域的最新研究成果。

《並聯機器人視覺技術及應用》詳細討論了適合於並聯機器人的新型視覺裝置及其在應用過程中涉及的相關理論和技術問題。主要內容涉及並聯機器人雙目主動視覺監測平台裝置的機械設計、電氣控制設計、運動學模型、標定體系、正視觀測模式與視覺跟蹤及有關軟件系統等。在此基礎上，以並聯機器人完成漢字雕刻為背景，給出了視覺並聯雕刻機器人在刀具定位、刀具位姿與運動參數分析、刀具檢測等方面的具體應用。書中還結合結構光和並聯機器人技術介紹了並聯機器人結構光視覺系統的設計方案、數據獲取、多視點點雲數據自動配準方法及在三維重構領域的應用。

第1章 緒論

1.1 並聯機器人

1.1.1 並聯機器人的特點

1.1.2 並聯機器人的歷史及應用

1.2 機器視覺

1.2.1 主動視覺

1.2.2 主動視覺機構構型

1.3 並聯機器人視覺技術

1.3.1 並聯機器人的視覺需求

1.3.2 幾種典型的並聯機器人視覺系統

1.3.3 並聯機器人雙目主動視覺監測平台

1.3.4 並聯機器人結構光視覺系統

1.4 本書主要內容

第2章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台樣機設計與分析

2.1 樣機總體設計方案

2.2 樣機分析與設計

2.2.1 幾何模型創建

2.2.2 定義約束和運動

2.2.3 虛擬樣機仿真分析

2.2.4 樣機有限元分析

2.3 樣機加工裝配

第3章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台樣機控制系統設計

3.1 樣機控制方案設計及主要設備選型

3.1.1 控制方案設計

3.1.2 主要設備選型

3.2 樣機伺服運動控制系統的研究

3.2.1 電動機控制系統的設計

3.2.2 FPGA+DSP的電動機運動控制卡

3.2.3 交流伺服電動機運動控制

3.2.4 步進電動機運動控制

3.3 樣機電氣控制系統的組成

第4章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台運動學模型

4.1 並聯機器人雙目主動視覺監測平台樣機

4.2 視覺平台的機構模型

4.3 視覺平台的位置正反解模型

4.4 視覺平台的速度正反解模型

4.5 視覺平台的加速度正反解模型

第5章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台標定體系

5.1 並聯機器人雙目主動視覺監測平台立體標靶塊的設計

5.1.1 立體標靶塊的佈局設計

5.1.2 梯形靶面的標誌點設計

5.2 監測平台視覺模型的建立

5.2.1 攝像機模型及標定

5.2.2 攝像機的動態標定

5.2.3 標定實驗

5.3並聯機器人雙目主動視覺監測平台結構參數和脈衝控制當量的測定

5.3.1 結構參數r及雲台俯仰電動機脈衝控制當量Ep的測定

5.3.2 結構參數p及雲台平轉電動機脈衝控制當量Ef的測定

5.3.3 絲槓電動機脈衝控制當量E1的測定

5.3.4 結構參數尺及圓軌小車電動機脈衝控制當量Ec的測定

5.3.5 結構參數和脈衝控制當量的測定結果

5.4樣機機械加工精度測試

5.4.1 圓軌平面度、圓度及與水平面的平行度測試

5.4.2 絲槓直線度及與圓軌平面的垂直度測試

5.4.3 圓軌小車電動機控制精度測試

5.4.4 絲槓電動機控制精度測試

5.4.5 雲台俯仰、平轉電動機控制精度測試

第6章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台正視觀測模式與視覺跟蹤

6.1 並聯機器人雙目主動視覺平台光軸可達域的確定

6.2 並聯機器人雙目主動視覺平台觀測模式的定義

6.3 攝像機觀測注意點的轉移

6.3.1 攝像機觀測注意點轉移的假定

