機(jī)械臂空間目標(biāo)視覺(jué)抓取的研究.pdf

1、在太空中,空間機(jī)械臂可以代替宇航員完成很多重要的工作,具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。機(jī)械臂在執(zhí)行空間任務(wù)時(shí),需要識(shí)別、跟蹤和抓取目標(biāo),視覺(jué)可以提供重要的感知信息。研究機(jī)械臂對(duì)空間目標(biāo)的視覺(jué)抓取,可以對(duì)非合作目標(biāo)的視覺(jué)算法、多自由度機(jī)械臂控制、攝像機(jī)參數(shù)的標(biāo)定及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的驗(yàn)證,為空間機(jī)械臂目標(biāo)抓取作業(yè)提供理論驗(yàn)證平臺(tái),具有重大的研究意義。
　　首先,利用機(jī)器視覺(jué),需要標(biāo)定攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)。攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)標(biāo)定可以使用M

2、ATLAB工具箱完成。針對(duì)固定于基座的雙目視覺(jué),結(jié)合使用幾何法和位姿分離法,對(duì)其外部參數(shù)完成了標(biāo)定。眼在手上系統(tǒng)的外部參數(shù)標(biāo)定對(duì)觀測(cè)噪聲比較敏感,傳統(tǒng)的分步標(biāo)定算法并不能滿(mǎn)足精度要求。本文使用非線性最優(yōu)手眼標(biāo)定方法,將旋轉(zhuǎn)量與平移量同步標(biāo)定,降低了噪聲的影響,提高了標(biāo)定精度。
　　然后,機(jī)器視覺(jué)對(duì)目標(biāo)物體的位姿進(jìn)行識(shí)別。對(duì)于圓特征物體而言可以轉(zhuǎn)化為求解三維空間中圓的位姿。如果不在圓上加以特殊標(biāo)記,難以在其投影中尋找對(duì)應(yīng)點(diǎn)。本文運(yùn)用

3、投影的全局信息完成了目標(biāo)三維重構(gòu)。圓在攝像機(jī)中的投影是一個(gè)橢圓,要重構(gòu)圓的空間姿態(tài),首先需要從圖像中獲取橢圓信息?；谧钚《朔?本文推導(dǎo)了橢圓擬合的線性方程,可以快速、實(shí)時(shí)地?cái)M合橢圓。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo),得到了根據(jù)橢圓參數(shù)計(jì)算三維空間中圓的位姿標(biāo)準(zhǔn)解法。在圓的位姿計(jì)算過(guò)程中,會(huì)出現(xiàn)存在兩種解的情況。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,利用歐氏空間中的角度不變性,唯一地確定了圓的位姿。
　　最后,根據(jù)視覺(jué)反饋控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。為完成抓取任務(wù),須估計(jì)目標(biāo)物體的運(yùn)

4、動(dòng)狀態(tài)。針對(duì)空間目標(biāo)可能會(huì)具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性,采用IMM算法估計(jì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),取得了較好的效果,并且仿真驗(yàn)證了其相對(duì)于卡爾曼濾波的優(yōu)越性。另外,基于位置的視覺(jué)伺服對(duì)圖像空間沒(méi)有控制,容易發(fā)生目標(biāo)物體脫離視野的情況。提出了一種基于速度補(bǔ)償?shù)囊晥?chǎng)控制算法:當(dāng)投影點(diǎn)接近視場(chǎng)邊緣時(shí),在求解投影點(diǎn)速度的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)攝像機(jī)補(bǔ)償速度。使用MATLAB驗(yàn)證了這種方法的有效性。
　　本文以空間目標(biāo)視覺(jué)抓取為應(yīng)用背景,搭建了空間機(jī)械臂視覺(jué)抓取地面實(shí)