爬壁機(jī)器人清洗玻璃表面運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與視覺(jué)傳感-中文翻譯

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爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 11爬壁機(jī)器人清洗玻璃表面運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與視覺(jué)傳感Dong Sun, Jian Zhu and Shiu Kit Tso Department of Manufacturing Engineering and Engineering Management City University of Hong Kong1.介紹發(fā)展需求的不斷增長(zhǎng),各種服務(wù)機(jī)器人減輕人類和危險(xiǎn)的工作,如清潔鏡面摩天大樓、消防救援、檢查,高管道和墻壁。顯示我們攀登機(jī)器人系統(tǒng)是最近發(fā)展起來(lái)的目的是清潔的玻璃杯的高層建筑,用吸盤堅(jiān)持玻璃和一個(gè)平移機(jī)構(gòu)來(lái)移動(dòng)。這個(gè)機(jī)器人可加速到 3米/分鐘,有能力跨越裂縫和障礙小于 35毫米的身高和 80毫米寬。利用一個(gè)靈活的腰,機(jī)器人可以很容易的調(diào)整方向。服務(wù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題中扮演著重要的角色,使機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)位置和避免或跨障礙運(yùn)動(dòng)軌跡。有相當(dāng)大的方法來(lái)解決這一文學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題或步行機(jī)器人車型,如 Lamiraux和Laumond(2001),Boissonnat等。(2000),Hasegawa 等。(2000),陳等人(1999),傷害和 Lumelsky(1999),Egerstedt和胡(2002),Mosemann 和 Wahl(2001),僅舉幾例。所有這些算法是不適合我們的清潔機(jī)器人的應(yīng)用。這是因?yàn)?1)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的爬壁機(jī)器人平動(dòng)的使用吸盤,它不同于其它機(jī)器人(2)爬壁機(jī)器人工作空間環(huán)境、即玻璃墻體,將其分為許多長(zhǎng)方形部分通過(guò)水平及垂直窗口框架,和機(jī)器人必須能穿過(guò)窗框要打掃所有的部分。因?yàn)檫@些特性,存在一個(gè)需求一個(gè)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方案應(yīng)用于爬壁機(jī)器人。另一個(gè)關(guān)鍵的爬壁機(jī)器人的成功在于有效的遙感應(yīng)用能力。做清掃工作在玻璃表面,清洗機(jī)器人必須知道什么時(shí)候開始或停止的清潔工作,如何控制取向(或運(yùn)動(dòng)方向),以及如何穿越窗框。因此,有必要測(cè)量機(jī)器人定位,機(jī)器人之間的距離和窗框距離,機(jī)器人之間的距離和骯臟的地方被打掃過(guò)了。近期的一些作品的傳感系統(tǒng)上的清潔機(jī)器人,在先前的文獻(xiàn)中(Malis等問(wèn)題,1999 分;馬等問(wèn)題,1999)。Simoncelli 丁曉萍。(2000)利用超聲波聲納自動(dòng)定位。Kurazume Hirose(2000)提出,所謂的“合作定位系統(tǒng)”搜索過(guò)程,直到達(dá)成目標(biāo)的位置。然而,在爬壁機(jī)器人在玻璃表面上看,許多傳統(tǒng)方法用激光、超聲波傳感器不能適用于測(cè)量等機(jī)器人之間的距離和窗框。這是因?yàn)榇翱虻母叨韧ǔ：艿?發(fā)出的光束傳感器是非常困難的,到達(dá)除非梁框架完全平行的玻璃表面。由于不可避免的安裝誤差,傳感器通常很難保證光束于玻璃表面是完全平行的。相機(jī)經(jīng)常用于機(jī)器人的定位、視覺(jué)伺服和視覺(jué)的指導(dǎo)。