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Application of camera calibrating model to space manipulator with multi-objective genetic algorithm
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作者 王中宇 江文松 王岩庆 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期1937-1943,共7页
The multi-objective genetic algorithm(MOGA) is proposed to calibrate the non-linear camera model of a space manipulator to improve its locational accuracy. This algorithm can optimize the camera model by dynamic balan... The multi-objective genetic algorithm(MOGA) is proposed to calibrate the non-linear camera model of a space manipulator to improve its locational accuracy. This algorithm can optimize the camera model by dynamic balancing its model weight and multi-parametric distributions to the required accuracy. A novel measuring instrument of space manipulator is designed to orbital simulative motion and locational accuracy test. The camera system of space manipulator, calibrated by MOGA algorithm, is used to locational accuracy test in this measuring instrument. The experimental result shows that the absolute errors are [0.07, 1.75] mm for MOGA calibrating model, [2.88, 5.95] mm for MN method, and [1.19, 4.83] mm for LM method. Besides, the composite errors both of LM method and MN method are approximately seven times higher that of MOGA calibrating model. It is suggested that the MOGA calibrating model is superior both to LM method and MN method. 展开更多
关键词 space manipulator camera calibration multi-objective genetic algorithm orbital simulation and measurement
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基于多相机的空间机械臂视觉系统 被引量:13
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作者 陈磊 高升 +3 位作者 袁宝峰 谭启蒙 杜晓东 齐哲 《航天返回与遥感》 2014年第3期35-42,共8页
视觉系统是空间机械臂的重要组成部分,空间机械臂除开环控制外的所有工作模式都不能离开视觉系统的引导和辅助而独立实现。文章以建立满足空间机械臂实际应用需求的视觉系统为目标,提出通过分布在不同空间位置的多个相机的协同工作扩展... 视觉系统是空间机械臂的重要组成部分,空间机械臂除开环控制外的所有工作模式都不能离开视觉系统的引导和辅助而独立实现。文章以建立满足空间机械臂实际应用需求的视觉系统为目标,提出通过分布在不同空间位置的多个相机的协同工作扩展并增强视觉系统的监视和测量能力,并从系统组成、工作模式、测量方式等多方面完成空间机械臂视觉系统方案设计。仿真试验结果表明,目标三维位姿的测量误差与视觉标记点检测结果的误差近似成线性关系,视觉标记点检测的准确性对目标位姿测量的精度具有重要影响。室内环境试验结果表明,在视觉系统的引导下机械臂能够自主完成对目标的定位和捕获,视觉系统满足空间机械臂大范围运动和精准操作任务的应用需求。 展开更多
关键词 多相机 协同性 空间机械臂 视觉系统
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空间机械臂视觉相机内参标定技术研究 被引量:11
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作者 谭启蒙 胡成威 高升 《航天返回与遥感》 2013年第6期74-80,共7页
针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置,内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法,用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先,利用... 针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置,内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法,用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先,利用相机拍摄多幅平面靶图像,求解平面靶与相机图像之间的映射矩阵;其次,构建相机内参约束方程;再次,利用特征值分解,解算焦距、主点坐标等参数值;最后,引入径向、切向畸变构建非线性模型,将解得的内参作为初值,利用Levenberg-Marquardt优化算法即可计算出相机内参最优解。试验结果表明,该方法完全适用于机械臂相机内参标定,标定结果均满足机械臂视觉相机获取合作目标三维位姿的测量精度要求。 展开更多
