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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张文 丁雨林 陈咏华 孙振国
针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人自主定位误差随时间累积的问题,该文提出并实现了一种基于外部RGB-D相机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)组合的爬壁机器人自主定位方法。该方法采用深度学习和核相关滤波(kernelized correlation filter,KCF)组合的目标跟踪方法进行初步位置定位;在此基础上,利用法向量方向投影的方法筛选出机器人外壳顶部的中心点,实现机器人定位中的位置定位。推导了机器人底盘法向量、横滚角与航向角的定量关系,设计了串联的扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter,EKF)计算横滚角、俯仰角和航向角,实现机器人定位中的姿态估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人位置定位误差小于0.02 m,姿态估计的航向角和横滚角误差小于2.5°,俯仰角误差小于1.5°,有效地提高了爬壁机器人定位精度。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
雷杏子 王树才 龚东军 涂本帅 何昱廷 李传珍
针对国内禽蛋制品加工过程中，散装蛋水中上料时筐装蛋搬运自动化程度低的问题，设计一种自动上料机器人的视觉定位方案。该方案采用YOLOv5s和图像处理相结合的方法，在复杂环境中对散装禽蛋筐进行定位识别。建立最佳分割阈值T与图像平均灰度值M之间的关系模型，使用动态阈值分割法对图像中的堆垛整体进行分割，通过堆垛最小外接矩形的长宽比区分2种筐装禽蛋堆垛类型，堆垛类型识别准确率为100%。使用YOLOv5s对堆垛顶层的单个蛋筐进行定位识别，模型识别精确率为98.48%，检测单幅图片用时为0.005 4 s。根据YOLOv5s输出的定位结果对图片进行裁剪，通过图像分割将蛋筐边框分割出来并用Canny算子检测其边缘信息，计算所有蛋筐旋转角度，平均角度误差为0.41°。结合蛋筐高度得出筐装禽蛋堆垛中所有蛋筐的位姿信息。试验结果表明，基于YOLOv5s和图像处理的筐装禽蛋定位方法可以准确识别出筐装禽蛋堆垛中所有蛋筐的位姿信息，该系统具有较好的鲁棒性和可行性，可为筐装禽蛋自动上料机器人提供视觉系统技术支持。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗晶 陈金海 彭志轩 李杰 伍万能 周广兵
针对工业机器人成本高、开源性差和维护困难等问题，设计了一种基于机器视觉的机器人抓取实验系统。该系统利用机器视觉、深度学习和路径规划等技术对目标工件进行识别、定位，并完成抓取任务。机器人系统在结构设计上采用串联结构，利用无刷直流电机作为机器人关节的驱动机构。为了解决工件识别与定位问题，利用Pytorch框架下的深度学习模型，对工件图像进行处理，并利用YOLOV3算法对工件进行识别；基于机器人操作系统（ROS）实现机器人6自由度的运动学求解与运动规划；完成了系统总体与软硬件设计，并验证了机器人抓取试验系统的有效性。该系统具有成本低、灵活性好和高可靠性等优点，软硬件完全开源，便于日常实验和教学，提升了学生的动手能力和创新能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈璐 关立文 刘春 陈志雄 薛俊
在制孔工艺中,垂直度很大程度上影响着飞机装配精度、飞机使用寿命和安全性。开展基于先进视觉检测技术的姿态修正研究具有十分重要的意义。该文基于机器人制孔工艺流程,提出了基准孔位置和法向量检测的改进方法,设计了机器人视觉检测系统的工作原理和主要模块,搭建了仿真平台和原理样机;建立了法向量检测模块的三维测量模型,生成了工件表面的点云数据,通过基于无迹Kalman滤波的在线手眼标定方法,将相机坐标系中的点云转换成制孔刀具坐标系中的点云。通过提取待制孔点法向量,提出了机器人制孔姿态修正方法。三维测量结果表明:法向量检测方法精度能够满足航空工业对制孔垂直度的要求。
关键词：
机器人制孔 编码结构光 孔位精度 垂直度
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
蒋潇 王松 吴丹
