RU139478U1 - Система управления роботизированным объектом - Google Patents
Система управления роботизированным объектом Download PDFInfo
- Publication number
- RU139478U1 RU139478U1 RU2013132262/02U RU2013132262U RU139478U1 RU 139478 U1 RU139478 U1 RU 139478U1 RU 2013132262/02 U RU2013132262/02 U RU 2013132262/02U RU 2013132262 U RU2013132262 U RU 2013132262U RU 139478 U1 RU139478 U1 RU 139478U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- robotic
- robotic object
- control
- control system
- current position
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
1. Система управления роботизированным объектом, содержащая две размещенные на расстоянии друг от друга синхронно работающие цифровые видеокамеры, оптические оси которых взаимно ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства, компьютер с установленным на нем программным обеспечением для получения трехмерного изображения окружающего объект пространства и контроля текущего положения роботизированного объекта и систему связи с роботизированным объектом, для передачи управляющих сигналов по перемещению объекта в зависимости от его текущего положения, отличающаяся тем, что видеокамеры размещены стационарно и независимо от роботизированного объекта, а сам роботизированный объект маркирован контрольными элементами, обеспечивающими возможность однозначного определения координат его текущего положения, визуализации поверхности посредством стереофотограмметрической обработки изображений с видеокамер с помощью программного обеспечения компьютера.2. Система управления роботизированным объектом по п.1, отличающаяся тем, что включает также емкость для сбора образцов, расположенную в окружающем роботизированный объект пространстве и маркированную контрольными элементами.3. Система управления роботизированным объектом по п.2, отличающаяся тем, что контрольные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух светодиодов, расположенных на каждом подвижном элементе роботизированного объекта и/или емкости для сбора образцов.4. Система управления роботизированным объектом по п.1, отличающаяся тем, что оптические оси видеокамер параллельны друг другу.
Description
Полезная модель относится к робототехнике, а именно, к системам управления робот-манипуляторами посадочного модуля космического аппарата (КА) и, кроме того, может быть использована в строительстве для управления строительной техникой, при реставрации архитектурных сооружений, при проведении саперных работ, для наведения и оценки качества бурения и т.д.
При управлении роботизированным объектом важно определить пространственные координаты цели и контролировать ее текущее положение в пространстве. Синхронная съемка цифровыми видеокамерами и стереофотограмметрическая обработка изображений в сочетании с автоматическим управлением позволяет с точностью до нескольких миллиметров определять координаты точки перемещения объекта и контролировать его пространственное положение. Для управления робот-манипулятором могут быть использованы линейные и угловые датчики перемещения, визуальное наблюдение, контроль по монокулярному изображению объекта, лазерное измерение дальности, монокулярная съемка сцены камерой, находящейся на объекте, а также стереосъемка поверхности и обработка изображений в ручном режиме при непосредственном участии оператора.
Из уровня техники известна система управления роботизированным объектом, включающая две размещенные на расстоянии друг от друга синхронно работающие цифровые видеокамеры, оптические оси которых взаимно ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства, компьютер с установленным на нем программным обеспечением, дающим возможность получения трехмерного изображения окружающего объект пространства и контроля текущего положения роботизированного объекта, и систему связи с роботизированным объектом, передающую управляющие сигналы по перемещению объекта в зависимости от его текущего положения (см. патент RU №2065133, кл. G01C 11/26, опубл. 10.08.1996). Недостатками известной системы управления являются низкая точность позиционирования роботизированного объекта, а также перегруженность вычислительной системы и, как следствие, малая скорость реагирования.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении идентификации текущего положения роботизированного объекта. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в системе управления роботизированным объектом, включающей две размещенные на расстоянии друг от друга синхронно работающие цифровые видеокамеры, оптические оси которых взаимно ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства, компьютер с установленным на нем программным обеспечением, дающим возможность получения трехмерного изображения окружающего объект пространства и контроля текущего положения роботизированного объекта, и систему связи с роботизированным объектом, передающую управляющие сигналы по перемещению объекта в зависимости от его текущего положения, видеокамеры размещены стационарно и независимо от роботизированного объекта, а сам роботизированный объект маркирован контрольными элементами, обеспечивающими возможность однозначного определения координат его текущего положения, визуализации на фоне поверхности посредством стереофотограмметрической обработки изображений с видеокамер с помощью программного обеспечения компьютера. Система управления роботизированным объектом может также включать емкость для сбора образцов, расположенную в окружающем роботизированный объект пространстве и маркированную контрольными элементами. Контрольные элементы предпочтительно выполнены в виде, по меньшей мере, двух светодиодов, расположенных на каждом подвижном элементе роботизированного объекта и/или емкости для сбора образцов. Оптические оси видеокамер предпочтительно параллельны друг другу.