Malis 丁曉萍。(2000)使用了兩個(gè)照相機(jī)的空時(shí)二維和 2-1/2-D視覺(jué)伺服,并提出了一種多幅相機(jī)視覺(jué)伺服方法。然而,使用大量的相機(jī)不得適用于爬壁機(jī)器人原因1),幾臺(tái)攝像機(jī)很難建立一個(gè)大區(qū)域的交叉的視角 2),使用一個(gè)數(shù)字照相機(jī)增加體重,從而增加負(fù)荷使爬壁機(jī)器人的安全。在此分析基礎(chǔ)上,一個(gè)單一的鏡頭是機(jī)器人用來(lái)查找定位相機(jī)在多個(gè)方向等從一個(gè)位置。這種方法的缺點(diǎn)是,eigenspace測(cè)量性能將不同環(huán)境的變化。此外,深度資料遺失、之間的距離與相機(jī)無(wú)法衡量目標(biāo)由傳統(tǒng)單一的相機(jī)。這一章我們的方法解決上述兩個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和視覺(jué)傳感,爬壁清洗機(jī)器人。這一章是簡(jiǎn)述爬壁清洗機(jī)器人。在第二章,爬壁機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 22行了闡述。在第三節(jié),幾何規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的玻璃制品在多框架墻被提出了。第四節(jié),視覺(jué)傳感系統(tǒng)構(gòu)成的全方位 CCD攝像機(jī)和兩個(gè)激光二極管,被證明是可以使機(jī)器人,測(cè)定其取向和機(jī)器人之間的距離和窗框。在第五部分實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。最后,在第 6部分給出了結(jié)論。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 332.清掃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)清洗機(jī)器人系統(tǒng)包括一個(gè)移動(dòng)的爬壁機(jī)器人,一個(gè)支撐工具,壓縮機(jī),和一臺(tái)電腦。爬壁機(jī)器人的吸附在玻璃表面進(jìn)行清潔工作。汽車用品配套的電力和清洗液體。壓縮機(jī)作為空氣源。通過(guò)計(jì)算機(jī)之間的溝通和機(jī)器人,操作者可以仔細(xì)檢查和控制操作的機(jī)器人。發(fā)達(dá)的爬壁機(jī)器人有一個(gè)長(zhǎng)度為 1220毫米,寬度 1340毫米,高度為 370毫米,重 30公斤。這個(gè)機(jī)器人主要由兩個(gè)系列無(wú)桿氣缸相互垂直的,水平(X -)瓶是 400毫米,垂直(Y -)缸為 500毫米。執(zhí)行這些 2缸交替,機(jī)器人運(yùn)行于 X或 Y方向。2、四個(gè)簡(jiǎn)短的 Z -缸安裝在兩頭。通過(guò)拉伸或收縮活塞的桿這四缸,這個(gè)機(jī)器人能進(jìn)入 Z方向移動(dòng)。相交的兩個(gè)無(wú)桿氣缸,一個(gè)旋轉(zhuǎn)圓筒命名為機(jī)器人的腰部件,機(jī)器人可以繞 Z-軸旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)特殊設(shè)計(jì)的刷子,每個(gè)組成一個(gè)刮板和吸取系統(tǒng)的固定在臥式圓筒。刮板用清潔劑清潔臟斑點(diǎn)在玻璃表面。返回污水收集系統(tǒng)的配套工具回收。機(jī)器人擁有吸盤的附著力。四個(gè)吸盤,每一個(gè)都有一個(gè)直徑為 100毫米,每只腳上安裝 4個(gè)?？偸鶋|提供了一個(gè)吸力量足以承受 15公斤載荷。使用一個(gè)平動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)機(jī)制。桿對(duì)桿操作模式,這個(gè)機(jī)器人能完成一連串的動(dòng)作包括移動(dòng),旋轉(zhuǎn),穿越的障礙。機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)控制是通過(guò)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)氣缸。