基于立体视觉与激光测距的管路焊缝及姿态识别
发布时间：2021-01-06 17:07
随着新一代的卫星平台对推进系统管路的生产周期、焊接质量有了更高的要求,对焊接设备的自动化程度的要求不断提高,在传统的卫星推进系统中,很多管路焊接工作基本由工人来进行手动的焊接,这就无法保证质量和生产时间,并且在可靠性方面也很难满足要求,精度依赖于操作者的经验。为解决上述问题,需要研制能够自动定位焊缝、自动点固和自动完成钨极对中的基于双目立体视觉的自动焊接作业平台,进而实现卫星推进系统中大量焊缝的由视觉机器人进行操作的自动焊接。本文在这一实际项目的背景下,最终完成了基于双目立体视觉和激光测距的焊缝位置坐标识别算法的设计,本项目的研究对于提高焊接工作的生产效率和缩短工作周期有重要的意义。本文对双目立体视觉、焊接机器人的国内外现状进行了分析,根据系统的总体设计指标和设计原则对相关硬件进行了硬件选型和安装等工作,在这个基础上搭建了视觉系统的模拟环境。了解了相机成像坐标系之间的转换关系和成像模型的建立,也了解了双目立体视觉系统的成像模型。最后研究了单目相机标定、双目相机标定和校正、机械臂手眼标定这三种标定及双目校正的算法原理,并完成了系统的所有标定和校正工作。在图像预处理的基础上研究并设计了确定...
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统组成示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-浙江大学在多自由度机械臂上采用双目测量技术来实现精确定位和检测[28]，可以得到左右图像中必要点的三维坐标，这样的装置处理图像速度很快，精度更高。相比于一般情况的系统，由于被测目标物体的动与静对测量均无影响，所以该装置更适合动态测量。东南大学提出了一种基于双目立体视觉为原理的新测量方法，该方法可以针对三维空间中的不是规则的物体实现非接触的精密测量[29]。中国航天科技集团公司研发出如图1-2所示的“玉兔号”月球车。月球车装有两套双目立体视觉系统来对路径进行规划，并且可以辨别障碍，对于直径大于2m的坑可以安全避让[30]。图1-2玉兔号月球车到现在为止，中国在安全防护、医疗及金融安全等相关领域有几百家与机器视觉相关的企业。虽然我国对于双目立体视觉的研究早已大力开展了许多工作，但是双目立体视觉技术的研究方向依然很宽阔，我们仍需要努力将双目立体视觉应用到各个领域。1.3图像特征提取与立体匹配算法研究现状双目立体视觉系统中最关键的就是立体匹配，目前如何提高匹配精度、匹配效率、增强鲁棒性成为立体匹配研究的重难点。国外在立体匹配上的研究比国内较早，Roy[31]首次通过实验验证将图像分割算法应用在立体匹配上可以很好的解决由全局优化带来的算法问题（比如水平线误差），但是这样得到的视差图像轮廓模糊，而且区分度较低。2001年，Szelisk等[32]把立体匹配技术划分为四个子问题：计算立体匹配的成本、匹配代价的聚合、视差计算和优化，并且还建立了Middlebury数据测评平台[33，34]，同时为了评估立体匹配算法还设定了一套标准。Geiger提出了强约束点（丰富的纹理或特征信息）作为支撑点来解决了高分辨率图像立体匹配时间太长的问题[35]。支撑点与OpenMP技
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-（7）能够根据Pro/E三维图及双目立体视觉进行规划运动轨迹。（8）具有人机交互界面，控制界面为中文，操作简便.（9）电源：380V±10%，50±1Hz，三相交流；图2-1不同尺寸的导管对比图2.1.2总体设计方案本文为KUKAKR30-3型机械臂搭配了双目相机、自动焊钳、激光测距传感器等仪器，并以此为基础，利用C++和OpenCv开发设计了视觉机器人系统来完成所需的功能，并对整个系统进行整合和调试。在工作过程中，双目立体视觉控制与监测系统是整个系统的核心，负责向主控系统提供所需的位置信息，从而保证焊接的准确可靠。机械臂控制系统通过TCP/IP和主控制系统通信，并接收视觉系统所传输的各种信息，包括点位信息、复位信息以及焊缝的坐标信息等，从而完成机械臂末端工具焊钳夹持钛合金导管的焊缝的所有动作。系统总体设计如图2-2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目立体视觉系统的技术分析与应用[J]. 吴琼,刘宝龙,王科,王江,卢浩. 中国新通信. 2020(01)
