基于自然特征的飞行机械臂视觉伺服抓取研究

发布时间：2020-05-29 02:37

【摘要】：由于多旋翼无人机小巧、灵敏、高机动的特点,在越来越多的领域得到成功的应用。近几年,多旋翼无人机在航拍、电力巡检、农药喷洒中的应用已经相当成熟,它们主要是利用摄像头提供第一视角辅助监控和探测人们无法到达的区域。基于现有的算法和技术,越来越多的科研人员研究多旋翼无人机使其能够主动与外界环境进行交互,如飞行机械臂抓取、多机协同搬运、人机交互等。飞行机械臂系统作为无人机应用的新研究点,从机械臂设计、控制,到复杂模型的运动学、动力学建模、控制器设计都需要科研人员不断探索。对于飞行机械臂抓取问题需要保证稳定、可靠、实时性,传统视觉伺服需要贴附人工标记物,而实际应用中,受条件限制,无法提前贴好人工标记物,本文针对这些问题,展开对基于自然特征的飞行机械臂视觉伺服抓取研究。本文对六自由度机械臂进行运动学建模,推导出正逆运动学模型和微分运动学模型,为后续飞行机械臂的速度控制奠定数学基础。针对机械臂装配、测量误差以及舵机初始角问题,本文提出基于遗传算法的机械臂运动学参数标定方法,平均位置均方根误差相比标定之前降低61.2%。视觉伺服系统的相机采用“眼在手”的安装方式,以基于图像的视觉伺服为基本框架。针对一般的平面目标物无法贴附人工标记物的情况下,本文提出基于自然特征的视觉伺服控制方案,采用ORB自然特征进行特征匹配和仿射变换,获取点特征信息。针对ORB检测算法中特征分布不均匀的问题,本文进行改进,采用高斯图像金字塔引入特征尺度不变性,利用四叉树结构存储特征点,最终特征点分布均匀、稀疏,有利于改善视觉伺服的效果。通过对飞行机械臂整体的微分运动学建模,本文提出多任务的联合视觉伺服控制策略,当无人机距离目标物较远时,通过速度分配矩阵将伺服的速度传递到无人机上并利用机械臂的自由度做俯仰角和偏航角伺服保证摄像头始终能够看到目标物;当机械臂进入工作空间,仅对机械臂进行视觉伺服任务。为了验证本文方法的有效性,本文搭建基于机器人操作系统(ROS)的实验平台,能够实现飞行机械臂的自主抓取,并且不依赖于动力学模型。实验数据验证基于自然特征视觉伺服的可行性,该系统更加符合实际环境需求。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V279;TP241

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张建风;姜晨慧;卢妍儒;;六自由度体感机械臂设计[J];科技创新导报;2018年26期

2 李晓楠;;机械臂的整体方案设[J];冶金与材料;2019年01期

3 苏林;;复合剪叉式机械臂的结构设计与分析[J];中国金属通报;2018年11期

4 ;突破——拥有自我意识的机械臂[J];传感器世界;2019年02期

5 王文雪;吴晓宇;张帆;;变刚度医疗机械臂结构设计[J];机械设计;2019年S2期

6 李鹤宇;赵志龙;顾蕾;郭丽琴;曾贲;林廷宇;;基于深度强化学习的机械臂控制方法[J];系统仿真学报;2019年11期

7 ;微型机械臂让微创手术更灵活更安全[J];传感器世界;2017年08期

8 高国华;李炼石;夏齐霄;王皓;任晗;;连续体机械臂振动特性研究[J];振动.测试与诊断;2018年01期

9 ;10千伏带电清障机械臂的研制(上)[J];中国质量;2018年02期

10 ;10千伏带电清障机械臂的研制(下)[J];中国质量;2018年03期

相关会议论文 前10条

1 李正;杨帆;刘晓源;;机动卫星机械臂任务可规划平台设计[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年

2 董永飞;蔡志勤;邱小璐;;水下机械臂动力学分析与滑模控制[A];第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集[C];2017年

