基于多2D视觉的3C部件高精度三维位姿估计研究
发布时间：2021-11-13 12:54
3C产品的自动化装配中存在大量涉及六自由度调整的动作。传统2D视觉拍摄精度高、处理速度快,但侧重于平面位姿的估计,对三维位姿估计的研究并不充分;通过3D视觉传感器获取点云数据进行位姿估计的方法耗时极长,难以满足工业需求。因此,本文针对3C部件模型,借助传统2D视觉高精度与小计算量的优点,考虑通过多2D相机系统实现可行的高精度三维位姿估计。本文采用三个工业2D相机按正交方式布局构建多相机系统,分别拍摄获取3C部件不同特征的图像进行位姿估计,将整体部件高精度位姿估计问题转化为分析获取单个相机优势估计参数值并进行融合的问题。本文框架中,通过对常见位姿估计算法的仿真分析,验证迭代式Pn P算法可在时间与精度方面较好满足课题需求;建立单2D相机位姿估计的误差分析模型,估算误差来源并探究其对精度的影响程度,得出在单2D相机位姿估计中存在优势估计参数项与劣势估计参数项的结论;此后结合3C部件尺寸特征,论证在3C装配产线实现多相机融合位姿估计的可行性,又对所需的人工标志点选择进行讨论以及对整体特征的布局进行设计;针对2D相机进行位姿估计所依赖的图像提取精度问题,对选择的同心圆标志点提出ELSDc粗检测...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工生产线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义随着自动化技术的发展与工业制造的升级，用机器人去协助或代替人类完成任务是未来的趋势[1]，如图1-1、图1-2、图1-3所示。在3C（Computer,CommunicationandConsumerElectronics）行业，5G通信、人工智能等热点技术层出不穷，人们对于3C产品的换新需求不断增长，迫使3C产线与产品必须不断进行快速迭代升级；而另一方面，劳动力成本占据3C制造总成本的相当比例，这促使3C制造业需要进行从人工流水线到自动化产线的升级。综合市场需求和产线现状来看，在3C制造业实现自动化生产是快速迭代、减少成本、提高产能与品质的必然趋势[2]。从3C制造工序特点来说，装配动作包含在整体产品制造的近70%环节中，是最需要实现自动化的部分，但由于其存在高精度、高速度、高柔性的特点与要求，目前多由人工完成，劳动力成本占到总体生产成本的近半[3]。因此，在装配仍就属于劳动密集型生产活动现状下，装配自动化的实现，将有助于改进生产效率，有效降低成本。图1-1人工生产线图1-2人机协作生产线图1-3自动化生产线装配不同于传统的分拣、码放与包装等工作，其中存在大量动作涉及零部件在三维空间中位置与姿态共计六自由度的调整。因此在装配过程中，需要有高精度高效率的辅助系统提供零部件三维位姿信息，指导机器人完成动作实现装配的自动化[4]。构建辅助系统获取信息，计算环境中特定物体在三维坐标系下的位置和姿态共计六个自由度信息的这一过程，叫做三维位姿估计。对3C工业生产中的部件，在视觉传感器系统的辅助下，对其进行三维位姿估计，如图1-4所示，本文的目标试求R及T，即物体模型坐标系到相机坐标系的变换矩阵，图中的相机坐标系即为视觉传感器坐标系。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义随着自动化技术的发展与工业制造的升级，用机器人去协助或代替人类完成任务是未来的趋势[1]，如图1-1、图1-2、图1-3所示。在3C（Computer,CommunicationandConsumerElectronics）行业，5G通信、人工智能等热点技术层出不穷，人们对于3C产品的换新需求不断增长，迫使3C产线与产品必须不断进行快速迭代升级；而另一方面，劳动力成本占据3C制造总成本的相当比例，这促使3C制造业需要进行从人工流水线到自动化产线的升级。综合市场需求和产线现状来看，在3C制造业实现自动化生产是快速迭代、减少成本、提高产能与品质的必然趋势[2]。从3C制造工序特点来说，装配动作包含在整体产品制造的近70%环节中，是最需要实现自动化的部分，但由于其存在高精度、高速度、高柔性的特点与要求，目前多由人工完成，劳动力成本占到总体生产成本的近半[3]。因此，在装配仍就属于劳动密集型生产活动现状下，装配自动化的实现，将有助于改进生产效率，有效降低成本。图1-1人工生产线图1-2人机协作生产线图1-3自动化生产线装配不同于传统的分拣、码放与包装等工作，其中存在大量动作涉及零部件在三维空间中位置与姿态共计六自由度的调整。因此在装配过程中，需要有高精度高效率的辅助系统提供零部件三维位姿信息，指导机器人完成动作实现装配的自动化[4]。构建辅助系统获取信息，计算环境中特定物体在三维坐标系下的位置和姿态共计六个自由度信息的这一过程，叫做三维位姿估计。对3C工业生产中的部件，在视觉传感器系统的辅助下，对其进行三维位姿估计，如图1-4所示，本文的目标试求R及T，即物体模型坐标系到相机坐标系的变换矩阵，图中的相机坐标系即为视觉传感器坐标系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AR辅助装配中基体及零件位姿组合估计方法[J]. 刘然,范秀敏,尹旭悦,王冀凯,杨旭. 机械设计与研究. 2018(06)
