Lokalisierung biegeschlaffer Bauteile durch 3D-Stereovision

Lokalisierung der Konfiguration

Aufgrund der stetigen Veränderung der makroskopischen Form biegeschlaffer Objekte während der Manipulation, können herkömmliche Ansätze der Bildverarbeitung, wie klassisches Template-Matching, nicht für die Lokalisierung von LDO genutzt werden. Der vom ISW verfolgte Ansatz arbeitet daher mit einer statischen Hand-Auge-Kalibrierung in Kombination mit einem neuen Algorithmus zur Bestimmung der Konfiguration des LDOs. Die Hand-Auge-Kalibrierung ermittelt die geometrische Beziehung zwischen Roboter- und Kamerasystem. Nach der Transformation der Punktwolke ins Roboterkoordinatensystem, ermittelt der Algorithmus die aktuelle Konfiguration des Objekts. Für die Bestimmung der Konfiguration wird der kontinuierliche 3D-Körper des LDO vereinfacht über seine Mittellinie durch den Querschnitt, als Raumkurve (Skelettlinie), angenähert. Messtechnisch lässt sich jedoch nur die für die Kamera sichtbare Oberfläche des Objekts erfassen und als Punktwolke darstellen. Daher werden zunächst die Oberflächennormalen der Punktewolke berechnet und zur Kamera hin orientiert. Idealerweise schneiden sich diese Normalen der halbrunden Oberfläche in der Skelettlinie des zu erkennenden LDOs. Eine Verschiebung um den Radius entlang der negativen Oberflächennormalen projiziert damit die Punkte von der Oberfläche auf die gesuchte Skelettlinie. Über eine numerische Optimierung lässt sich dann eine Funktion finden, welche die Skelettlinie aus den projizierten Punktwolkedaten bestmöglich approximiert. Um die so berechnete Skelettlinie in der Simulation verwenden zu können, muss diese in eine diskrete Form überführt werden. Der Diskretisierungsschritt erfolgt indem die berechnete Skelettlinie in gleich lange Segmente unterteilt wird. Die Diskretisierung ist allerdings lediglich eine Vereinfachung der tatsächlichen gekrümmten Form des Objektes, die zwangsläufig zu einem geometrischen Fehler zwischen der realen, kontinuierlichen Konfiguration und der digitalen Darstellung in der Simulation führt. Bei ausreichend vielen Segmenten mit hinreichend geringer Segmentlänge kann dieser Fehler reduziert werden. Allerdings steigt hierdurch aber der Bedarf an Rechenleistung für das Simulationsmodell. Bei dem vom ISW entwickelten Algorithmus lässt sich über eine definierte Fehlergrenze ein maximal erlaubter geometrischer Fehler einstellen, sodass die resultierende Segmentanzahl ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Rechenzeit und Genauigkeit erzielt.

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ISW Institut für Steuerungstechnik der
www.isw.uni-stuttgart.de

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