[2]北斗正式提供全球服务[J]. 电世界. 2019(03)
[3]基于双目视觉的三维测量技术研究[J]. 周科杰,冯常. 计算机测量与控制. 2019(01)
[4]柔性制造系统在中小企业中的应用和未来的发展[J]. 倪珉. 机械管理开发. 2018(08)
[5]基于颜色空间变量的输电线图像分类及特征提取[J]. 周封,任贵新. 电力系统保护与控制. 2018(05)
[6]KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真[J]. 李光亮,陈君若. 自动化仪表. 2018(01)
[7]焊接机器人技术现状与发展趋势分析[J]. 傅元吉. 中国战略新兴产业. 2017(20)
[8]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[9]焊接机器人应用的优势与劣势研究[J]. 刘溪. 农业科技与装备. 2015(12)
[10]浅谈焊接机器人现状及发展趋势[J]. 张文明,王新宇. 山东工业技术. 2016(04)
硕士论文
[1]基于双目立体视觉的电力仪表定位与抓取系统研究[D]. 刘海龙.哈尔滨工业大学 2018
[2]电力仪表检定流水线控制系统的设计与实现[D]. 孙承景.哈尔滨工业大学 2018
[3]双目立体视觉测距技术研究[D]. 杨洁.西安理工大学 2017
[4]基于双目视觉的机器人目标定位技术研究[D]. 闫磊.广东工业大学 2017
[5]基于双目视觉的移动机器人室内三维地图构建方法研究[D]. 周智.哈尔滨工业大学 2017
[6]摄像机标定及立体匹配技术研究[D]. 郑楷鹏.南京理工大学 2017
[7]面向固定平台的多特征目标检测与跟踪技术研究[D]. 贵军涛.哈尔滨工程大学 2017
[8]基于双目视觉的机器人定位技术研究[D]. 何佳唯.江南大学 2016
[9]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
[10]基于双目立体视觉的工业机器人目标识别及定位研究[D]. 聂春鹏.长安大学 2015
本文编号：2960939
【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】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
系统组成示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-6-浙江大学在多自由度机械臂上采用双目测量技术来实现精确定位和检测[28]，可以得到左右图像中必要点的三维坐标，这样的装置处理图像速度很快，精度更高。相比于一般情况的系统，由于被测目标物体的动与静对测量均无影响，所以该装置更适合动态测量。东南大学提出了一种基于双目立体视觉为原理的新测量方法，该方法可以针对三维空间中的不是规则的物体实现非接触的精密测量[29]。中国航天科技集团公司研发出如图1-2所示的“玉兔号”月球车。月球车装有两套双目立体视觉系统来对路径进行规划，并且可以辨别障碍，对于直径大于2m的坑可以安全避让[30]。图1-2玉兔号月球车到现在为止，中国在安全防护、医疗及金融安全等相关领域有几百家与机器视觉相关的企业。虽然我国对于双目立体视觉的研究早已大力开展了许多工作，但是双目立体视觉技术的研究方向依然很宽阔，我们仍需要努力将双目立体视觉应用到各个领域。1.3图像特征提取与立体匹配算法研究现状双目立体视觉系统中最关键的就是立体匹配，目前如何提高匹配精度、匹配效率、增强鲁棒性成为立体匹配研究的重难点。