油茶果采摘机器人手眼标定技术研究
发布时间：2021-01-15 04:58
油茶果具有较高的食用和工业价值,油茶产业在林业经济中具有十分广阔的前景。现阶段油茶果的生产作业中,人工采摘比例高,高昂的采摘成本和极低的采摘效率已经严重制约了油茶产业的发展。鉴于目前油茶产业的困局,对油茶果采摘机器人的手眼标定问题进行了探索和研究。本文采用了一种通过机器人末端执行器运动和相机运动的约束关系构建手眼方程来求解手眼位姿的方法。以现有的油茶果采摘机器人运动学研究为基础,对油茶果采摘机器人手眼标定技术中涉及的以下三个方面内容展开研究。开展了油茶果采摘机器人单目相机的标定实验。实验采用了基于相机成像平面和标定板平面的单应性关系求解相机参数的标定算法,基于OpenCV和C++联合编写了相机标定的程序,实验得到了油茶果采摘机器人单目相机的内参矩阵、畸变系数和外参矩阵,标定结果的平均重投影误差仅为0.6129个像素。提出了一种基于四元数的机器人手眼标定算法。该算法将手眼方程由矩阵形式改写为单位四元数的形式,用线性优化的方法解手眼方程。设计了验证手眼标定算法效果的仿真实验,以基于矩阵直积的手眼标定算法作为仿真的对比算法,仿真的结果表明,所提算法的精度和鲁棒性均高于对比算法,且所提算法的平...
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器人手眼系统简介
1.2.2 机器人手眼标定研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 本文结构安排
2 手眼标定原理及油茶果采摘机器人运动学
2.1 手眼标定的数学模型
2.2 油茶果采摘机器人结构
2.3 油茶果采摘机器人运动学分析
2.3.1 油茶果采摘机器人正运动学分析
2.3.2 油茶果采摘机器人逆运动学分析
2.4 本章小结
3 相机标定技术
3.1 相机成像模型
3.1.1 相机成像针孔模型
3.1.2 相机成像畸变模型
3.2 相机标定算法
3.2.1 标定板与图像间的单应性矩阵
3.2.2 基于单应性矩阵的内外参数求解
3.2.3 相机畸变模型的处理
3.3 相机标定实验
3.3.1 实验准备
3.3.2 实验与结果分析
3.4 本章小结
4 机器人手眼标定算法
4.1 基于矩阵直积的手眼标定算法
4.2 基于四元数的手眼标定算法
4.2.1 四元数的概念
4.2.2 手眼标定旋转矩阵求取
4.2.3 手眼标定平移向量求取
4.3 仿真及结果分析
4.3.1 仿真目的及准备
4.3.2 仿真设计及结果分析
4.4 本章小结
5 油茶果采摘机器人自动化手眼标定系统
5.1 自动化手眼标定系统的设计
5.1.1 自动化手眼标定系统的框架与工作流程
5.1.2 机械臂运动规划的工作流程
5.2 试验与结果分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间的主要学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]农林业采收机器人发展现状[J]. 陈至灵,姜树海,孙翊. 农业工程. 2019(02)
[2]农业机械化对农村劳动力转移贡献的量化研究[J]. 旃雪莲. 时代农机. 2018(10)
[3]基于二阶锥规划无标定参照物的手眼标定[J]. 李巍,董明利,吕乃光,娄小平. 光学精密工程. 2018(10)
[4]一种高精度的机器人手眼标定算法[J]. 胡为,刘冲,傅莉,陈新禹. 火力与指挥控制. 2018(09)
[5]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)
[6]中国制造2025背景下机械制造业面临的新机遇[J]. 王慧锋,暴建霞. 内燃机与配件. 2018(12)
[7]基于误差分布估计的机器人手眼标定方法研究[J]. 张强,曲道奎,徐方,邹风山. 计算机测量与控制. 2018(04)
[8]凸松弛全局优化机器人手眼标定[J]. 李巍,吕乃光,董明利,娄小平. 计算机应用. 2017(05)
[9]便携式组合测量系统坐标统一的标定方法[J]. 张旭,程伟,庄磊磊. 光电子·激光. 2016(07)
[10]基于旋量理论的混联采摘机器人正运动学分析与试验[J]. 阳涵疆,李立君,高自成. 农业工程学报. 2016(09)
硕士论文
[1]面向工业机器人装配的单目视觉定位方法[D]. 杜广胜.大连理工大学 2018
[2]基于关节空间的采摘机器人机械臂实时避障算法研究[D]. 邹宇星.中南林业科技大学 2018
[3]机器人堆叠目标识别与定位抓取系统研究[D]. 彭泽林.华南理工大学 2018
[4]基于视觉的AUBO机器人标定方法研究[D]. 曹继项.长安大学 2018
[5]面向工业抓取应用的手眼协同方法研究[D]. 王志磊.浙江大学 2018