[2]摄像机标定方法的比较分析[J]. 胡松,王道累. 上海电力学院学报. 2018(04)
[3]P4P法相机姿态标定精度分析[J]. 朱帆,于芳苏,吴易明,郝冲. 光学学报. 2018(11)
[4]面向视觉测量的相机标定误差分析[J]. 凡芳,王振伟,刘双印,胥任杰. 实验科学与技术. 2016(06)
[5]平板类微小型零件的移动位姿调整[J]. 朱欢欢,郝永平,刘扬,郭鹏跃. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[6]基于Harris角点的矩形检测[J]. 张从鹏,魏学光. 光学精密工程. 2014(08)
[7]单目视觉测量系统不确定度的分析[J]. 刘长英,高印寒,车仁生. 机械工程学报. 2008(07)
[8]基于SUSAN和Hough变换的直线边缘亚像素定位方法[J]. 石晶欣,朱小锋,孙明磊,毕树生. 光电工程. 2008(06)
博士论文
[1]复杂场景下合作靶标的准确快速识别与定位[D]. 温卓漫.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于目标特征的单目视觉位置姿态测量技术研究[D]. 赵连军.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]基于单目视觉的三维刚体目标测量技术研究[D]. 冷大炜.清华大学 2011
硕士论文
[1]供件机器人单目视觉抓取技术应用研究[D]. 杨平.西南科技大学 2018
[2]空间合作目标单目视觉位姿测量技术研究[D]. 吕耀宇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]面向工业机器人喷涂的工件识别与位姿估计研究[D]. 方贤根.哈尔滨工业大学 2018
[4]刚体位姿参数单目视觉测量系统研究[D]. 王伟兴.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于立体视觉的运动刚体位姿测量方法研究[D]. 杨卫.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3493056
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工生产线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义随着自动化技术的发展与工业制造的升级，用机器人去协助或代替人类完成任务是未来的趋势[1]，如图1-1、图1-2、图1-3所示。在3C（Computer,CommunicationandConsumerElectronics）行业，5G通信、人工智能等热点技术层出不穷，人们对于3C产品的换新需求不断增长，迫使3C产线与产品必须不断进行快速迭代升级；而另一方面，劳动力成本占据3C制造总成本的相当比例，这促使3C制造业需要进行从人工流水线到自动化产线的升级。综合市场需求和产线现状来看，在3C制造业实现自动化生产是快速迭代、减少成本、提高产能与品质的必然趋势[2]。从3C制造工序特点来说，装配动作包含在整体产品制造的近70%环节中，是最需要实现自动化的部分，但由于其存在高精度、高速度、高柔性的特点与要求，目前多由人工完成，劳动力成本占到总体生产成本的近半[3]。因此，在装配仍就属于劳动密集型生产活动现状下，装配自动化的实现，将有助于改进生产效率，有效降低成本。图1-1人工生产线图1-2人机协作生产线图1-3自动化生产线装配不同于传统的分拣、码放与包装等工作，其中存在大量动作涉及零部件在三维空间中位置与姿态共计六自由度的调整。因此在装配过程中，需要有高精度高效率的辅助系统提供零部件三维位姿信息，指导机器人完成动作实现装配的自动化[4]。构建辅助系统获取信息，计算环境中特定物体在三维坐标系下的位置和姿态共计六个自由度信息的这一过程，叫做三维位姿估计。对3C工业生产中的部件，在视觉传感器系统的辅助下，对其进行三维位姿估计，如图1-4所示，本文的目标试求R及T，即物体模型坐标系到相机坐标系的变换矩阵，图中的相机坐标系即为视觉传感器坐标系。