機(jī)器人每一步可旋轉(zhuǎn)周圍 1.6度 Z-軸向直到達(dá)到預(yù)期的姿勢(shì)。機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于主板和一個(gè)電腦。主計(jì)算機(jī)坐落在地上,被操作員直接操作。利用反饋信號(hào)的傳感器安裝在機(jī)器人電腦用來(lái)控制的機(jī)器人的姿勢(shì)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航使機(jī)器人在玻璃表面進(jìn)行工作。主計(jì)算機(jī)得到信息的狀況,并指出機(jī)器人視覺(jué)傳感系統(tǒng)與溝通的主機(jī)和副機(jī)與一個(gè) RS422鏈接。在緊急情況下,操作者可以直接控制機(jī)器人根據(jù)實(shí)際的情況。機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中達(dá)到通過(guò)交替吸并釋放吸盤安裝在水平和垂直系列無(wú)桿氣缸。開啟或關(guān)閉計(jì)算機(jī)發(fā)送信號(hào)發(fā)生器連接或斷開真空空氣源,從而吸引或釋放相應(yīng)的吸盤。真空度量其相對(duì)真空吸盤和檢查安全的機(jī)器人。要是真空吸盤程度小于-40 kPa,報(bào)警信號(hào)發(fā)送給主計(jì)算機(jī)。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 443.運(yùn)動(dòng)規(guī)劃簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),機(jī)器人橫向和縱向移動(dòng)來(lái)打掃整玻璃表面的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。作為一個(gè)例子,出發(fā)點(diǎn)是位于右上一側(cè)的玻璃。機(jī)器人邁向左側(cè)橫向而清潔玻璃表面。當(dāng)?shù)竭_(dá)邊界的玻璃部分,機(jī)器人向下移動(dòng)一個(gè)間距 l,然后向右后退水平。注意間距 l長(zhǎng)度是相等的磅的刷清洗的路徑,并且磅是由考慮畫筆的大小和尺寸的玻璃部分。重復(fù)上述過(guò)程,整個(gè)玻璃部分可清洗。結(jié)束點(diǎn)位于下邊的玻璃部分。清洗時(shí)可能會(huì)掉下來(lái)的污水,使下滑的玻璃表面臟。因此,應(yīng)該進(jìn)行清潔工作從上部下行。3.1定位調(diào)整機(jī)器人當(dāng)爬壁機(jī)器人沿著期望軌跡移動(dòng),機(jī)器人定位受各種干擾,尤其是通過(guò)重力的機(jī)器人本身。確保一個(gè)成功的軌跡后,機(jī)器人必須能自動(dòng)調(diào)整它的方向。機(jī)器人的定位測(cè)量視覺(jué)傳感器安裝在機(jī)器人,相對(duì)于窗框。兩激光二極管激光光送兩到窗框使圖像架可以得到。機(jī)器人的定位相對(duì)于窗框可以計(jì)算進(jìn)行分析和比較兩種激光圖像坐標(biāo)點(diǎn)。這測(cè)量的技術(shù)細(xì)節(jié)給出的在下一個(gè)部分。一種基于定向測(cè)量視覺(jué)傳感器、控制器促動(dòng)旋轉(zhuǎn)圓筒調(diào)整的方向的機(jī)器人。首先,吸盤安裝在垂直圓筒被釋放。其次,旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng),以旋轉(zhuǎn)的垂直圓筒。然后,吸盤吸立式缸體,與此同時(shí),吸盤在臥式圓筒被釋放。最后,再旋轉(zhuǎn)圓筒啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)臥式圓筒。3.2穿過(guò)窗框單獨(dú)的窗框玻璃幕墻的整體分成幾部分。清潔后一段,機(jī)器人必須能穿過(guò)縱向或橫向的窗框進(jìn)入一段。這兩個(gè)主要步驟穿過(guò)機(jī)器人在窗框有:1)測(cè)量機(jī)器人之間的距離和窗框機(jī)器人之間的距離和窗框,通過(guò)引入 d。當(dāng)這個(gè)距離接近于零,機(jī)器人準(zhǔn)備穿過(guò)窗框。視覺(jué)傳感器是用來(lái)量測(cè)之間的距離機(jī)器人與窗框。摘要根據(jù)三角,一個(gè)激光二極管是需要測(cè)量距離。