基于立体视觉引导的灵巧手抓取姿态研究
发布时间：2021-01-21 09:45
具有多自由度、多感知功能及良好的抓取操作功能的多指灵巧手受到了广泛的关注。由于灵巧手抓取模式的多样性和非结构化环境的复杂性,导致对目标物体的抓取规划变得非常复杂,而灵巧手的抓取很大程度上是基于目标物体外部形状,因此建立一个针对基于目标形体分析的抓取系统具有十分重要的意义。针对以上问题,以灵巧手抓取姿态为研究目标,围绕灵巧手对环境的视觉感知和抓取姿态的确定两大问题,提出一种基于立体视觉引导的目标物体形体简化的自主抓取方法。主要完成了以下三个方面的研究工作:（1）点云预处理与目标模型形体分析。基于统计分析的方法去除离群点噪声,基于PCA算法估计点云法向量。将不规则的复杂物体简化为一些基本形体的组合,利用基于凹凸性分割将被抓取物体3D数据点分割为各个区块,依据最优拟合算法将各部分拟合为球体、圆柱体或长方体中的一种。（2）基于特征描述和ICP算法的物体位姿估计模型。提取待抓取物体的点云特征点和特征描述子,并建立特征模板集,使用SAC-IA算法将待识别物体的点云分别和模板点云进行初始配准,再利用基于K-d树的ICP算法进行细配准,最终的配准的平均重合度达到94.1%,得到了待抓取物体的精确6D位...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用RealSenseD435相机的点云获取
武汉科技大学硕士学位论文13单点iP的距离均值为id11ijiPpkjddk==(2-2)重复以上步骤，遍历场景点云中所有的点，计算所有点的K邻域内的距离均值0d，然后计算全局距离均值为：11iNiDdN==(2-3)最后得到距离阀值为：H=D+(2-4)式中：为距离阀值常熟，由具体实验估计。统计分析法即设定一个距离阀值H，当一个点的K邻域的距离均值idH时，则该点是外点，即要剔除的噪声点云；若idH时为内点，应该保留。利用统计分析的噪声滤除算法，获得如图2.4所示的效果。利用相机随机采集一张场景图，然后利用统计去噪法滤除噪声，其中，a)为原始含噪声的随机场景点云图，b)为噪声去除后的场景点云图。从图中可以看出，这种算法能很好地滤除点云中的噪声。a)原始含噪声的场景点云图b)统计法去噪后场景点云图图2.4统计分析法滤波
武汉科技大学硕士学位论文152.5基于PCA算法的法向量估计2.3基于泊松盘采样的物体点云模型的构建三维重建是基于立体视觉实现位姿估计的重要步骤，也是机器人实现自动抓取的重要步骤，三维重建是位姿估计中模板的主要来源。所以物体三维重建的质量直接影响物体位姿的估计的好坏。由于很多物体本身不具备丰富的纹理，并且具有易反光的特点，所以一般使用专业的三维扫描仪实现三维重建，这些设备具有很高的精度，但是确定在于价格昂贵，同时需要专业人员才能操作，这就难以大面积应用[48]。因此本文采用更加快速便捷的方法，基于CAD模型转换实现目标点云的采集。这种方法可分为两步：建模和采样。2.3.1建立三维CAD模型为了增加算法的适应性，同时考虑灵巧手负载较低的特性，本文采用自制复杂结构的物体，其实物分别如图2.6中a)、b)和c)所示。采用Solidworks实现物体的逆向重建，如图2.6中d)、e)和f)所示，分别为利用三维软件建立的三维虚拟模型，此图为添加渲染颜色后的效果图。a)物体1实物图b)物体2实物图c)物体3实物图d)物体1三维图e)物体2三维图f)物体3三维图图2.6三维模型实物建立与3D建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多重几何约束的未知物体抓取位姿估计[J]. 苏杰,张云洲,房立金,李奇,王帅. 机器人. 2020(02)
[2]机器人航天员精细操作方法及在轨验证[J]. 李志奇,刘伊威,于程隆,金明河,倪风雷,刘宏. 载人航天. 2019(05)
[3]基于非结构基本组成分析的自主抓取方法[J]. 刘汉伟,曹雏清,王永娟. 机器人. 2019(05)
[4]RTM框架下基于点线特征的视觉SLAM算法[J]. 贾松敏,丁明超,张国梁. 机器人. 2019(03)
[5]基于区域聚类分割的点云特征线提取[J]. 王晓辉,吴禄慎,陈华伟,胡赟,石雅莹. 光学学报. 2018(11)
[6]力封闭虚拟手抓持规则研究[J]. 邹俞,晁建刚,林万洪. 载人航天. 2018(05)
[7]基于触觉反馈和表面肌电信号的随机时延夹持器遥操作方法[J]. 章华涛,吴常铖,熊鹏文,宋爱国. 机器人. 2018(04)
