کالیبراسیون ربات به کمک دوربین ۲۰۱۸
Camera-Aided Robot Calibration 2018

کالیبراسیون ربات فرآیند افزایش دقت یک ربات از طریق اصلاح نرم‌افزار کنترلی آن است. این کتاب به شکلی جامع به تئوری و اجرای کالیبراسیون ربات با استفاده از فناوری بینایی ماشین می‌پردازد. این تنها کتابی است که کل فرآیند کالیبراسیون ربات مبتنی بر بینایی را پوشش می‌دهد، از جمله مدل‌سازی سینماتیکی، کالیبراسیون دوربین، اندازه‌گیری وضعیت، شناسایی پارامترهای خطا و جبران‌سازی.

کتاب با مروری بر تکنیک‌های موجود برای کالیبراسیون ربات، با تاکید بر تکنیک‌های مبتنی بر بینایی، آغاز می‌شود. سپس سیستم‌های مختلف ربات-دوربین را شرح می‌دهد. از آنجایی که دوربین‌ها به عنوان ابزارهای اندازه‌گیری اصلی استفاده می‌شوند، تکنیک‌های کالیبراسیون دوربین نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند.

“کالیبراسیون ربات به کمک دوربین” به بررسی ویژگی‌های تکنیک‌های مدل‌سازی سینماتیکی می‌پردازد که برای کالیبراسیون ربات مناسب هستند. این کتاب، قرارداد شناخته‌شده مدل‌سازی دناویت-هارتنبرگ (D-H) را خلاصه می‌کند و معایب مدل D-H برای کالیبراسیون ربات را نشان می‌دهد. کتاب مدل کامل و پیوسته پارامتری (CPC) و مدل اصلاح‌شده CPC را توسعه می‌دهد که بر تکینگی‌های مدل D-H غلبه می‌کنند. مدل‌های خطای مبتنی بر این قراردادهای مدل‌سازی سینماتیکی ربات ارائه شده‌اند.

هیچ کتاب دیگری به مسئله مهم و کاربردی کالیبراسیون دست/چشم نمی‌پردازد. این کتاب، آخرین دستاوردهای تحقیقاتی را خلاصه می‌کند و مزایا و معایب رویکردهای مختلف در این زمینه را نشان می‌دهد. کتاب به تفصیل در مورد مرحله نهایی کالیبراسیون ربات – جبران‌سازی دقت – با استفاده از پارامترهای خطای سینماتیکی شناسایی شده بحث می‌کند. الگوریتم‌های جبران‌سازی دقت، از جمله الگوریتم‌های بصری تعریف مجدد نقطه وظیفه و ژاکوبین معکوس و الگوریتم‌های پیشرفته‌تر مبتنی بر نظریه کنترل بهینه، که به ویژه برای دستکاری‌کننده‌های بسیار افزونه جذاب هستند، را ارائه می‌دهد.

“کالیبراسیون ربات به کمک دوربین” شاخص‌های عملکردی را تعریف می‌کند که برای انتخاب بهینه آفلاین پیکربندی‌های اندازه‌گیری طراحی شده‌اند. سپس سه رویکرد را شرح می‌دهد: فرم بسته، مبتنی بر گرادیان و بهینه‌سازی آماری. مطالعه موردی گنجانده شده، نتایج تجربی به دست آمده از کالیبراسیون ربات‌های صنعتی رایج را ارائه می‌دهد. مراحل مختلف عملکرد به تفصیل شرح داده شده است و کاربرد تکنیک‌های پیشنهادی برای کالیبراسیون ربات را نشان می‌دهد. پیوست‌ها مطالب مقدماتی را برای درک آسان‌تر موضوع در اختیار خوانندگان قرار می‌دهند. “کالیبراسیون ربات به کمک دوربین” مرجعی ضروری برای محققان و مهندسان شاغل است – تنها منبعی که تمام اطلاعات مورد نیاز را در خود دارد!

Robot calibration is the process of enhancing the accuracy of a robot by modifying its control software. This book provides a comprehensive treatment of the theory and implementation of robot calibration using computer vision technology. It is the only book to cover the entire process of vision-based robot calibration, including kinematic modeling, camera calibration, pose measurement, error parameter identification, and compensation.

The book starts with an overview of available techniques for robot calibration, with an emphasis on vision-based techniques. It then describes various robot-camera systems. Since cameras are used as major measuring devices, camera calibration techniques are reviewed.

Camera-Aided Robot Calibration studies the properties of kinematic modeling techniques that are suitable for robot calibration. It summarizes the well-known Denavit-Hartenberg (D-H) modeling convention and indicates the drawbacks of the D-H model for robot calibration. The book develops the Complete and Parametrically Continuous (CPC) model and the modified CPC model, that overcome the D-H model singularities. The error models based on these robot kinematic modeling conventions are presented.

No other book available addresses the important, practical issue of hand/eye calibration. This book summarizes current research developments and demonstrates the pros and cons of various approaches in this area. The book discusses in detail the final stage of robot calibration – accuracy compensation – using the identified kinematic error parameters. It offers accuracy compensation algorithms, including the intuitive task-point redefinition and inverse-Jacobian algorithms and more advanced algorithms based on optimal control theory, which are particularly attractive for highly redundant manipulators.

Camera-Aided Robot Calibration defines performance indices that are designed for off-line, optimal selection of measurement configurations. It then describes three approaches: closed-form, gradient-based, and statistical optimization. The included case study presents experimental results that were obtained by calibrating common industrial robots. Different stages of operation are detailed, illustrating the applicability of the suggested techniques for robot calibration. Appendices provide readers with preliminary materials for easier comprehension of the subject matter. Camera-Aided Robot Calibration is a must-have reference for researchers and practicing engineers-the only one with all the information!