并联机器人视觉技术及应用

并联机器人视觉技术及应用 
作者：孔令富，张世辉，窦燕 等著 
出版时间：2012年版 
内容简介 
　　 本书详细讨论了适合于并联机器人的新型视觉装置及其在应用过程中涉及的相关理论和技术问题。主要内容涉及并联机器人双目主动视觉监测平台装置的机械设计、电气控制设计、运动学模型、标定体系、正视观测模式与视觉跟踪及有关软件系统等。在此基础上，以并联机器人完成汉字雕刻为背景，给出了视觉并联雕刻机器人在刀具定位、刀具位姿与运动参数分析、刀具检测等方面的具体应用。书中还结合结构光和并联机器人技术介绍了并联机器人结构光视觉系统的设计方案、数据获取、多视点点云数据自动配准方法及在三维重构领域的应用。本书汇聚了作者近年来在智能并联机器人领域关于视觉技术的前沿研究成果，可作为自动化、机械工程、计算机等学科高年级本科生、研究生的选修教材，也可作为高等院校相关专业的教师、研究工作者及工程技术人员的参考书。 
目录 
 
前言 
第1章绪论1 
11并联机器人1 
111并联机器人的特点1 
112并联机器人的历史及应用2 
12机器视觉4 
121主动视觉4 
122主动视觉机构构型6 
13并联机器人视觉技术7 
131并联机器人的视觉需求7 
132几种典型的并联机器人视觉系统8 
133并联机器人双目主动视觉监测平台9 
134并联机器人结构光视觉系统11 
14本书主要内容12 
第2章并联机器人双目主动视觉监测平台样机设计与分析13 
21样机总体设计方案13 
22样机分析与设计14 
221几何模型创建14 
222定义约束和运动15 
223虚拟样机仿真分析16 
224样机有限元分析19 
23样机加工装配21 
第3章并联机器人双目主动视觉监测平台样机控制系统设计22 
31样机控制方案设计及主要设备选型22 
311控制方案设计22 
312主要设备选型22 
32样机伺服运动控制系统的研究25 
321电动机控制系统的设计25 
322FPGA+DSP的电动机运动控制卡25 
323交流伺服电动机运动控制26 
324步进电动机运动控制31 
33样机电气控制系统的组成36 
第4章并联机器人双目主动视觉监测平台运动学模型39 
41并联机器人双目主动视觉监测平台样机39 
42视觉平台的机构模型40 
43视觉平台的位置正反解模型42 
44视觉平台的速度正反解模型45 
45视觉平台的加速度正反解模型48 
第5章并联机器人双目主动视觉监测平台标定体系57 
51并联机器人双目主动视觉监测平台立体标靶块的设计57 
511立体标靶块的布局设计57 
512梯形靶面的标志点设计58 
52监测平台视觉模型的建立59 
521摄像机模型及标定59 
522摄像机的动态标定60 
523标定实验61 
53并联机器人双目主动视觉监测平台结构参数和脉冲控制当量的测定63 
531结构参数r及云台俯仰电动机脉冲控制当量Ep的测定64 
532结构参数θ及云台平转电动机脉冲控制当量Ef的测定65 
533丝杠电动机脉冲控制当量El的测定66 
534结构参数R及圆轨小车电动机脉冲控制当量Ec的测定66 
535结构参数和脉冲控制当量的测定结果67 
54样机机械加工精度测试68 
541圆轨平面度、圆度及与水平面的平行度测试68 
542丝杠直线度及与圆轨平面的垂直度测试70 
543圆轨小车电动机控制精度测试71 
544丝杠电动机控制精度测试72 
545云台俯仰、平转电动机控制精度测试73 
第6章并联机器人双目主动视觉监测平台正视观测模式与视觉跟踪75 
61并联机器人双目主动视觉平台光轴可达域的确定75 
62并联机器人双目主动视觉平台观测模式的定义76 
63摄像机观测注意点的转移77 
631摄像机观测注意点转移的假定77 
632摄像机观测注意点转移策略78 
64双目正视模式的调整策略86 
65双目正视模式下的视觉跟踪90 
66实验测试及结果92 
661凝视和正视调整测试92 
662正视模式下的视觉跟踪测试96 
第7章并联机器人双目主动视觉监测平台系统软件设计99 
71视觉平台系统软件总体设计99 
72控制系统软件设计100 
721伺服电动机运动模块101 
722数字云台控制模块102 
723摄像机控制模块102 
73视觉服务系统软件设计103 
731摄像机标定模块104 
732系统参数测定模块104 
733运动分析模块106 
74视觉系统和控制系统的数据交换108 
第8章并联机器人视觉监测与视觉导航应用研究110 
81视觉并联机器人汉字雕刻系统的总体设计110 
811工作原理110 
812主要功能111 
813系统硬件组成111 
814雕刻系统软件功能111 
82基于视觉注意机制的视觉并联雕刻机器人刀具检测112 
821SECO 模型113 
822目标图像的分割113 
823目标轮廓的感知114 
824实验结果及分析115 
83视觉并联机器人刀具位姿及运动参数分析117 
831圆台标靶设计及其视觉信息计算118 
832圆台标靶特征点的提取与坐标计算119 
833目标刀具位姿的计算120 
834基于扩展卡尔曼滤波的目标刀具运动分析120 
835实验结果123 
84视觉并联雕刻机器人刀具导向期望加工位置研究125 
841并联雕刻机器人刀具的视觉坐标与世界坐标126 
842并联雕刻机器人刀具导向理想工作点的方法研究127 
第9章并联机器人结构光视觉系统总体设计131 
91系统研究背景和意义131 
92系统工作原理132 
921光学三角测量法原理132 
922结构光的分类及选择132 
923编码结构光三维视觉原理133 
93系统结构与建模134 
931系统结构134 
932系统模型135 
第10章并联机器人结构光视觉系统标定及数据获取137 
101一种棋盘格图像内外角点检测算法137 
1011角点初定位138 
1012内部角点检测138 
1013外围角点检测139 
1014亚像素级角点定位140 
1015算法实现140 
1016实验及分析141 
102视觉系统中基于并联机构的摄像机线性标定方法143 
1021一阶径向畸变摄像机模型143 
1022借助并联机构构造虚拟三维标靶146 
1023摄像机参数标定147 
1024仿真实验149 
1025真实实验150 
103视觉系统中基于并联机构的结构光标定方法151 
1031基于De Bruijn序列的结构光校验编码方案152 
1032结构光编码的识别152 
1033基于并联机构动平台位姿信息的视点三维坐标计算153 
1034结构光平面方程求解156 
104视觉目标数据获取158 
第11章并联机器人结构光视觉系统点云配准及三维重构160 
111基于并联机构的结构光视觉系统多视点点云数据自动配准研究160 
1111视觉目标运动模式时的多视点点云自动配准160 
1112摄像机运动模式时的多视点点云自动配准162 
1113点云配准分析162 
112三维重构及现状分析163 
113并联机器人结构光视觉系统三维重构应用实例164 
参考文献167