国外在立体匹配上的研究比国内较早，Roy[31]首次通过实验验证将图像分割算法应用在立体匹配上可以很好的解决由全局优化带来的算法问题（比如水平线误差），但是这样得到的视差图像轮廓模糊，而且区分度较低。2001年，Szelisk等[32]把立体匹配技术划分为四个子问题：计算立体匹配的成本、匹配代价的聚合、视差计算和优化，并且还建立了Middlebury数据测评平台[33，34]，同时为了评估立体匹配算法还设定了一套标准。Geiger提出了强约束点（丰富的纹理或特征信息）作为支撑点来解决了高分辨率图像立体匹配时间太长的问题[35]。支撑点与OpenMP技
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-11-（7）能够根据Pro/E三维图及双目立体视觉进行规划运动轨迹。（8）具有人机交互界面，控制界面为中文，操作简便.（9）电源：380V±10%，50±1Hz，三相交流；图2-1不同尺寸的导管对比图2.1.2总体设计方案本文为KUKAKR30-3型机械臂搭配了双目相机、自动焊钳、激光测距传感器等仪器，并以此为基础，利用C++和OpenCv开发设计了视觉机器人系统来完成所需的功能，并对整个系统进行整合和调试。在工作过程中，双目立体视觉控制与监测系统是整个系统的核心，负责向主控系统提供所需的位置信息，从而保证焊接的准确可靠。机械臂控制系统通过TCP/IP和主控制系统通信，并接收视觉系统所传输的各种信息，包括点位信息、复位信息以及焊缝的坐标信息等，从而完成机械臂末端工具焊钳夹持钛合金导管的焊缝的所有动作。系统总体设计如图2-2所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双目立体视觉系统的技术分析与应用[J]. 吴琼,刘宝龙,王科,王江,卢浩. 中国新通信. 2020(01)
[2]北斗正式提供全球服务[J]. 电世界. 2019(03)
[3]基于双目视觉的三维测量技术研究[J]. 周科杰,冯常. 计算机测量与控制. 2019(01)
[4]柔性制造系统在中小企业中的应用和未来的发展[J]. 倪珉. 机械管理开发. 2018(08)
[5]基于颜色空间变量的输电线图像分类及特征提取[J]. 周封,任贵新. 电力系统保护与控制. 2018(05)
[6]KUKA KR6机器人的运动学分析与仿真[J]. 李光亮,陈君若. 自动化仪表. 2018(01)
[7]焊接机器人技术现状与发展趋势分析[J]. 傅元吉. 中国战略新兴产业. 2017(20)
[8]我国焊接机器人应用现状与技术发展趋势[J]. 霍厚志,张号,杜启恒,黄胜利,仇一晨. 焊管. 2017(02)
[9]焊接机器人应用的优势与劣势研究[J]. 刘溪. 农业科技与装备. 2015(12)
[10]浅谈焊接机器人现状及发展趋势[J]. 张文明,王新宇. 山东工业技术. 2016(04)
硕士论文
[1]基于双目立体视觉的电力仪表定位与抓取系统研究[D]. 刘海龙.哈尔滨工业大学 2018
[2]电力仪表检定流水线控制系统的设计与实现[D]. 孙承景.哈尔滨工业大学 2018
[3]双目立体视觉测距技术研究[D]. 杨洁.西安理工大学 2017
[4]基于双目视觉的机器人目标定位技术研究[D]. 闫磊.广东工业大学 2017
[5]基于双目视觉的移动机器人室内三维地图构建方法研究[D]. 周智.哈尔滨工业大学 2017
[6]摄像机标定及立体匹配技术研究[D]. 郑楷鹏.南京理工大学 2017
[7]面向固定平台的多特征目标检测与跟踪技术研究[D]. 贵军涛.哈尔滨工程大学 2017
[8]基于双目视觉的机器人定位技术研究[D]. 何佳唯.江南大学 2016
[9]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
[10]基于双目立体视觉的工业机器人目标识别及定位研究[D]. 聂春鹏.长安大学 2015
本文编号：2960939
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