基于机器人视觉的CRTSⅢ型板自动化检测系统关键技术研究

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1、国内图书分类号：U238密级：公开国际图书分类号：625.1西南交通大学研究生学位论文基于机器人视觉的CRTSⅢ型板自动化检测系统关键技术研究年级2015级姓名罗保林申请学位级别工程硕士专业测绘工程指导教师张献州教授二零一八年五月二十日ClassifiedIndex:U238U.D.C:625.1SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEARCHONKEYTECHNOLOGYINAUTOMATICDETECTIONSYSTEMOFCRTSⅢTRACKSLABBASEDO

2、NROBOTICVISIONGrade:2015Candidate:LuoBaolinAcademicDegreeAppliedfor:Master’sdegreeSpeciality:SurveyingAndMappingEngineeringSupervisor:Prof.ZhangXianzhouMay.20,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要CRTSⅢ型轨道板作为我国独立自主知识产权的科技成果，是高速铁路无砟轨道技术国产化进程中的重要组成部分。目前对CRTSⅢ型轨道板外形尺寸偏差的检测仍然以借鉴国外技术

3、的全站仪加检测工装方法为主，该方法检测效率低、使用工装多，同时在控制测量精度、简化操作流程等方面也具有诸多的局限性，不能很好地满足快速、高效、自动化的高精度检测需求。随着现代测量技术和工业自动化技术的发展，多学科融合的新型检测模式成为众多学者研究的热点。本文将工业机器人技术和双目拍照式三维扫描技术相融合的机器人视觉技术引入CRTSⅢ型板的自动化检测系统中，并对整个系统作业流程所涉及的相关关键技术进行研究和实现，各环节主要工作如下：1、通过对机器人系统和三维扫描仪系统的研究，设计了自动化检测集成系统的功能及构架；研究了机器人、

4、三维扫描仪和点云处理软件之间的跨平台、跨语言信息交互技术；实现了软硬件的一体化集成。2、在完成系统集成的基础上，对检测过程中机器人的安全运动轨迹进行了规划和编程；对机器人系统、扫描仪系统与中心控制软件之间的通讯协议进行设计；实现了集成系统在检测过程中的信息识别和自动化控制。3、针对传统机器人与扫描仪手眼标定方法中未知量多，计算复杂的特点，研究并提出了一种基于罗德里格矩阵和整体最小二乘组合的改进方法，其中罗德里格矩阵实现了对未知量的降维，整体最小二乘顾及了系数矩阵的误差。通过大量数据分析表明改进后的手眼标定方法较传统方法在稳定

5、性和精度上有所提高，更加适合本系统机器人与扫描仪的手眼标定。4、将摄像机系统中的手眼标定思想引入三维扫描仪的手眼标定中，提出了一种基于任意姿态的扫描仪手眼标定方法，该方法只需从任意位置对靶标进行多次扫描即可实现系统的快速粗标定，简化了分步式手眼标定的繁琐步骤。最后，本文对相关研究成果、理论和技术进行了编程实现。开发了基于机器人视觉的CRTSⅢ型板自动化检测系统软件，并在某CRTSⅢ型板场中进行了实际应用，实现了从设备控制、数据采集、数据处理到成果入库管理的一体化。关键词：机器人视觉；CRTSⅢ型板；系统集成；自动化检测；手眼

6、标定西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractAsascientificandtechnologicalachievementofChina’sindependentintellectualrights,theCRTSⅢtrackslabisanimportantpartoftherealizationofthelocalizationofChina’shigh-speedrailwayballastlesstracktechnology.Atpresent,themaindetectionmethodsofth

7、eCRTSⅢtrackslabdimensionaldeviationusuallyreferencetheabroadwaysusingthetotalstationanddetectiontoolswhiledetcting.Thismethodhaslowdetectionefficiencyandoccupiesalotoftools.Furthermore,italsohasmanylimitsincontrollingmeasurementaccuracyandsimplifyingoperationsteps.

8、Thus,themethodusingthetotalstationanddetectiontoolswhiledetectingisnotabletomeetthenecessityofrapid,efficient,automaticandaccuratedetection.Witht