На фиг.1 представлена схема определения элементов взаимного ориентирования;
на фиг.2 - предлагаемая система управления робот-манипулятором.
Управление роботизированным объектом 1 заключается в получении трехмерного изображения окружающего объект пространства и формировании управляющих сигналов по перемещению объекта в зависимости от его текущего положения. Изображение окружающего пространства получают с помощью входящих в состав системы управления двух размещенных на расстоянии друг от друга синхронно работающих цифровых видеокамер 2 и 3 и компьютера 4 с установленным на нем программным обеспечением. Видеокамеры 2 и 3 размещены стационарно и независимо от объекта 1 и образуют стереосистему. Оптические оси видеокамер 2 и 3 параллельны и ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства. Программное обеспечение компьютера 4 осуществляет стереофотограмметрическую обработку изображений с видеокамер 2 и 3, формирование и визуализирует трехмерное изображение поверхности и роботизированного объекта 1. Каждый подвижный элемент объекта 1 маркирован двумя контрольными элементами в виде светодиодов 5. Координаты текущего положения объекта 1 относительно поверхности однозначно определяют и контролируют с помощью программного обеспечения компьютера 4 на основе зарегистрированных видеокамерами 2-3 данных о положении контрольных светодиодов 5. Для осуществления управления предлагаемая система снабжена системой связи (на чертежах не показана) с роботизированным объектом, передающей управляющие сигналы по перемещению объекта 1 в зависимости от его текущего положения.
Если роботизированный объект 1 используется с целью дальнейшего детального исследования наблюдаемых предметов, в окружающем пространстве располагают емкость для сбора образцов, также маркированную контрольными светодиодами. С помощью программного обеспечения компьютера 4 контролируют текущее положение емкости для сбора образцов 6 относительно объекта 1 с помощью стереосистемы видеокамер 2 и 3. Таким образом, предлагаемая система управления позволяет выполнять автоматизированный захват предметов окружающего пространства, контролируя положение роботизированного объекта сначала относительно предмета, указанного в качестве цели, а затем, после его захвата, относительно емкости для сбора образцов.
Установленное на компьютере 4 программное обеспечение позволяет принимать, обрабатывать, визуализировать объект 1 и поверхность, по которой он перемещается в 3-х мерном режиме, а также проводить стереоскопические измерения. Контроль положения светодиодов 5 может осуществляться с субпиксельной точностью.
Основными преимуществами заявленного управления являются:
1. Возможность автоматического выполнения процедуры взаимного ориентирования снимков.
2. Наличие контрольных светодиодов непосредственно на роботизированном объекте.
3. Контроль положения объекта с точностью до долей элемента разрешения.
4. Стереоскопический режим наведения на цель.
5. Трехмерная визуализация поверхности окружающего роботизированный объект пространства и объекта.
Предлагаемая система управления работает следующим образом.
Предварительная подготовка.
С целью связи координат изображений в видеокамерах 2 и 3 с пространственной системой координат объекта 1 проводится предварительная подготовка. Для этого выполняется стереосъемка участка для работы объекта 1. Видеокамеры 2 и 3, проводящие съемку, предварительно откалиброваны (определены элементы внутреннего ориентирования) и исправлены за фотограмметрическую дисторсию.
При работе в ручном режиме выполняется процедура взаимного ориентирования видеокамер 2-3. Для этого оператор определяет координаты выбранных им контурных объектов на двух изображениях. Контурные объекты выбираются по периметру перекрытия двух изображений. Необходимо выбрать, по крайней мере, шесть точек.
В программном обеспечении также предусмотрена возможность применения автоматизированного поиска контурных объектов на изображении с использованием фильтра Харриса, который позволяет детектировать угловые перепады яркости на изображении.
По координатам выбранных объектов, используя значение базиса съемки (В) (расстояния между узловыми точками камеры), строятся уравнения компланарности:
r1 - направление на изображение контурного объекта в видеокамере 2,
r2 - направление на изображение контурного объекта в видеокамере 3.
Кроме векторов r1, r2 на фиг.1 изображены
Р - контурный объект, изобразившийся на обоих снимках
S1 - узловая точка объектива левой видеокамеры 2,
S2 - узловая точка объектива правой видеокамеры 3.