距離測(cè)量,分析和計(jì)算了激光點(diǎn)像素坐標(biāo),基于位置和姿態(tài)的 CCD攝像機(jī)相對(duì)于激光二極管,它將會(huì)顯示在接下來(lái)的部分。2)穿越窗框測(cè)試后機(jī)器人之間的距離和窗框,機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃過(guò)的框架。四個(gè)超聲波傳感器安裝幫助機(jī)器人檢測(cè)是否已超越了吸盤窗框,在 D(= 300毫米)的距離是超聲波傳感器和邊界的吸盤。當(dāng)超聲傳感器交叉窗框、超聲波傳感器測(cè)量的相對(duì)位置高度表面的窗框。超聲波傳感器后穿過(guò)窗框,高度超聲波傳感器的測(cè)量是一個(gè)相對(duì)的玻璃表面。自從厚度測(cè)量這兩起案件中是不同的,機(jī)器人知道是否這個(gè)超聲波傳感器已越過(guò)窗框。當(dāng)超聲波傳感器在于窗框,機(jī)器人也知道什么時(shí)候吸盤會(huì)隨著超聲波傳感器窗框上移動(dòng)距離后。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 554.視覺(jué)傳感視覺(jué)傳感硬件系統(tǒng)包括一個(gè)導(dǎo)向與 CCD相機(jī)型號(hào)索尼 EVI-D30(J),兩激光二極管和捕獲的名片。兩激光二極管、固定攝影機(jī)“眼睛”的感應(yīng)系統(tǒng),將兩激光燈光發(fā)現(xiàn)窗戶框架和產(chǎn)生兩激光標(biāo)記。參考點(diǎn)之間的距離和窗框、導(dǎo)向和機(jī)器人相對(duì)于窗框,可以由圖像的像素坐標(biāo)分析 u和 v兩激光點(diǎn)在圖像平面。4.1位置測(cè)量三角理論將用于測(cè)量。(左的觀點(diǎn)闡述了機(jī)器人的位置是通過(guò)測(cè)量視覺(jué)傳感系統(tǒng)。發(fā)射角度的激光二極管為母語(yǔ)是 l .點(diǎn)激光標(biāo)記在窗框。二是相應(yīng)的點(diǎn)上像面母語(yǔ)負(fù)遷移現(xiàn)象,這就是我表示這幅圖的中心。治療的重點(diǎn)相機(jī)為本、F 數(shù),F-xbybzb 基坐標(biāo)系建立了框架代表,在關(guān)于坐標(biāo)軸平行爾的玻璃面和垂直于窗框、鐿關(guān)于坐標(biāo)軸平行兩窗框和玻璃表面,zb關(guān)于坐標(biāo)軸垂直于玻璃表面(xb-yb 平面)。采用 F相同的起源,另一個(gè)名叫相機(jī)坐標(biāo)系坐標(biāo)框架結(jié)構(gòu),表現(xiàn)為 F-xyz,也是建立,在 x軸的線平行光 I-F那是最主要的軸相機(jī),y 軸是一樣的中軸的基坐標(biāo)系鐿框架、z 軸垂直于 x - y平面。表示[x0、y0,z0]T(x,y,z)T 第和[x,y,z]噸 2兩坐標(biāo)點(diǎn) 2 L、L1 和 L2,分別。表示u和 v作為坐標(biāo)在像素圖像飛機(jī),半為像素坐標(biāo)和邊值問(wèn)題的焦點(diǎn)。4.2定位測(cè)量說(shuō)明了一個(gè)測(cè)量機(jī)器人的使用視覺(jué)傳感系統(tǒng)定位,兩個(gè)激光二極管是必要的。A點(diǎn)和 B點(diǎn)的激光二極管正在發(fā)起點(diǎn) 1和 2,分別。分 A1和 B1相應(yīng)的激光標(biāo)記在窗框。γ1 和 γ2 角激光二極管平底鍋 1和 2相對(duì)的相機(jī)。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 665.實(shí)驗(yàn)該機(jī)器人進(jìn)行測(cè)試,在一個(gè)玻璃幕墻清洗的學(xué)術(shù)建設(shè)在城市大學(xué)及香港,機(jī)器人操作,包括:1)調(diào)整方向旋轉(zhuǎn)腰部,2)清潔玻璃墻壁如此的傲慢,和 3)穿越窗框玻璃部分從一個(gè)到另一個(gè)部分。成功的示范表明,該爬壁機(jī)器人的自動(dòng)清洗玻璃幕墻和有效。機(jī)器人清潔玻璃幕墻,檢測(cè)的定位是很重要的機(jī)器人沿著期望軌跡,測(cè)量機(jī)器人之間的距離和窗框也是重要的來(lái)推斷機(jī)器人穿過(guò)窗框。一系列的試驗(yàn)進(jìn)行了有效性的評(píng)價(jià)視覺(jué)傳感系統(tǒng)在測(cè)量機(jī)器人的定位與機(jī)器人之間的距離和窗框。