3 陈书通;王永滨;王磊;徐城方;;空间充气式机械臂技术研究[A];第二届可展开空间结构学术会议摘要集[C];2016年

4 赵杰亮;阎绍泽;;热辐射作用下的空间机械臂动力学特性分析[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年

5 赵宝山;杨勇;李跃华;吴霞;许波;;空间机械臂微重力模拟方法研究[A];2014年可展开空间结构学术会议摘要集[C];2014年

6 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态与末端抓手协调运动的模糊变结构滑模控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

7 黄登峰;陈力;;基于双向映射神经元网络的漂浮基空间机械臂逆运动学控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

8 陈志勇;陈力;;漂浮基空间机械臂系统惯性期望轨迹跟踪的改进变结构滑模控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

9 梁捷;陈力;;具有未知载荷参数的漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊自适应控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

10 张继辉;;助力机械臂在汽车制造业中的应用[A];第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C];2012年

相关重要报纸文章 前10条

1 李超;曲道奎：机器人,一场关乎未来的革命[N];经济观察报;2015年

2 记者 张梦然;“第三只手”机械臂可用眼神和口令指挥[N];科技日报;2019年

3 记者 刘海英;深度学习机械臂能模拟自己建模[N];科技日报;2019年

4 胡林 中国青年报·中青在线记者 雷宇;武汉两名95后女大学生变成“机器人保育员”[N];中国青年报;2018年

5 本报记者 贺骏;猎豹移动发布五款机器人 机械臂调制咖啡或成“豹”款[N];证券日报;2018年

6 南方日报记者 黄叙浩 邵一弘 李卓 彭奕菲;看机械臂打鼓 品海丝文化佳肴[N];南方日报;2018年

7 本报记者 付朝欢;未来已来 请看那“聪明伶俐”的机械臂[N];中国改革报;2018年

8 见习记者 王闲乐 通讯员 邱志涛;控制机械臂 手术如绣花[N];解放日报;2017年

9 本报记者 唐婷;这个“左撇子”机器人会画画[N];科技日报;2017年

10 本报首席记者 张锐鑫 通讯员 宋明丽 窦芳超;探访中航光电“机器人大工匠”[N];洛阳日报;2017年

相关博士学位论文 前10条

1 李响;斜齿行星轮系非线性因素对机械臂与天线机构动力学影响分析[D];哈尔滨工业大学;2018年

2 蒋素荣;绳驱动机械臂解耦方法与鲁棒控制研究[D];南京航空航天大学;2018年

3 魏之暄;面向可推挤障碍物的机械臂运动规划[D];上海交通大学;2017年

4 夏齐;基于变焦距视觉的空间机械臂在轨位姿测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

5 徐凡;多种未知环境下机械臂协调夹持的轨迹跟踪控制若干方法研究[D];浙江大学;2017年

6 孙玉香;用于空间机械臂的力/力矩传感器关键技术研究[D];中国科学技术大学;2018年

7 邹添;空间机械臂传感系统及关节振动抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

8 乔冠宇;空间机械臂轨迹跟踪、测试及柔性力控制研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年

9 师恒;六自由度机械臂系统设计及其关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2017年

10 王亚午;一类平面多连杆欠驱动机械臂的运动控制[D];中国地质大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 熊耕耘;基于机器视觉的机械臂分拣系统的研究[D];重庆邮电大学;2019年

2 杨佳炜;带有柔性关节的空间机械臂系统的振动控制[D];南京航空航天大学;2019年

3 郑文超;二自由度机械臂的鲁棒跟踪控制技术研究[D];南京航空航天大学;2019年

4 蒋汶松;变论域模糊控制方法在机械臂轨迹跟踪中的应用研究[D];南京航空航天大学;2019年

5 孟继君;基于轴不变量的偏置型6R机械臂建模与运动规划研究[D];南京航空航天大学;2019年

6 谢宇s，

本文编号：2686253