关键词 空间机械臂 视觉相机 内参标定 二维平面靶
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空间机械臂可见光测量相机参数标定技术研究 被引量:5
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作者 谭启蒙 贾馨 +2 位作者 陈磊 张运 蔡铮 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第5期113-122,共10页
空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度... 空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度低等工程问题,文章提出一种空间机械臂可见光测量相机内外参标定方法,引入高精度二维棋盘格标定靶与基准镜共同作为转换中介,且在相机有效观测视场内随意移动标定靶,分布式解算相机内参和外参。试验表明,相机内参离散度均不超过±0.3像元,角点重投影误差均不超过±0.5像元;外参六自由度分量标准差均不超过(0.6mm,0.05°)。上述标定方法具有较强的可操作性,极大简化了坐标转换计算复杂性,有效降低了标定过程中产生的积累误差,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供了可靠依据。 展开更多
关键词 可见光测量相机 内外参标定 平面标定靶 基准镜 空间机械臂
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面向空间机械臂遥操作的虚拟相机成像技术 被引量:2
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作者 谢宗武 马博宇 +1 位作者 蒋再男 刘阳 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期631-638,共8页
对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视... 对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视投影和视口变换矩阵。依据二者的成像原理,对真实相机和虚拟相机的成像进行了一致性分析,并展开定量及定性验证。研究表明:基于Open Inventor开发包搭建的中国空间站及空间机械臂的仿真系统,可对空间机械臂的末端及肘部相机进行虚拟成像并准确模拟真实成像,为空间机械臂通过地面遥操作安全精准地完成在轨任务奠定了基础。 展开更多
关键词 空间机械臂 遥操作 虚拟相机 透视投影 一致性分析 相机标定 预测仿真 Open Inventor开发包
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基于相机空间点约束的机器人工具标定方法 被引量:2
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作者 杜姗姗 周祥 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第9期2678-2681,共4页
工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机... 工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系,通过自动的三维空间视觉定位,实现对圆环标志的中心点的点约束,视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点(TCP)求解。重复实验的标定误差小于0.05 mm,实验的绝对定位误差小于0.1 mm,验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。 展开更多
关键词 相机空间操作 工具标定 多点标定 工具中心点 点约束
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空间机械臂多任务视觉相机电子学设计方法 被引量:1
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作者 刘明 侯作勋 +1 位作者 李光耀 张炳先 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2021年第4期57-65,共9页
传统的CMOS空间相机大都采取以FPGA为核心的图像处理系统,图像采集能力强,但智能图像处理能力有限,无法满足空间机械臂视觉相机要求的图像采集、位姿测量、压缩传输等实时多任务需求。文章针对性设计了一种2FPGA+2DSP的异构多核心电子... 传统的CMOS空间相机大都采取以FPGA为核心的图像处理系统,图像采集能力强,但智能图像处理能力有限,无法满足空间机械臂视觉相机要求的图像采集、位姿测量、压缩传输等实时多任务需求。文章针对性设计了一种2FPGA+2DSP的异构多核心电子学架构,明确了嵌入式系统实现实时多任务处理的模块组成和功能划分;重点介绍了影响机械臂相机视觉任务核心的位姿测量算法的具体实现方法。通过使用六维运动机构对相机进行精测,结果显示:测试过程中视频压缩图像传输无卡顿、中断和丢包现象发生,图像输出正常,可实时计算与合作目标的位姿信息;在相机距离视觉靶标[600,1300]mm进行测量时,位置误差δx≤1.1948mm、δy≤3.5285mm、δz≤2.0620mm,姿态误差δα≤0.4030°、δβ≤0.3173°、δγ≤0.0612,测量精度满足指标要求,可以实现位姿测量和压缩图像实时传输的多任务需求。 展开更多