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义随着自动化技术的发展与工业制造的升级，用机器人去协助或代替人类完成任务是未来的趋势[1]，如图1-1、图1-2、图1-3所示。在3C（Computer,CommunicationandConsumerElectronics）行业，5G通信、人工智能等热点技术层出不穷，人们对于3C产品的换新需求不断增长，迫使3C产线与产品必须不断进行快速迭代升级；而另一方面，劳动力成本占据3C制造总成本的相当比例，这促使3C制造业需要进行从人工流水线到自动化产线的升级。综合市场需求和产线现状来看，在3C制造业实现自动化生产是快速迭代、减少成本、提高产能与品质的必然趋势[2]。从3C制造工序特点来说，装配动作包含在整体产品制造的近70%环节中，是最需要实现自动化的部分，但由于其存在高精度、高速度、高柔性的特点与要求，目前多由人工完成，劳动力成本占到总体生产成本的近半[3]。因此，在装配仍就属于劳动密集型生产活动现状下，装配自动化的实现，将有助于改进生产效率，有效降低成本。图1-1人工生产线图1-2人机协作生产线图1-3自动化生产线装配不同于传统的分拣、码放与包装等工作，其中存在大量动作涉及零部件在三维空间中位置与姿态共计六自由度的调整。因此在装配过程中，需要有高精度高效率的辅助系统提供零部件三维位姿信息，指导机器人完成动作实现装配的自动化[4]。构建辅助系统获取信息，计算环境中特定物体在三维坐标系下的位置和姿态共计六个自由度信息的这一过程，叫做三维位姿估计。对3C工业生产中的部件，在视觉传感器系统的辅助下，对其进行三维位姿估计，如图1-4所示，本文的目标试求R及T，即物体模型坐标系到相机坐标系的变换矩阵，图中的相机坐标系即为视觉传感器坐标系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AR辅助装配中基体及零件位姿组合估计方法[J]. 刘然,范秀敏,尹旭悦,王冀凯,杨旭. 机械设计与研究. 2018(06)
[2]摄像机标定方法的比较分析[J]. 胡松,王道累. 上海电力学院学报. 2018(04)
[3]P4P法相机姿态标定精度分析[J]. 朱帆,于芳苏,吴易明,郝冲. 光学学报. 2018(11)
[4]面向视觉测量的相机标定误差分析[J]. 凡芳,王振伟,刘双印,胥任杰. 实验科学与技术. 2016(06)
[5]平板类微小型零件的移动位姿调整[J]. 朱欢欢,郝永平,刘扬,郭鹏跃. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[6]基于Harris角点的矩形检测[J]. 张从鹏,魏学光. 光学精密工程. 2014(08)
[7]单目视觉测量系统不确定度的分析[J]. 刘长英,高印寒,车仁生. 机械工程学报. 2008(07)
[8]基于SUSAN和Hough变换的直线边缘亚像素定位方法[J]. 石晶欣,朱小锋,孙明磊,毕树生. 光电工程. 2008(06)
博士论文
[1]复杂场景下合作靶标的准确快速识别与定位[D]. 温卓漫.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]基于目标特征的单目视觉位置姿态测量技术研究[D]. 赵连军.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2014
[3]基于单目视觉的三维刚体目标测量技术研究[D]. 冷大炜.清华大学 2011
硕士论文
[1]供件机器人单目视觉抓取技术应用研究[D]. 杨平.西南科技大学 2018
[2]空间合作目标单目视觉位姿测量技术研究[D]. 吕耀宇.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2018
[3]面向工业机器人喷涂的工件识别与位姿估计研究[D]. 方贤根.哈尔滨工业大学 2018
[4]刚体位姿参数单目视觉测量系统研究[D]. 王伟兴.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于立体视觉的运动刚体位姿测量方法研究[D]. 杨卫.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3493056
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3493056.html
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