长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错,增加装配调整量,但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度,限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法,首先分析了长圆孔几何特征,将其描述为一种具有对称性、缺少简单解析表达的封闭图形;进而提出了一种基于语义分割网络和长圆孔区域退化的视觉分割定位算法,该算法结合深度学习和传统图像处理算法,首先构建YOLO和全卷积神经网络串联架构依次实现目标检测、感兴趣区域提取和语义分割,然后利用中轴变换骨架提取方法完成长圆形区域退化定位,有效避免了语义分割输出区域形状误差对定位精度的影响,最终得到了亚像素精度的精准检测结果。在某机器人自动装配系统中开展实验验证,得出所提算法具备精度高、鲁棒性好的特点,因此具有较广阔的工业应用前景。
关键词：
视觉检测 长圆孔 自动装配 深度学习
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
董靖川 张成君 王一成 王静涛 刘丽 卞鹏锡
开发了面向机器人抓取任务的视觉定位实验平台。该实验平台基于5自由度关节式机器人实现物料抓取,采用运动控制器及伺服电机进行控制。基于机器视觉的抓取目标定位系统采用Matlab软件开发,包含图像预处理、图像分割、目标识别、坐标计算、运动路径规划等。视觉定位系统能够识别多个被抓取对象的位置、姿态,并生成抓取运动指令,通过网络与机器人运动控制器通信实现自动抓取。该实验融合了机器视觉、机器人控制、机电一体化等多方面课程知识,具有良好的开放性和广泛应用性,有利于培养学生的工程实践能力和创新能力。
关键词：
机器人 视觉定位 图像处理 智能抓取
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李明枫 贺晓莹 陆佳琪 梁波波 张朋 韦友锋
针对机器视觉和机器人技术设备分散和功能单一等问题,开发设计了基于机器视觉的机器人智能分拣综合实验平台。将机电传动控制、气动控制、工程光学、图像处理技术、机器人控制技术等有机融合,可开设物料传送装置拆装测绘、光学图像采集系统搭建、单片机控制系统设计、真空吸附搬运分拣气动回路设计、手眼标定与形状匹配图像处理、机器人操作控制、上位机软件开发等实验。该实验平台体现了教学设备的先进性和创新性,有利于提高学生的工程实践和创新能力。
关键词：
智能分拣 实验平台 机器视觉 机器人
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李寿杰 宋华军 兴雷 李郑 刘东凯
设计了一种基于机器视觉和步进电机快速控制系统的气冰球机器人实验教学系统。该系统利用高速摄像头对气冰球的运动图像进行采集和透视变换,对变换后的图像使用HSV颜色阈值分割,利用去噪点、Hough变换轮廓检测等算法得到气冰球的中心坐标。为了控制机械臂对气冰球的撞击,并减少系统响应时间、提高反应速度,使用轨迹预测和碰撞分析算法对气冰球的运动轨迹进行了建模。还针对步进电机丢步问题,提出了位置矫正算法。最后,对气冰球机器人的反应速度和轨迹预测精度进行了分析。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
林沛杨 夏益民 蔡述庭 何宇威 李程子
针对多机器人协作建图算法复杂度高、实时性差和稀疏点云地图信息量少的问题，提出一种基于视觉SLAM的多机器人协作地图构建算法。该算法选择一个机器人开始建图，其他参与协作的机器人共用被选机器人的图像帧进行初始化，并建立统一世界坐标系。在被选机器人建图过程中，激活与其存在共视关系的机器人，借助关键帧跟踪模型得到被激活机器人所建局部地图与世界坐标系间的位姿关系，并用ICP算法求解该位姿变换。根据该位姿变换进行点云拼接再经滤波处理得到多机器人稠密点云融合地图。在Gazebo上的仿真实验表明，与ORB-SLAM2相比，基于ORB-SLAM3的多机器人协作建图算法具有更高的定位精度，更好的稳定性、鲁棒性和实时性。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
林沛杨 夏益民 蔡述庭 何宇威 李程子