[6]面向视觉三维测量的机器人手眼标定技术研究[D]. 刘冲.沈阳航空航天大学 2018
[7]基于双目视觉的机械手定位抓取技术的研究[D]. 徐凯.浙江大学 2018
[8]基于机器人手眼视觉的目标位姿测量方法研究[D]. 胡连军.华北理工大学 2018
[9]面向机器人操作的三维物体检测与位姿估计[D]. 何若涛.广东工业大学 2017
[10]面向Bin-picking的手眼自动标定系统的研究[D]. 陈育滨.暨南大学 2017
本文编号：2978271
【文章来源】：中南林业科技大学湖南省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器人手眼系统简介
1.2.2 机器人手眼标定研究现状
1.3 本文研究内容及结构安排
1.3.1 研究内容
1.3.2 本文结构安排
2 手眼标定原理及油茶果采摘机器人运动学
2.1 手眼标定的数学模型
2.2 油茶果采摘机器人结构
2.3 油茶果采摘机器人运动学分析
2.3.1 油茶果采摘机器人正运动学分析
2.3.2 油茶果采摘机器人逆运动学分析
2.4 本章小结
3 相机标定技术
3.1 相机成像模型
3.1.1 相机成像针孔模型
3.1.2 相机成像畸变模型
3.2 相机标定算法
3.2.1 标定板与图像间的单应性矩阵
3.2.2 基于单应性矩阵的内外参数求解
3.2.3 相机畸变模型的处理
3.3 相机标定实验
3.3.1 实验准备
3.3.2 实验与结果分析
3.4 本章小结
4 机器人手眼标定算法
4.1 基于矩阵直积的手眼标定算法
4.2 基于四元数的手眼标定算法
4.2.1 四元数的概念
4.2.2 手眼标定旋转矩阵求取
4.2.3 手眼标定平移向量求取
4.3 仿真及结果分析
4.3.1 仿真目的及准备
4.3.2 仿真设计及结果分析
4.4 本章小结
5 油茶果采摘机器人自动化手眼标定系统
5.1 自动化手眼标定系统的设计
5.1.1 自动化手眼标定系统的框架与工作流程
5.1.2 机械臂运动规划的工作流程
5.2 试验与结果分析
5.3 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
附录 攻读硕士学位期间的主要学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]农林业采收机器人发展现状[J]. 陈至灵,姜树海,孙翊. 农业工程. 2019(02)
[2]农业机械化对农村劳动力转移贡献的量化研究[J]. 旃雪莲. 时代农机. 2018(10)
[3]基于二阶锥规划无标定参照物的手眼标定[J]. 李巍,董明利,吕乃光,娄小平. 光学精密工程. 2018(10)
[4]一种高精度的机器人手眼标定算法[J]. 胡为,刘冲,傅莉,陈新禹. 火力与指挥控制. 2018(09)
[5]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)
[6]中国制造2025背景下机械制造业面临的新机遇[J]. 王慧锋,暴建霞. 内燃机与配件. 2018(12)
[7]基于误差分布估计的机器人手眼标定方法研究[J]. 张强,曲道奎,徐方,邹风山. 计算机测量与控制. 2018(04)
[8]凸松弛全局优化机器人手眼标定[J]. 李巍,吕乃光,董明利,娄小平. 计算机应用. 2017(05)
[9]便携式组合测量系统坐标统一的标定方法[J]. 张旭,程伟,庄磊磊. 光电子·激光. 2016(07)
[10]基于旋量理论的混联采摘机器人正运动学分析与试验[J]. 阳涵疆,李立君,高自成. 农业工程学报. 2016(09)
硕士论文
[1]面向工业机器人装配的单目视觉定位方法[D]. 杜广胜.大连理工大学 2018
[2]基于关节空间的采摘机器人机械臂实时避障算法研究[D]. 邹宇星.中南林业科技大学 2018
[3]机器人堆叠目标识别与定位抓取系统研究[D]. 彭泽林.华南理工大学 2018
[4]基于视觉的AUBO机器人标定方法研究[D]. 曹继项.长安大学 2018
[5]面向工业抓取应用的手眼协同方法研究[D]. 王志磊.浙江大学 2018
[6]面向视觉三维测量的机器人手眼标定技术研究[D]. 刘冲.沈阳航空航天大学 2018
[7]基于双目视觉的机械手定位抓取技术的研究[D]. 徐凯.浙江大学 2018
[8]基于机器人手眼视觉的目标位姿测量方法研究[D]. 胡连军.华北理工大学 2018
[9]面向机器人操作的三维物体检测与位姿估计[D]. 何若涛.广东工业大学 2017
[10]面向Bin-picking的手眼自动标定系统的研究[D]. 陈育滨.暨南大学 2017
本文编号：2978271
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