基于雙目立體視覺的機(jī)械臂伺服定位系統(tǒng)研究.pdf

1、服務(wù)型機(jī)器人不僅需要在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中運(yùn)動，更為重要的是需要具有操作能力，就好比人類做任何事情都離不開靈巧的手臂。服務(wù)型機(jī)器人的操作能力主要通過其安裝的機(jī)械臂來體現(xiàn)。當(dāng)被操作目標(biāo)在機(jī)器人坐標(biāo)系中的確切位置不可能預(yù)知時，僅僅依靠運(yùn)動學(xué)和運(yùn)動規(guī)劃的方法不可能實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂對目標(biāo)的操作。立體視覺是服務(wù)型機(jī)器人獲取環(huán)境信息最主要的傳感系統(tǒng)，因此，對基于雙目立體視覺的機(jī)械臂伺服定位系統(tǒng)進(jìn)行研究成為完成機(jī)器人操作任務(wù)的必要選擇，具有現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。<

2、br>　　 本文在構(gòu)建靈活度較高的六自由度虛擬機(jī)械臂和立體視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，研究了固定于工作空間之中的攝像機(jī)引導(dǎo)機(jī)械臂跟蹤目標(biāo)小球的定位視覺伺服系統(tǒng)（ECL系統(tǒng)）。論文完成的主要工作包括：
　　 （1）根據(jù)服務(wù)型機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺的需求，確定了機(jī)械臂的自由度及各關(guān)節(jié)和桿件間的結(jié)構(gòu)。在SolidWorks環(huán)境下構(gòu)建了一個六自由度開鏈?zhǔn)綑C(jī)械臂的三維仿真模型，并建立了該機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)模型。借助ADAMS虛擬樣機(jī)軟件進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證該機(jī)

3、械臂機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理性。
　　 （2）研究了基于雙目立體視覺的小球位姿檢測方法。采用雙目立體攝像機(jī)對處于復(fù)雜靜止背景下的運(yùn)動小球進(jìn)行檢測、跟蹤以及特征提取。利用雙目視差原理獲取特征點(diǎn)的深度信息，最終較準(zhǔn)確地得到了小球的圓心三維坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。
　　 （3）在Eye-to-hand視覺伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，研究了以雙目立體攝像機(jī)測得的運(yùn)動目標(biāo)位姿作為給定信息的位置給定型視覺伺服系統(tǒng)控制方法。利用ADAMS與Matlab進(jìn)行聯(lián)合仿真

4、實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了用實(shí)際雙目立體攝像機(jī)控制虛擬機(jī)械臂跟蹤運(yùn)動目標(biāo)小球的實(shí)驗(yàn)。
　　 （4）研究了模型預(yù)測控制（MVC）方法，并將該方法進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)用于機(jī)械臂關(guān)節(jié)的伺服控制。實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡跟蹤控制，仿真試驗(yàn)結(jié)果顯示該算法具有抑制干擾和受系統(tǒng)中不確定因素影響較小的特性。
　　 本論文的研究工作得到國家自然科學(xué)基金（N0.60774077）、國家863計(jì)劃（N0.2007AA042226）、北京市教育委員會科技計(jì)劃面上項(xiàng)目（N