针对多机器人协作建图算法复杂度高、实时性差和稀疏点云地图信息量少的问题,提出一种基于视觉SLAM的多机器人协作地图构建算法。该算法选择一个机器人开始建图,其他参与协作的机器人共用被选机器人的图像帧进行初始化,并建立统一世界坐标系。在被选机器人建图过程中,激活与其存在共视关系的机器人,借助关键帧跟踪模型得到被激活机器人所建局部地图与世界坐标系间的位姿关系,并用ICP算法求解该位姿变换。最后根据该位姿变换进行点云拼接再经滤波处理得到多机器人稠密点云融合地图。在Gazebo上的仿真实验表明,与ORB-SLAM2相比,基于ORB-SLAM3的多机器人协作建图算法具有更高的定位精度,更好的稳定性、鲁棒性和实时性。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
李昕 李立君 易春峰
根据环境保护的需要,针对油茶林花瓣及果实的形状特征改进了采摘机器人视觉系统。首先通过灰度阈值法进行图像分割,再提取其形态参数,用支持向量机算法将参数分类,得到目标样本作为免疫算法的抗体,并进一步改进了人工免疫算法,提高了识别精度。最后根据最终图像中花数量多少来控制采摘,达到了目标保护的目的。
关键词：
机器视觉 支持向量机 人工免疫
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
陈维娜 吴有龙 顾姗姗 王逸之
随着航空航天技术的不断发展，对于机载自主完好性监测方法的需求日益增加。通导融合是一种先进的监测技术，结合通信导航和传感器融合的优势，具有广泛的应用前景。为了提高飞行器的自主完好性监测性能，该文提出了一种基于通导融合的机载自主完好性监测方法，并介绍了通导融合技术的基本原理和特点。通导融合技术通过将通信导航和传感器融合，可以充分利用两者的信息，提高飞行器的自主完好性监测能力，其优势包括对多种传感器的数据融合，对不同类型信息的互补性，以及对传感器故障的容错性。通过获取通信导航数据和传感器数据，并建立通导融合模型对融合后的数据进行实时监测，从而检测飞行器是否存在故障或异常情况。根据监测结果采取相应的措施，保障飞行器的安全运行。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
李政清 侯森浩 韦金昊 唐晓强
针对用于物流仓储领域的平面四索并联机器人,提出一种基于视觉定位的自标定方法.通过相机和货架上的二维码获取末端动平台的位置,进行模型参数辨识和误差补偿,实现平面四索并联机器人的几何参数快速标定.首先,建立该索机器人的运动学模型;然后,提出基于该机器人构型的运动学参数标定方法及位姿测量方法;最后,通过计算机仿真和实验验证该标定方法的有效性.实验结果表明,该标定方法能够快速实现末端动平台的运动学标定,达到小于1mm的定位精度,满足仓储堆垛任务的定位误差要求.
[期刊] 情报理论与实践
[作者]
唐晓波 朱婧 杜鑫
[目的/意义]科技成果的新颖性是科技成果价值的重要属性，测度专利新颖性有利于从众多专利中筛选出与以往技术存在显著差异的专利，对专利评价具有重要意义。[方法/过程]提取专利方案、功效、应用以及“方案—功效”“方案—应用”和“功效—应用”等知识元语义组合；计算各类知识元语义组合差异，包括语义差异、频次高低、年龄大小、IPC分类号差异；测度专利整体新颖性和知识元语义组合新颖性，并采用工业机器人领域发明专利数据进行实验。[结果/结论]所提出的方法能够有效实现专利新颖性细粒度测度。研究成果丰富了专利新颖性测度方法，有助于对专利新颖性进行更客观、全面、及时、细粒度的审查与评价。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
李培艺 汪小旵 王延鑫 武尧 李泽晟
[目的]针对田间作业环境复杂导致金丝皇菊采摘机器人行走不稳定、生产效率低的问题，本文设计了一种基于LiDAR多维点云优化的菊花采摘机器人自主导航系统以实现机器人在农田中的精准作业与高效生产。[方法]首先，通过履带式底盘搭载的Velodyne 16线激光雷达获取田间三维点云信息，并对其进行坐标校正和体素滤波预处理。其次，提出一种多维点云优化算法，该算法能够依据金丝皇菊植株特性自适应获取不同坐标轴的有效点云特征，得到左右两侧垄沟线；并采用最小二乘法对其进行拟合，得到最终的导航基准线。采用改进纯跟踪控制算法对导航基准线进行跟踪，从而完成导航全过程。[结果]通过对Stanley控制算法和改进纯跟踪控制算法进行仿真实验，改进纯跟踪算法表现出更高效的跟踪性能。利用金丝皇菊采摘机器人在南京市湖熟菊花园进行实地试验。试验结果表明，基于LiDAR多维点云优化的自主导航算法横向平均绝对误差减小了67.13%，离散程度降低48.34%。[结论]本文提出的基于LiDAR多维点云优化算法和改进纯跟踪算法可以有效地提高导航精准度，改善系统抗干扰性，导航效果较好，从而保证金丝皇菊采摘机器人的精准作业。
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