基于三维感知技术的工业物体重建分割与定位研究
发布时间：2021-10-20 18:36
焊接机器人是工业中较为常用的机器人,它能够帮助人类从复杂的作业环境中解放出来,提高劳动生产率,缩短生产准备周期。在焊接生产过程中,焊接的精度受到前道工序工件加工精度,待焊接工件的摆放位置以及焊接形变等因素的影响,因此焊缝的定位是极其重要的一个环节。在焊缝的定位中,一般需要完成粗定位和精定位两次定位。焊缝粗定位是机器人进行三维感知的过程,通过感知环境确定物体的大致位置,为后续的视觉引导焊缝跟踪做好准备;焊缝的精定位则是使用图像确定焊缝的具体位置。三维重建和点云分割是焊缝粗定位中三维感知重要的技术组成,前者的精度会受到累积误差的影响,而后者常用的学习方法分割网络在点云的局部特征提取上受到不均匀采样,特征提取网络不够深等问题的影响。焊缝精定位中,目前已有的特定结构光平面视觉系统引导的焊接机器人的标定方法误差较大且存在标定时需要制作高精度的标定板。为了解决上述焊缝定位的问题,本文分别对焊缝粗定位中的三维重建、点云分割以及视觉引导精定位中机器人手眼标定进行研究,主要内容如下:1.针对稠密三维重建中累计误差带来的漂移问题,引入差异系数矫正的回环检测词袋模型进行轨迹校正,提升图像相似度计算的性能。另...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１４－２０２丨年我国工业机器人销售额及增长率⑴??
浙江大学硕士学位论文?１绪论??３０?ＣＥＰＷ?ＳＹＳＯＰＳ??ｍａｍ?｜＾?１??ＭＰＷ＾ｅｉ＞Ｍ．Ｔ??（ａ）微软?Ｋｉｎｅｃｔ?（ｂ）华硕?Ｘｔｉｏｎ?（ｃ）因特尔?Ｒｅａｌｓｅｎｓｅ??图１．３各种品牌的消费者级深度相机??离。该方法一般由结构光发生器和相机配套使用，发射的结构光在物体表面形成光散斑，??通过相机捕捉光散斑，利用三角测量法计算得到物体表面的深度信息。一般来说，根据散??斑图案分为点、线、面三种结构光图案。其中，线结构光中的多线结构光和面结构光被称??为编码结构光，编码结构光能在一次测量中识别多个点的深度，因此效率较高，应用更加??广泛。??随着三维重建数据获取技术不断完善，三维重建的方法也逐渐受到了关注。学者们在??这一领域进行了一系列的科学研究，也取得了重大的成功。１９７０年Ｈ〇ｒｅｉｎｉ提出了从阴影??恢复形状（Ｓｈａｐｅ?ｆｒｏｍ?Ｓｈａｄｉｎｇ，?ＳｆＳ）方法，根据给定的表面光度学，光源的位置和某些解??决歧义的辅助信息的知识，从单目图像中恢复平滑的无齿物体的形状。ＳｚｅｌｉｓｋｉｌＭ于１９９３??年提出了从运动恢复结构（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｒｏｍ?Ｍｏｔｉｏｎ，?ＳｆＭ）方法，该方法由一系列不同的图像??特征得到物体的三维特征离散点模型，从而进行重建。后来：９叩？￥１３］在１９９４年提出曲面??估算、栅格优化、分段光滑曲面的三阶段重建方法重建了无结构点云的光滑曲面。在三维??重建技术中，稠密的三维重建是一种比较重要的方法，它能够对整个图像或者图像中的大??部分像素进行重建，进而恢复物体本身的空间结构，为下一步的分割提供较好的物体点云??摸型。??ｚ??、幽、論八應Ｊ??