Неизвестными в уравнениях являются: два угла наклона левой видеокамеры 2 и три угла наклона правой видеокамеры 3 относительно базисной системы координат. Ось Х базисной системы координат проходит от задней узловой точки левой видеокамеры 2 к задней узловой точке правой видеокамеры 3. Ось Z базисной системы координат перпендикулярна базису и расположена в плоскости, заданной базисом и направлением на центр снимка с видеокамеры 2. Ось Y дополняет систему координат до правой.
Система уравнений компланарности решается методом последовательных приближений по методу наименьших квадратов.
Используя формулы фотограмметрической засечки, приведенные ниже, вычисляют пространственные координаты выбранных точек контурных объектов в базисной системе координат:
ХР, YP, ZP - координаты точки контурного объекта.
li mi, ni - направляющие косинусы на изображение объекта i-й камеры.
Указанное управление позволяет исправлять изображения за фотограмметрическую дисторсию, провести их поворот в 3-х мерном пространстве на углы взаимного ориентирования и отобразить в стереоскопическом режиме.
В программном обеспечении реализован режим стереоизмерений. Он позволяет наводить перекрестие на выбранный объект и изменять его пространственные координаты по дальности, по вертикали и по горизонтали. Внешнее ориентирование снимков выполняется с использованием роботизированного объекта 1. Объект 1 перемещается согласно управляющим сигналам из начального положения вперед, вправо, назад и влево. Локализация изображений проводится в автоматическом режиме по положению контрольных светодиодов 5.
Затем рассчитываются пространственные координаты в базисной системе координат. Используя вертикальный и горизонтальный счетчик линейного перемещения, определяются координаты X, Y в системе координат объекта. Координата Z принимается равной нулю. Уравнения связи между координатами точек в базисной системе координат и координатами точек объекта составляются для каждой из пяти точек.
X, Y, Z - координаты точки в объектовой системе координат,
Xs, Ys, Zs - координаты центра базисной системы координат,
А - матрица перехода от базисной системы координат к объектной системе координат,
t - масштабный множитель.
В результате решения построенной системы определяются элементы внешнего ориентирования для пары видеокамер 2 и 3. К ним относятся: координаты задней узловой точки снимка с левой видеокамеры 2 в системе координат объекта, три угла наклона базисной системы координат относительно системы координат объекта и масштабный множитель. После этого по вышеуказанным формулам вычисляются координаты точек цифровой модели поверхности в системе координат роботизированного объекта 1.
Выбор цели
Оператор в стереоскопическом режиме выбирает интересующее его место, в которое должен переместиться роботизированный объект 1. Фиксируются координаты на левом и правом изображении видеокамер 2 и 3 соответственно. Вычисляются координаты в базисной и объектной системе координат.
Также имеется возможность выбирать координаты на левом и правом снимках цели перемещения при отсутствии стереоотображения на персональном компьютере.
Контроль положения робот-манипулятора
Проводится регулярная съемка движущегося объекта 1 с включенными светодиодами 5 и с малым временем экспонирования, подобранным таким образом, чтобы скрыть изображение области перемещения объекта. Затем выполняется локализация изображений светодиодов 5, превышающих установленный порог и определение координат их взвешенных центров с субпиксельной точностью. Далее определяется соответствие между изображениями светодиодов, полученных правой видеокамерой 3 и левой видеокамерой 2. При этом контролируется совпадение по допустимой разности ординат на двух изображениях, по допустимой разности двух ближайших расстояний и по допустимой разности углов ориентации двух ближайших направлений.
После установки соответствия рассчитываются пространственные координаты светодиодов 5 в базисной и объектной системе координат. По этим координатам объект 1 при помощи средств OpenGL отображается в области трехмерного просмотра вместе с 3-х мерным изображением поверхности и при проведении стереоскопических измерений вместе с трансформированными и исправленными за дисторсию изображениями. Измеренные пространственные координаты движущегося объекта протоколируются.
Автоматизированная идентификация положения объекта по легко детектируемым контрольным светодиодам позволяет значительно упростить и повысить точность позиционирования, разгрузить вычислительную систему и, как следствие, увеличить скорость реагирования предлагаемой системы управления.