6.3.2 攝像機觀測注意點轉移策略

6.4 雙目正視模式的調整策略

6.5 雙目正視模式下的視覺跟蹤

6.6 實驗測試及結果

6.6.1 凝視和正視調整測試

6.6.2 正視模式下的視覺跟蹤測試

第7章 並聯機器人雙目主動視覺監測平台系統軟件設計

7.1 視覺平台系統軟件總體設計

7.2 控制系統軟件設計

7.2.1 伺服電動機運動模塊

7.2.2 數字雲台控制模塊

7.2.3 攝像機控制模塊

7.3視覺服務系統軟件設計

7.3.1 攝像機標定模塊

7.3.2 系統參數測定模塊

7.3.3 運動分析模塊

7.4視覺系統和控制系統的數據交換

第8章 並聯機器人視覺監測與視覺導航應用研究

8.1 視覺並聯機器人漢字雕刻系統的總體設計

8.1.1 工作原理

8.1.2 主要功能

8.1.3 系統硬件組成

8.1.4 雕刻系統軟件功能

8.2 基於視覺注意機制的視覺並聯雕刻機器人刀具檢測

8.2.1 SEC0模型

8.2.2 目標圖像的分割

8.2.3 目標輪廓的感知

8.2.4 實驗結果及分析

8.3 視覺並聯機器人刀具位姿及運動參數分析

8.3.1 圓台標靶設計及其視覺信息計算

8.3.2 圓台標靶特徵點的提取與座標計算

8.3.3 目標刀具位姿的計算

8.3.4 基於擴展卡爾曼濾波的目標刀具運動分析

8.3.5 實驗結果

8.4 視覺並聯雕刻機器人刀具導向期望加工位置研究

8.4.1 並聯雕刻機器人刀具的視覺座標與世界座標

8.4.2 並聯雕刻機器人刀具導向理想工作點的方法研究

第9章 並聯機器人結構光視覺系統總體設計

9.1 系統研究背景和意義

9.2 系統工作原理

9.2.1 光學三角測量法原理

9.2.2 結構光的分類及選擇

9.2.3 編碼結構光三維視覺原理

9.3 系統結構與建模

9.3.1 系統結構

9.3.2 系統模型

第10章 並聯機器人結構光視覺系統標定及數據獲取

10.1 種棋盤格圖像內外角點檢測算法

10.1.1 角點初定位

10.1.2 內部角點檢測

10.1.3 外圍角點檢測

10.1.4 亞像素級角點定位

10.1.5 算法實現

10.1.6 實驗及分析

10.2 視覺系統中基於並聯機構的攝像機線性標定方法

10.2.1 階徑向畸變攝像機模型

10.2.2 藉助並聯機構構造虛擬三維標靶

10.2.3 攝像機參數標定

10.2.4 仿真實驗

10.2.5 真實實驗

10.3 視覺系統中基於並聯機構的結構光標定方法

10.3.1 基於De Bmijn序列的結構光校驗編碼方案

10.3.2 結構光編碼的識別

10.3.3 基於並聯機構動平台位姿信息的視點三維座標計算

10.3.4 結構光平面方程求解

10.4 視覺目標數據獲取

第11章 並聯機器人結構光視覺系統點雲配準及三維重構

11.1 基於並聯機構的結構光視覺系統多視點點雲數據自動配準研究

11.1.1 視覺目標運動模式時的多視點點雲自動配準

11.1.2 攝像機運動模式時的多視點點雲自動配準

11.1.3 點雲配準分析

11.2 三維重構及現狀分析

11.3 並聯機器人結構光視覺系統三維重構應用實例

參考文獻

孔令富，男，1957年1月出生，吉林省公主嶺市人，哈爾濱工業大學博士，燕山大學信息科學與工程學院計算機科學與技術學科教授、博士生導師。燕山大學副校長，國務院特殊津貼專家。中國共產黨黨員。作為項目負責人分別承擔了國家863項目兩項，國家科技重大專項兩項，國家自然科學基金兩項，其它省級以上項目十餘項。獲得河北省科技進步獎二等獎以上兩次，在計算機學報、電子學報、光學學報、儀器儀表學報、高技術通訊、機器人等國際國內學術刊物和重要國際學術會議上發表論文150餘篇，90多篇論文被E1檢索。研究方向有：機器視覺、家庭服務機器人、智能信息處理、計算機智能控制、數據庫技術應用與信息系統集成、網格技術與並行/分佈式計算系統