浙江大学硕士学位论文?１绪论??３０?ＣＥＰＷ?ＳＹＳＯＰＳ??ｍａｍ?｜＾?１??ＭＰＷ＾ｅｉ＞Ｍ．Ｔ??（ａ）微软?Ｋｉｎｅｃｔ?（ｂ）华硕?Ｘｔｉｏｎ?（ｃ）因特尔?Ｒｅａｌｓｅｎｓｅ??图１．３各种品牌的消费者级深度相机??离。该方法一般由结构光发生器和相机配套使用，发射的结构光在物体表面形成光散斑，??通过相机捕捉光散斑，利用三角测量法计算得到物体表面的深度信息。一般来说，根据散??斑图案分为点、线、面三种结构光图案。其中，线结构光中的多线结构光和面结构光被称??为编码结构光，编码结构光能在一次测量中识别多个点的深度，因此效率较高，应用更加??广泛。??随着三维重建数据获取技术不断完善，三维重建的方法也逐渐受到了关注。学者们在??这一领域进行了一系列的科学研究，也取得了重大的成功。１９７０年Ｈ〇ｒｅｉｎｉ提出了从阴影??恢复形状（Ｓｈａｐｅ?ｆｒｏｍ?Ｓｈａｄｉｎｇ，?ＳｆＳ）方法，根据给定的表面光度学，光源的位置和某些解??决歧义的辅助信息的知识，从单目图像中恢复平滑的无齿物体的形状。ＳｚｅｌｉｓｋｉｌＭ于１９９３??年提出了从运动恢复结构（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｒｏｍ?Ｍｏｔｉｏｎ，?ＳｆＭ）方法，该方法由一系列不同的图像??特征得到物体的三维特征离散点模型，从而进行重建。后来：９叩？￥１３］在１９９４年提出曲面??估算、栅格优化、分段光滑曲面的三阶段重建方法重建了无结构点云的光滑曲面。在三维??重建技术中，稠密的三维重建是一种比较重要的方法，它能够对整个图像或者图像中的大??部分像素进行重建，进而恢复物体本身的空间结构，为下一步的分割提供较好的物体点云??摸型。??ｚ??、幽、論八應Ｊ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于对偶四元数的机器人方位与手眼关系同时标定方法[J]. 李巍,吕乃光,董明利,娄小平. 机器人. 2018(03)
[2]基于手眼系统的线结构光焊缝跟踪系统设计[J]. 陈天元,宋光明,王富林,何杏兴,宋爱国. 仪器仪表学报. 2017(10)
[3]Design of Robot Welding Seam Tracking System with Structured Light Vision[J]. LIU Suyi1, WANG Guorong2, ZHANG Hua1, and JIA Jianping1 1 Provincial Key Lab of Robot and Weld Automation, Nanchang University, Nanchang 330031, China 2 School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2010(04)
博士论文
[1]基于深度摄像机的三维场景表面重建关键技术研究[D]. 李阳.浙江大学 2015
硕士论文
[1]面向工业应用的机器人手眼标定与物体定位[D]. 程玉立.浙江大学 2016
本文编号：3447400
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?２０１４－２０２丨年我国工业机器人销售额及增长率⑴??
浙江大学硕士学位论文?１绪论??３０?ＣＥＰＷ?ＳＹＳＯＰＳ??ｍａｍ?｜＾?１??ＭＰＷ＾ｅｉ＞Ｍ．Ｔ??（ａ）微软?Ｋｉｎｅｃｔ?（ｂ）华硕?Ｘｔｉｏｎ?（ｃ）因特尔?Ｒｅａｌｓｅｎｓｅ??图１．３各种品牌的消费者级深度相机??离。该方法一般由结构光发生器和相机配套使用，发射的结构光在物体表面形成光散斑，??通过相机捕捉光散斑，利用三角测量法计算得到物体表面的深度信息。一般来说，根据散??斑图案分为点、线、面三种结构光图案。其中，线结构光中的多线结构光和面结构光被称??为编码结构光，编码结构光能在一次测量中识别多个点的深度，因此效率较高，应用更加??广泛。??随着三维重建数据获取技术不断完善，三维重建的方法也逐渐受到了关注。学者们在??这一领域进行了一系列的科学研究，也取得了重大的成功。１９７０年Ｈ〇ｒｅｉｎｉ提出了从阴影??恢复形状（Ｓｈａｐｅ?ｆｒｏｍ?Ｓｈａｄｉｎｇ，?ＳｆＳ）方法，根据给定的表面光度学，光源的位置和某些解??决歧义的辅助信息的知识，从单目图像中恢复平滑的无齿物体的形状。ＳｚｅｌｉｓｋｉｌＭ于１９９３??年提出了从运动恢复结构（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｒｏｍ?Ｍｏｔｉｏｎ，?ＳｆＭ）方法，该方法由一系列不同的图像??特征得到物体的三维特征离散点模型，从而进行重建。后来：９叩？￥１３］在１９９４年提出曲面??估算、栅格优化、分段光滑曲面的三阶段重建方法重建了无结构点云的光滑曲面。在三维??重建技术中，稠密的三维重建是一种比较重要的方法，它能够对整个图像或者图像中的大??部分像素进行重建，进而恢复物体本身的空间结构，为下一步的分割提供较好的物体点云??摸型。??ｚ??、幽、論八應Ｊ??