Claims (4)
1. Система управления роботизированным объектом, содержащая две размещенные на расстоянии друг от друга синхронно работающие цифровые видеокамеры, оптические оси которых взаимно ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства, компьютер с установленным на нем программным обеспечением для получения трехмерного изображения окружающего объект пространства и контроля текущего положения роботизированного объекта и систему связи с роботизированным объектом, для передачи управляющих сигналов по перемещению объекта в зависимости от его текущего положения, отличающаяся тем, что видеокамеры размещены стационарно и независимо от роботизированного объекта, а сам роботизированный объект маркирован контрольными элементами, обеспечивающими возможность однозначного определения координат его текущего положения, визуализации поверхности посредством стереофотограмметрической обработки изображений с видеокамер с помощью программного обеспечения компьютера.
2. Система управления роботизированным объектом по п.1, отличающаяся тем, что включает также емкость для сбора образцов, расположенную в окружающем роботизированный объект пространстве и маркированную контрольными элементами.
3. Система управления роботизированным объектом по п.2, отличающаяся тем, что контрольные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух светодиодов, расположенных на каждом подвижном элементе роботизированного объекта и/или емкости для сбора образцов.
4. Система управления роботизированным объектом по п.1, отличающаяся тем, что оптические оси видеокамер параллельны друг другу.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132262/02U RU139478U1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Система управления роботизированным объектом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013132262/02U RU139478U1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Система управления роботизированным объектом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU139478U1 true RU139478U1 (ru) | 2014-04-20 |
Family
ID=50481318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013132262/02U RU139478U1 (ru) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Система управления роботизированным объектом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU139478U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2594545C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для управления исполнительным органом станка, имеющим не менее трех степеней свободы |
| RU2626244C1 (ru) * | 2016-07-04 | 2017-07-25 | Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" | Способ и система позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме |
| RU2721769C1 (ru) * | 2019-08-28 | 2020-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Стенд для контроля контурных перемещений гибкого манипулятора |
-
2013
- 2013-07-12 RU RU2013132262/02U patent/RU139478U1/ru active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2594545C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Устройство для управления исполнительным органом станка, имеющим не менее трех степеней свободы |
| RU2626244C1 (ru) * | 2016-07-04 | 2017-07-25 | Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" | Способ и система позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме |
| RU2721769C1 (ru) * | 2019-08-28 | 2020-05-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Стенд для контроля контурных перемещений гибкого манипулятора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101988083B1 (ko) | 가동 타겟 오브젝트의 위치 탐색을 위한 시스템 및 방법 | |
| CN108227929B (zh) | 基于bim技术的增强现实放样系统及实现方法 | |
| CN108177143A (zh) | 一种基于激光视觉引导的机器人定位抓取方法及系统 | |
| CN105043246A (zh) | 探测设备、探测方法和操纵器 | |
| CN110136047B (zh) | 一种车载单目图像中静止目标三维信息获取方法 | |
| JPWO2017119202A1 (ja) | 構造物の部材特定装置及び方法 | |
| WO2019144269A1 (zh) | 多目摄像系统、终端设备及机器人 | |
| CN114838668B (zh) | 一种隧道位移监测方法及系统 | |
| CN106352871A (zh) | 一种基于天花板人工信标的视觉室内定位系统和方法 | |
| CN109444916A (zh) | 一种无人驾驶可行驶区域确定装置及方法 | |
| Aliakbarpour et al. | An efficient algorithm for extrinsic calibration between a 3d laser range finder and a stereo camera for surveillance | |
| CN110992487A (zh) | 手持式飞机油箱快速三维地图重建装置及重建方法 | |
| RU139478U1 (ru) | Система управления роботизированным объектом | |
| CN111640156A (zh) | 针对室外弱纹理目标的三维重建方法、设备及存储设备 | |
| CN111780715A (zh) | 一种视觉测距方法 | |
| CN110849269A (zh) | 一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法 | |
| WO2020130006A1 (ja) | 情報投影システム、制御装置、及び情報投影方法 | |
| Zalud et al. | Calibration and evaluation of parameters in a 3D proximity rotating scanner | |
| CN113012238B (zh) | 一种多深度相机快速标定与数据融合的方法 | |
| Muffert et al. | The estimation of spatial positions by using an omnidirectional camera system | |
| CN113781576A (zh) | 多自由度位姿实时调整的双目视觉检测系统、方法、装置 | |
| Yamauchi et al. | Calibration of a structured light system by observing planar object from unknown viewpoints | |
| Doskocil et al. | Measurement of distance by single visual camera at robot sensor systems | |
| CN104296658A (zh) | 一种基于虚拟双目视觉的石壁爆破孔检测与定位装置及定位方法 | |
| WO2020024150A1 (zh) | 地图处理方法、设备、计算机可读存储介质 |