[8]SCARA机器人运动学和视觉抓取研究[J]. 郑华,陈军,金鸿章. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[9]腱驱动空间五指灵巧手控制系统研究[J]. 韩冬,聂宏,陈金宝,颜文彧,王小涛. 机器人. 2016(02)
[10]灵巧机械手多指协调控制技术[J]. 陈金宝,韩冬,王小涛,聂宏. 机械工程学报. 2014(05)
硕士论文
[1]基于神经网络和高斯过程的机械手抓取策略与仿真研究[D]. 杜峰.武汉科技大学 2018
[2]基于Kinect的手势识别与多指手交互研究[D]. 李贝.武汉科技大学 2018
本文编号：2990930
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用RealSenseD435相机的点云获取
武汉科技大学硕士学位论文13单点iP的距离均值为id11ijiPpkjddk==(2-2)重复以上步骤，遍历场景点云中所有的点，计算所有点的K邻域内的距离均值0d，然后计算全局距离均值为：11iNiDdN==(2-3)最后得到距离阀值为：H=D+(2-4)式中：为距离阀值常熟，由具体实验估计。统计分析法即设定一个距离阀值H，当一个点的K邻域的距离均值idH时，则该点是外点，即要剔除的噪声点云；若idH时为内点，应该保留。利用统计分析的噪声滤除算法，获得如图2.4所示的效果。利用相机随机采集一张场景图，然后利用统计去噪法滤除噪声，其中，a)为原始含噪声的随机场景点云图，b)为噪声去除后的场景点云图。从图中可以看出，这种算法能很好地滤除点云中的噪声。a)原始含噪声的场景点云图b)统计法去噪后场景点云图图2.4统计分析法滤波
武汉科技大学硕士学位论文152.5基于PCA算法的法向量估计2.3基于泊松盘采样的物体点云模型的构建三维重建是基于立体视觉实现位姿估计的重要步骤，也是机器人实现自动抓取的重要步骤，三维重建是位姿估计中模板的主要来源。所以物体三维重建的质量直接影响物体位姿的估计的好坏。由于很多物体本身不具备丰富的纹理，并且具有易反光的特点，所以一般使用专业的三维扫描仪实现三维重建，这些设备具有很高的精度，但是确定在于价格昂贵，同时需要专业人员才能操作，这就难以大面积应用[48]。因此本文采用更加快速便捷的方法，基于CAD模型转换实现目标点云的采集。这种方法可分为两步：建模和采样。2.3.1建立三维CAD模型为了增加算法的适应性，同时考虑灵巧手负载较低的特性，本文采用自制复杂结构的物体，其实物分别如图2.6中a)、b)和c)所示。采用Solidworks实现物体的逆向重建，如图2.6中d)、e)和f)所示，分别为利用三维软件建立的三维虚拟模型，此图为添加渲染颜色后的效果图。a)物体1实物图b)物体2实物图c)物体3实物图d)物体1三维图e)物体2三维图f)物体3三维图图2.6三维模型实物建立与3D建模
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于多重几何约束的未知物体抓取位姿估计[J]. 苏杰,张云洲,房立金,李奇,王帅. 机器人. 2020(02)
[2]机器人航天员精细操作方法及在轨验证[J]. 李志奇,刘伊威,于程隆,金明河,倪风雷,刘宏. 载人航天. 2019(05)
[3]基于非结构基本组成分析的自主抓取方法[J]. 刘汉伟,曹雏清,王永娟. 机器人. 2019(05)
[4]RTM框架下基于点线特征的视觉SLAM算法[J]. 贾松敏,丁明超,张国梁. 机器人. 2019(03)
[5]基于区域聚类分割的点云特征线提取[J]. 王晓辉,吴禄慎,陈华伟,胡赟,石雅莹. 光学学报. 2018(11)
[6]力封闭虚拟手抓持规则研究[J]. 邹俞,晁建刚,林万洪. 载人航天. 2018(05)
[7]基于触觉反馈和表面肌电信号的随机时延夹持器遥操作方法[J]. 章华涛,吴常铖,熊鹏文,宋爱国. 机器人. 2018(04)
[8]SCARA机器人运动学和视觉抓取研究[J]. 郑华,陈军,金鸿章. 组合机床与自动化加工技术. 2017(06)
[9]腱驱动空间五指灵巧手控制系统研究[J]. 韩冬,聂宏,陈金宝,颜文彧,王小涛. 机器人. 2016(02)
[10]灵巧机械手多指协调控制技术[J]. 陈金宝,韩冬,王小涛,聂宏. 机械工程学报. 2014(05)
硕士论文
[1]基于神经网络和高斯过程的机械手抓取策略与仿真研究[D]. 杜峰.武汉科技大学 2018
[2]基于Kinect的手势识别与多指手交互研究[D]. 李贝.武汉科技大学 2018
本文编号：2990930
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