关键词 机械臂 视觉 视频压缩 位姿测量 空间相机
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一种基于手眼相机的空间机械臂在轨标定方法
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作者 肖帅 王韬 +3 位作者 张树华 梁静静 张世俊 吕文华 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2022年第3期72-77,共6页
提出了一种基于手眼相机的空间机械臂在轨标定方法.该方法采用D-H参数法建立空间机械臂系统的非线性模型,通过设计在轨标定测例,利用手眼相机获取在轨标定数据,然后采用数值迭代的方法直接基于空间机械臂非线性模型进行求解,从而完成空... 提出了一种基于手眼相机的空间机械臂在轨标定方法.该方法采用D-H参数法建立空间机械臂系统的非线性模型,通过设计在轨标定测例,利用手眼相机获取在轨标定数据,然后采用数值迭代的方法直接基于空间机械臂非线性模型进行求解,从而完成空间机械臂的在轨自标定.通过对一个七自由度空间机械臂进行数学仿真,对该方法的有效性进行了验证.该方法直接基于非线性模型采用数值迭代算法进行解算,避免了基于线性化模型进行解析计算带来的精度损失,提高了在轨标定精度. 展开更多
关键词 空间机械臂 在轨标定 手眼相机
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基于针孔模型与相机空间操作的机械臂视觉定位方法 被引量:9
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作者 丁吉祥 杜姗姗 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期317-320,共4页
在工业领域中使用机械臂进行作业任务时,传统的操作方法必须预先对机械臂进行示教以规定应完成的动作,其中间过程不但繁琐而且效率和精度都比较低。介绍2种不同的工业机械臂视觉定位方法:摄像机透视成像的线性针孔模型方法和基于针孔模... 在工业领域中使用机械臂进行作业任务时,传统的操作方法必须预先对机械臂进行示教以规定应完成的动作,其中间过程不但繁琐而且效率和精度都比较低。介绍2种不同的工业机械臂视觉定位方法:摄像机透视成像的线性针孔模型方法和基于针孔模型进行改进的非线性相机空间操作方法。分析2种方法的区别和联系,分别进行多组机械臂定位实验,并对定位精度进行分析与比较。实验结果表明,在较小的三维空间区域中相机空间操作方法比针孔模型方法精度更高,而在较大的区域中进行定位时,针孔模型方法比相机空间操作方法精度更佳。 展开更多
关键词 针孔模型 相机空间操作方法 工业机械臂 定位精度 空间定位
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一种基于指数积公式的空间机械臂自标定方法 被引量:6
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作者 王业聪 危清清 +1 位作者 胡成威 丁希仑 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2336-2342,共7页
为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积(POE)公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节... 为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积(POE)公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节旋量理论值和实际值之间的伴随变换关系建立了空间机械臂实际运动学模型,对运动学模型取微分建立了线性化的运动学误差模型,给出了基于最小二乘法的运动学标定模型。进行了7自由度空间机械臂运动学自标定仿真,仿真结果表明运动学标定过程能快速收敛到稳定值,标定后空间机械臂末端位姿精度有明显提高。 展开更多
关键词 空间机械臂 标定 指数积(POE) 伴随变换 空间相机 标定板
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事件相机驱动的空间机械臂视觉伺服 被引量:2
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作者 李金健 胡权 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第3期28-35,共8页
针对空间机械臂携带的传统视觉系统面临图像数据量大、测量延迟高等问题,研究了基于事件相机驱动的空间机械臂视觉伺服控制方法.事件相机是一种低延迟的新型神经形态视觉传感器,具有超高时间分辨率和高动态范围,但其产生的异步事件流数... 针对空间机械臂携带的传统视觉系统面临图像数据量大、测量延迟高等问题,研究了基于事件相机驱动的空间机械臂视觉伺服控制方法.事件相机是一种低延迟的新型神经形态视觉传感器,具有超高时间分辨率和高动态范围,但其产生的异步事件流数据与传统相机完全不同,需要设计新的算法以适配事件流数据.基于迭代重加权拟合设计了适用于事件流数据的快速圆形特征检测与跟踪算法;发展了适配圆形特征的空间机械臂视觉伺服方法.实验表明提出的检测与跟踪算法在实现高跟踪成功率的同时还具有远超传统视觉算法的检测速度,此外从事件相机获得的高速特征反馈能够驱动机械臂完成更加精确的伺服运动. 展开更多
关键词 事件相机 空间机械臂 视觉伺服 特征检测与跟踪
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