画像領域分割による軌道計画・制御・検査の同時実現と3Dプリンタへの応用

通过图像区域划分同时实现轨迹规划、控制和检测并应用于3D打印机

基本信息

批准号：
21H01281
负责人：
山川雄司
金额：
$ 10.9万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01281/
关键词：
高速画像処理高速視覚制御画像領域分割処理

项目摘要

本研究では，高速画像処理技術および高速視覚制御技術を駆使し，独自に開発する手法と新規システムによって，軌道計画からノズル制御，画像検査までを同時に実現する方法論を提案することを目的としている．その実現のために，視覚センシング制御手法提案，デバイス開発，システム統合を行っている．特に，視覚センシング制御手法に関して，画像を注視領域に分割することにより，分割領域毎に異なる画像処理を行い，1枚の画像に対して複数の画像処理を高速かつ並列に処理することにより，計画・制御・検査を1ミリ秒毎に同時に実現することを目指している．2022年度は主に以下のサブテーマを実現した．(1) 画像処理手法の実装：昨年度検討した，高速カメラの画像を進行方向に対して3分割し，各領域を並列かつ高速に画像処理するアルゴリズムを実装し，実際に軌道計画・位置制御・検査に必要な画像特徴量の計算および抽出を可能にした．特に，モジュールの視覚制御のため，1秒間に1,000枚の画像処理を実現した．(2) モジュール開発：高速動作を可能にするためにシャフトモータを用いた2軸の駆動モジュールを設計し，制御系周辺を含め独自に開発した．高速カメラを搭載させ，(1)の高速画像処理結果を用いた視覚制御系も構築した．そのシステムに対して，運動制御性能を評価し，十分な性能を有することを確認した．加えて，産業用ロボットにも搭載可能にするため軽量化も考慮した構造を取り，実際に産業用ロボットに搭載し，駆動系の全体システムを構築した．これらに加えて，(3) 開発したモジュールを産業用ロボットに搭載し，運動制御した際に，それぞれのダイナミクスの干渉の影響を低減するための検討や，(4) 成形物の質を向上させるための制御ノズル（ディスペンサー）から吐出される材料の流量と速度に対する検討を行った．

这项研究旨在提出一种方法，该方法同时意识到使用独立开发的方法和新系统，使用完全使用高速图像处理和高速视觉控制技术开发的方法，从轨迹计划到喷嘴控制和图像检查。为了实现这一目标，我们提出了视觉传感控制方法，开发的设备和集成系统。特别是，关于视觉传感控制方法，目的是通过将图像分为凝视区域，为每个分隔区域执行不同的图像处理，并在高速下并行处理一个图像处理多个图像处理，以同时进行计划，控制和检查。在2022财政年度，主要实现了以下子主题：（1）图像处理方法的实现：我们实施了一种算法，将高速相机的图像划分为三个部分，并在旅行方向上进行三个部分，并以并行的速度并行执行图像处理，从而可以并行地计算和提取图像特征，从而能够控制和提取图像，并且可以控制和提取图像。特别是，对于模块的目视控制，每秒获得了1,000张图像。（2）模块开发：使用轴电动机设计了一个两轴驱动模块，以实现高速操作，并独立开发，包括控制系统周围的区域。安装了高速摄像头，并使用（1）中的高速图像处理结果构建了视觉控制系统。评估了系统的运动控制性能，并确认其具有足够的性能。此外，该结构被设计为轻量级，以便可以将其安装在工业机器人上，并实际上安装在工业机器人上以构建整个传动系统系统。除此之外，（3）我们研究了将开发模块安装在工业机器人和受控运动上时从每个动态的干扰的影响，并且（4）检查了从控制喷嘴（分配器）排出的材料的流速和速度以提高成型材料的质量。