基于双目视觉的机器人定位技术研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：基于双目视觉的机器人定位技术研究英文并列题目：ResearchofRobotPositioningTechnologyBasedonBinocularVision研究生：何佳唯专业：机械工程研究方向：机械电子工程导师：平雪良指导小组成员：学位授予日期：2016年06月20号答辩委员会主席：张秋菊江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月摘要摘要随着科学技术水平的提升，机器人作为各项学科及技术的综合产品，得到了快速成长。智能化是机器人技术发展的首要目标，而机器视觉是提高智能化水平的关键因素之一，将机器视觉与机器人技术相融合，有利于提升机器人的自动化

2、水平及其工作效率。双目视觉作为机器视觉的一个关键成员，通过模拟人类双目实现对三维环境的感知，已被应用在工业检测、医学检查、军事侦察、机器人导航等多种生活生产领域，对双目视觉技术展开研究不仅能促进理论的发展，同时也富有实践意义。本文利用实验室自主研发的JNPF-6R串联工业机器人，搭建了机器人视觉系统，对基于双目视觉的机器人定位关键技术展开研究。本文首先研究了摄像机的成像模型及其成像过程中涉及到的参考坐标系，具体解释了摄像机最常用的小孔成像模型及摄像机的内外参模型，接着研究了双目视觉的两种模型及其基本原理；根据本文实际需求选择一般双目视觉模型方案，在完成硬件选型的基础上，设计并搭建了机

3、器人视觉硬件系统。针对摄像机内参标定，通过对比三种标定算法的优劣，选用张正友标定法对本文的系统进行标定，并优化实验参数结果；研究了手眼标定的数学模型及常用标定方法，在此研究基础上，将传统标定法与主动视觉标定法相结合，提出了一种机器人手眼关系混合标定方法，算法过程简洁易理解，避免了传统方程的复杂求解；利用摄像机的移动及对标定板外参的获取得到最终手眼参数，利用本文提出的标定方法通过编写Matlab程序进行手眼标定实验，并使用传统方程AX=XB对实验结果进行了验证，证明了此算法的精度及有效性。针对标定后采集图像中的噪声处理，详细研究了多种滤波方法的原理及编程验证，通过验证结果分析选择中值滤

4、波算法作为本文系统的图像预处理方法；详细研究了基于阈值的图像分割即二值化方法，针对已去噪的现场采集图片进行二值化实验，通过比较实验结果选择自定义阈值法作为本文采集图像的后续处理方法；针对处理后的左右图像，求解并匹配出左右图像中目标工件的中心点，得到中心点在左右两幅图像中的像素坐标，重点研究并推导了目标点的三维定位算法；在此算法基础上，利用两个像素坐标值和标定数据求解出目标点的三维位置信息。在机器人视觉定位技术的原理及算法的研究基础上，讨论了机器人视觉定位控制软件的设计和开发过程以及机器人视觉定位实例；根据实际需求分析软件需实现的主要功能，给出了软件设计的整体方案及总体框架；从软件的开

5、发环境入手，介绍软件编写所使用的语言及调用的函数库，对软件的各个模块进行图文详解。最后利用机器人视觉硬件系统及本文开发的软件完成了机器人视觉定位实例，验证了本文所研究方法的可行性及软件的可操作性。关键词：机器人；双目视觉；摄像机标定；图像处理；目标定位IAbstractAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,robotasaproductintegratingallsubjects,isblossomingrapidly.Intelligencehasbecometheprimarygoaltodeveloprobotics,

6、andmachinevisionisoneofthekeyfactorstoimproveintelligentlevel.Asakeymemberofmachinevision,binocularvisionhasbeenwidelyusedinmanyfieldsofproductionsuchasindustrialdetection,medicalexamination,robotnavigation,etc.Afurtherresearchonbinocularvisiontechniquecannotonlyacceleratethedevelopmentoftheory

7、,butalsohavepracticalsignificance.Thispaperbuiltaroboticvisionsystemusingtheself-developedindustrialrobotJNPF-6R,andstudiedontherobotlocationtechniquebasedonbinocularvision.Firstly,researchedtheimagingmodelofcameraandthereferencec