基于光學(xué)視覺伺服的機械臂軟件控制系統(tǒng).pdf

1、機器人作為二十世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，在電子信息工業(yè)中扮演越來越重要的角色，是一個目前被廣泛研究和運用的領(lǐng)域，它的研究水平和應(yīng)用水平也是衡量一個國家工業(yè)自動化發(fā)展水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。
　　基于光學(xué)視覺伺服的機械臂作為機器人系統(tǒng)發(fā)展的一個分支，是當(dāng)今自動控制領(lǐng)域的研究熱點，它涉及許多研究領(lǐng)域，包括計算機視覺、運動學(xué)、控制理論、人工智能、傳感技術(shù)、圖像處理、仿生學(xué)等多門學(xué)科。而我國機械臂產(chǎn)業(yè)起步較晚，對軟件系統(tǒng)的研究更是少有涉及，因此，對光

2、電視覺伺服機械臂軟件系統(tǒng)的研究不僅具有普遍的工程意義，還具有深入的理論意義。
　　本論文主要完成了對基于視覺伺服光電機械臂系統(tǒng)軟件部分、運動控制部分以及視覺圖像處理部分的設(shè)計與實現(xiàn)。在搭建軟硬件平臺以及算法優(yōu)化的基礎(chǔ)上，完成可靠通信協(xié)議的設(shè)計，實現(xiàn)分布式控制，并結(jié)合圖像處理技術(shù)實現(xiàn)閉環(huán)控制，完成一套完備的視覺伺服機械臂軟件控制系統(tǒng)。
　　在運動控制學(xué)方面，選用SCARA機器人（Selectively Compliance A

3、rticulated Robot Arm）為研究對象，運用Denavit-Hartenberg方法建立空間模型并推導(dǎo)出了運動學(xué)正解、反解的求解方法，并對機械臂關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃算法進行了分析和驗證。
　　在視覺系統(tǒng)的研究中，主要內(nèi)容為視覺控制和圖像處理。圖像處理模塊將CCD相機采集到的圖像依次通過灰度化、去噪、二值化、邊緣檢測和Hough變換后得到圖像空間特征矢量，經(jīng)過視覺控制模塊變換為機械臂關(guān)節(jié)空間特征矢量。
　

4、　在軟件系統(tǒng)設(shè)計中，以模塊化設(shè)計為原則，以C++為開發(fā)語言，Qt為開發(fā)環(huán)境設(shè)計出一套可移植的多功能光電機械臂軟件系統(tǒng)，其中每個模塊可以實現(xiàn)獨立編碼和測試。
　　本論文在運動控制學(xué)方面在將幾種傳統(tǒng)軌跡規(guī)劃算法相結(jié)合，提出了基于三次插值的直線軌跡規(guī)劃算法；在圖像處理中將每個環(huán)節(jié)的不同算法處理后的效果進行了對比并選擇了性能最優(yōu)的方案。該軟件系統(tǒng)已在光電視覺伺服機械臂實體系統(tǒng)進行了驗證和應(yīng)用，樣機正在進行整體聯(lián)調(diào)，初步結(jié)果表明該研究成果能