浙江大学硕士学位论文?１绪论??３０?ＣＥＰＷ?ＳＹＳＯＰＳ??ｍａｍ?｜＾?１??ＭＰＷ＾ｅｉ＞Ｍ．Ｔ??（ａ）微软?Ｋｉｎｅｃｔ?（ｂ）华硕?Ｘｔｉｏｎ?（ｃ）因特尔?Ｒｅａｌｓｅｎｓｅ??图１．３各种品牌的消费者级深度相机??离。该方法一般由结构光发生器和相机配套使用，发射的结构光在物体表面形成光散斑，??通过相机捕捉光散斑，利用三角测量法计算得到物体表面的深度信息。一般来说，根据散??斑图案分为点、线、面三种结构光图案。其中，线结构光中的多线结构光和面结构光被称??为编码结构光，编码结构光能在一次测量中识别多个点的深度，因此效率较高，应用更加??广泛。??随着三维重建数据获取技术不断完善，三维重建的方法也逐渐受到了关注。学者们在??这一领域进行了一系列的科学研究，也取得了重大的成功。１９７０年Ｈ〇ｒｅｉｎｉ提出了从阴影??恢复形状（Ｓｈａｐｅ?ｆｒｏｍ?Ｓｈａｄｉｎｇ，?ＳｆＳ）方法，根据给定的表面光度学，光源的位置和某些解??决歧义的辅助信息的知识，从单目图像中恢复平滑的无齿物体的形状。ＳｚｅｌｉｓｋｉｌＭ于１９９３??年提出了从运动恢复结构（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｒｏｍ?Ｍｏｔｉｏｎ，?ＳｆＭ）方法，该方法由一系列不同的图像??特征得到物体的三维特征离散点模型，从而进行重建。后来：９叩？￥１３］在１９９４年提出曲面??估算、栅格优化、分段光滑曲面的三阶段重建方法重建了无结构点云的光滑曲面。在三维??重建技术中，稠密的三维重建是一种比较重要的方法，它能够对整个图像或者图像中的大??部分像素进行重建，进而恢复物体本身的空间结构，为下一步的分割提供较好的物体点云??摸型。??ｚ??、幽、論八應Ｊ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于对偶四元数的机器人方位与手眼关系同时标定方法[J]. 李巍,吕乃光,董明利,娄小平. 机器人. 2018(03)
[2]基于手眼系统的线结构光焊缝跟踪系统设计[J]. 陈天元,宋光明,王富林,何杏兴,宋爱国. 仪器仪表学报. 2017(10)
[3]Design of Robot Welding Seam Tracking System with Structured Light Vision[J]. LIU Suyi1, WANG Guorong2, ZHANG Hua1, and JIA Jianping1 1 Provincial Key Lab of Robot and Weld Automation, Nanchang University, Nanchang 330031, China 2 School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2010(04)
博士论文
[1]基于深度摄像机的三维场景表面重建关键技术研究[D]. 李阳.浙江大学 2015
硕士论文
[1]面向工业应用的机器人手眼标定与物体定位[D]. 程玉立.浙江大学 2016
本文编号：3447400
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