Целью работы является исследование и анализ существующих маркерных систем, выявление достоинств и недостатков каждой из рассмотренных систем, а также разработка и реализация алгоритма позиционирования по маркерам выбранной системы. В ходе работы был проведен обзор систем позиционирований по камере, проведен анализ маркерных систем, в результате чего в качестве маркеров для позиционирования манипулятора был выбран маркер AprilTag в силу наибольшей точности и оптимальной скорости работы. Была рассмотрена система расположения маркеров в рабочем пространстве, разработан алгоритм и программная реализация для получения координат любого звена манипулятора относительно маркеров, задающих рабочее поле и с учетом их координат. Было проведено исследование скорости и точности разработанного алгоритма. Программная реализация свидетельствует о возможности использования выбранного подхода для позиционирования манипулятора, но есть ограничения по точности в зависимости от расположения маркеров и камеры и от ее качества характеристик.

The purpose of the work is to study and analyze existing marker systems, identify the advantages and disadvantages of each of the considered systems, as well as the development and implementation of a positioning algorithm based on the markers of the selected system. In the course of the work, a review of camera positioning systems was carried out, an analysis of marker systems was carried out, as a result, the AprilTag marker was chosen as markers for positioning the manipulator due to the highest accuracy and optimal speed of operation. The system of marker placement in the workspace was considered, an algorithm and software implementation were developed to obtain the coordinates of any link of the manipulator relative to the markers defining the working field and taking into account their coordinates. A study of the speed and accuracy of the developed algorithm was conducted. The software implementation indicates the possibility of using the chosen approach for positioning the manipulator, but there are limitations on accuracy depending on the location of markers and the camera and on its quality characteristics.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1 Обзор существующих решений
  • 1.1 Обзор методов позиционирования по камере
    • 1.1.1 Стерео зрение
    • 1.1.2 Метод лазерной триангуляции
    • 1.1.3 Метод RGB-D камер
    • 1.1.4 Метод одновременной локализации и картографирования (SLAM)
    • 1.1.5 Метод определения положения на основе геометрических данных
    • 1.1.6 Позиционирование по маркерам
  • 1.1.7 Сравнение методов позиционирования по камере
  • 1.2 Выводы по главе
  • 1.3 Обзор маркерных систем
    • 1.3.1 Библиотека ArtoolKit
    • 1.3.2 Библиотека ArTag
    • 1.3.3 Библиотека AprilTag
    • 1.3.4 Библиотека ArUco
    • 1.3.5 Библиотека WhyCon/WhyCode
  • 1.4 Сравнение маркерных систем
    • 1.4.1 Язык программирования и зависимости
    • 1.4.2 Точность
    • 1.4.3 Углы срабатывания
    • 1.4.4 Дальность срабатывания
    • 1.4.5 Быстродействие
  • 1.5 Выводы по главе
• 2 Математическое описание алгоритма позиционирования манипулятора по маркерам
  • 2.1 Калибровка камеры, нахождение внутренних параметров
  • 2.2 Расположение маркеров
  • 2.3 Переход из систем координат камеры к системе координат робота
    • 2.3.1 Расположение камеры на манипуляторе
    • 2.3.2 Расположение камеры со стороны
  • 2.4 Алгоритм получения положения в системе координат маркера
    • 2.4.1 Преобразовывая кватернион в матричный вид
    • 2.4.2 Работая непосредственно с кватернионом и координатами
  • 2.5 Выводы по главе
• 3 Программная реализация алгоритма
  • 3.1 Нахождение внутренних параметров камеры
  • 3.2 Добавление камеры в ROS
  • 3.3 Добавление маркеров в ROS
  • 3.4. Программная реализация перехода из системы координат камеры к системе координат схвата и базы
  • 3.5. Программная реализация алгоритма получения положения в системе координат маркера
    • 3.5.1. Реализация алгоритма перехода к системе координат маркера без преобразований
    • 3.5.2. Реализация алгоритма перехода к системе координат маркера с помощью преобразования кватерниона в матричный вид
  • 3.6. Демонстрация работы всей программы
  • 3.7 Исследование скорости и точности программной реализации
    • 3.7.1. Зависимость точности позиционирования от угла обзора
    • 3.7.2. Зависимость точности позиционирования от расстояния
    • 3.7.3. Зависимость точности позиционирования от расположения маркера в кадре
    • 3.7.4. Скорость работы функции
    • 3.7.5. Потери во время преобразований
  • 3.8. Позиционирование по нескольким маркерам
  • 3.8 Выводы по главе
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А