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工程机器人演示系统视觉定位算法设计与实现

发布时间:2021-06-28 10:34
  工程机器人是一种依靠自身动力和控制能力,在非结构环境下工作,执行复杂工程施工任务的机器人。要实现机器人的运动规划、物料搬运,机器人必须具备定位能力。视觉定位方法相比传统的定位技术,有着应用广泛、信息丰富、成本低等特点。本课题来源于某实际项目,为在室内沙盘上自主行动的挖掘机模型设计视觉定位算法。为实现视觉定位并保证鲁棒性、精确性、实时性,控制成本,并应对可变沙盘地形的影响,本文提出了基于离线建立的视觉地图,使用特征法定位和光流法结合的定位方案,并针对项目需求进行了一些特殊改进。本文研究主要包括以下几个方面:首先分析了工程的特点和精度、速度、鲁棒性需求,研究了各种视觉定位方法的特点优劣,设计了视觉定位方案;根据方案进行了视觉场景设计和传感器的选型和标定,并明确了需要实现的视觉建图、地图处理、特征法定位、光流定位算法模块。其次,针对演示模型的特殊需求,设计了定位所需的视觉地图的获取方法。采用了基于SIFT特征的单目稀疏增量式三维重建,提取沙盘周围场景的视觉特征并计算其位置;把视觉地图对齐到全局坐标系;计算相机坐标系与机体坐标系的位姿关系;对地图进行简化和优化,得到了场地的精简稳定的视觉地图。... 

【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】:59 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

工程机器人演示系统视觉定位算法设计与实现


实验机器人模型与展台

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-图2-1坐标系示意图wwwxxyRytzz(2-6)11XxYyzz(2-7)对于计划选取的鱼眼相机,以径向畸变为主,以OpenCV-fisheye模型表征[33],有22urXY(2-8)arctan()ur(2-9)3579d1234kkkk(2-10)其中ur为点的归一化图像坐标与光轴的距离,为入射角,d为镜头畸变后实际投影位置对应的归一化图像坐标与光轴的距离。投影点的像素坐标为00xxdyyuucfXvcfrY(2-11)其中(xc,yc)为光轴穿过的像素坐标,(xf,yf)为归一化焦距。它们和鱼眼畸变参数(1234k,k,k,k)构成相机的内参,需要被标定。相机标定通常事先离线完成,可利用Kalibr视觉标定库实现,需要十几张对已知尺度的标定纸的不同角度的拍摄照片,即可获得相机内参。

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-17-图2-3实验场景布置(测试版)2.5本章小结本章首先在对课题需求的分析的基础上,研究了课题所需的立体视觉基本理论,明确了算法的可行性;然后设计了视觉定位方案,明确了需要实现的视觉建图、地图处理、特征法定位、光流定位算法模块,根据方案进行了演示系统的视觉场景设计和传感器的选型和标定,为后续算法实现和实验奠定了基矗

【参考文献】:
期刊论文
[1]工程机器人技术发展与应用[J]. 汤鹏洲,罗铭,朱萍.  机器人技术与应用. 2015(04)

硕士论文
[1]基于自然场景的多相机内外参自动标定方法的设计与实现[D]. 王宇桐.哈尔滨工业大学 2019
[2]建筑机器人在我国建筑业企业中的应用障碍及对策研究[D]. 林治阳.重庆大学 2017



本文编号:3254161

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