一種基于目標(biāo)跟蹤的并聯(lián)機(jī)器人視覺(jué)檢測(cè)研究.pdf

1、在多自由度并聯(lián)機(jī)器人控制中，機(jī)器人末端操作器位姿信息是反映機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)，利用這些位姿信息，我們使用機(jī)器人的幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行參數(shù)的逆解，從而得到運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制參數(shù)。并聯(lián)機(jī)器人具有多自由度、運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜的特點(diǎn)，其位姿檢測(cè)要求同時(shí)能完成多個(gè)自由度的測(cè)量，位姿檢測(cè)是當(dāng)前大載荷系統(tǒng)檢測(cè)領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)手段使用接觸式傳感器，比如角度傳感器、速度傳感器、位移傳感器、角速度傳感器來(lái)檢測(cè)末端控制器的位姿，再將其檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換從系統(tǒng)

2、所需的反饋信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制。近年來(lái)通過(guò)視覺(jué)的方法來(lái)檢測(cè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而替代傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，受到越來(lái)越多的關(guān)注。相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)手段，計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)具有非接觸、智能、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的靈活性，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的測(cè)量，克服傳統(tǒng)檢測(cè)手段在并聯(lián)機(jī)器人位姿測(cè)量中遇到的困難。本文利用視覺(jué)檢測(cè)的方法，建立視覺(jué)檢測(cè)平臺(tái)并通過(guò)實(shí)時(shí)采集場(chǎng)景中被測(cè)物體圖像，利用單目的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)多自由度并聯(lián)機(jī)器人視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)信息集成

3、、處理。
　　 本文通過(guò)建立單目攝像頭的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)框架，利用目標(biāo)跟蹤的方法檢測(cè)一種具有3個(gè)輸入的2自由度冗余并聯(lián)機(jī)器人控制器末端，通過(guò)使用一種仿射不變性原理，利用控制器末端四個(gè)特征點(diǎn)來(lái)確定該控制器末端的實(shí)時(shí)位姿。本系統(tǒng)主要包括圖像的采集與傳輸、攝像機(jī)標(biāo)定、空間點(diǎn)坐標(biāo)重建、位姿測(cè)量四個(gè)部分。
　　 傳統(tǒng)的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，一般采用了模擬人眼的雙目視覺(jué)檢測(cè)框架，對(duì)于這種結(jié)構(gòu)在硬件連接上較為復(fù)雜，為了得到同一時(shí)刻的不同角度的圖像

4、，兩個(gè)攝像機(jī)之間同步要求較高，出現(xiàn)不同步的情況下，它的系統(tǒng)的結(jié)果將會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，因此對(duì)圖像采集卡的實(shí)時(shí)性和處理能力提出了更高的要求。
　　 本文采用了單目攝像頭作為系統(tǒng)的采集模塊，避免了因?yàn)殡p目攝像頭引起的硬件上的困難以及由于采集不同步而帶來(lái)的誤差，系統(tǒng)通過(guò)將Toshiba teli的工業(yè)彩色CCD相機(jī)CS5260BD/BDP與MatroxImaging公司的MatroxMorphis多通道圖像采集卡相連，再將圖像采集卡通過(guò)

5、PCI接口連接到PC機(jī)上，比較雙目系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本大大降低。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)觀測(cè)檢測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們利用結(jié)合MIL和Opencv相結(jié)合的方法，通過(guò)簡(jiǎn)單的函數(shù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的在線顯示。其次，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，提高系統(tǒng)地速度，根據(jù)張正友的標(biāo)定法來(lái)估算出攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)以及攝像機(jī)坐標(biāo)系與空間坐標(biāo)系的相對(duì)關(guān)系的矩陣參數(shù)。接著，對(duì)在控制器末端預(yù)制的四個(gè)特征點(diǎn)，它們的相對(duì)位置已知，我們通過(guò)引入Haar特征分類器，求取這四個(gè)點(diǎn)的圖像位置，再引入一種仿射