5.1測(cè)量機(jī)器人的位置首先,視覺(jué)傳感系統(tǒng)獲取圖像校準(zhǔn)和分析你或 v坐標(biāo)機(jī)器人是激光點(diǎn)在不同位置上的玻璃面標(biāo)定。用最小二乘法擬合,機(jī)器人之間的距離和窗框可以由校準(zhǔn)功能留下你坐標(biāo)的激光點(diǎn) uL(像素)和傾角攝像頭的 α(學(xué)位)。在 v的距離函數(shù)兩激光點(diǎn)坐標(biāo)的也發(fā)展。經(jīng)過(guò)比較,我們發(fā)現(xiàn)距離測(cè)量與你是更精確的協(xié)調(diào)與 v協(xié)調(diào)試驗(yàn)。11 無(wú)花果餅來(lái)。(a)和(b)的關(guān)系方程說(shuō)明描述(13)和(14),分別為。在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn),方程(13)是用來(lái)測(cè)量機(jī)器人的位置在玻璃表面。在那里取分表示該測(cè)量誤差與不同的路程,實(shí)線表示一個(gè)趨勢(shì)的測(cè)量誤差的距離增加。當(dāng)鏡頭移 90度逆時(shí)針,機(jī)器人之間的距離,左邊的窗框可以被測(cè)量。當(dāng)鏡頭移 90度順時(shí)針旋轉(zhuǎn),機(jī)器人之間的距離和正確的窗框可以被測(cè)量。解決問(wèn)題的誤差累積測(cè)量距離,視覺(jué)傳感器需要重置經(jīng)過(guò)幾個(gè)測(cè)量。注意攝影機(jī)扭曲影響測(cè)量的 d。測(cè)量誤差小(即< 10毫米)的距離,不大(即< 1000毫米)。如大的距離,相機(jī)畸變校正要考慮。5.2測(cè)量方向視覺(jué)傳感系統(tǒng)校準(zhǔn)來(lái)找到了進(jìn)一步的關(guān)系取向和你機(jī)器人坐標(biāo)的左翼和右翼的激光點(diǎn)的圖像。5.3的位置測(cè)量的骯臟的位置模式識(shí)別技術(shù)被使用來(lái)找出臟點(diǎn)清洗,然后得到圖像的激光標(biāo)記。方程(14)是用來(lái)測(cè)量機(jī)器人之間的距離和骯臟的位置。摘要依據(jù)實(shí)測(cè)距離和潘角的攝像機(jī)、位置的臟點(diǎn)可以被人知道的。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 776.結(jié)論本章的 persents申請(qǐng)的爬壁機(jī)器人的玻璃清洗服務(wù)。機(jī)器人是由兩個(gè)系列無(wú)桿氣缸和構(gòu)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)氣缸。這個(gè)機(jī)器人能調(diào)整其取向保持在期望軌跡的道路。工作完成后清洗玻璃幕墻的一個(gè)環(huán)節(jié),機(jī)器人可以跨越窗框進(jìn)入一段。一種視覺(jué)傳感系統(tǒng),它由一個(gè)全方位 CCD攝像機(jī)和兩個(gè)激光二極管用于測(cè)量機(jī)器人的位置和方位的玻璃上墻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的協(xié)助下運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與視覺(jué)傳感技術(shù),能完成工作的爬壁機(jī)器人的玻璃幕墻清洗效果。未來(lái)的工作將向發(fā)展中更有效率的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和減少尺寸/重量的爬壁機(jī)器人。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 887.承認(rèn)本研究得到了國(guó)立的部分資金來(lái)自研究資助局香港特別行政區(qū)、中國(guó)[參考沒(méi)有。城市﹞,格蘭特于香港城市大學(xué)(項(xiàng)目沒(méi)有。7002127)。爬壁清洗機(jī)器人（文獻(xiàn)翻譯） 998.參考Balaguer, C.; Gimenez, A.; Pastor, J. 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