精密定位平台视觉运动追踪与伺服控制研究

发布时间：2021-02-27 05:14

　　精密定位平台向大行程、高精度、多自由度的快速发展,给当前的运动检测手段与控制技术带来了极大的挑战。由于具有非接触、高柔性、可视化等特点,以计算机视觉为基础的视觉技术具有解决上述问题的潜力。然而视觉技术中固有的缺点如计算量大、易受环境干扰等使其在精密定位领域应用中受限。本学位论文以平面多自由度并联定位平台为对象,应用机器视觉等技术,研究高性能（高精度、高带宽、高柔性）多自由度运动测量方法及视觉伺服理论。本文的主要研究内容如下:（1）针对具有不同尺度工作空间的平面多自由度精密定位平台分别设计了对应的视觉测量系统。针对微视觉测量系统视场和景深小等原因所导致的标定困难问题,提出一种基于直线元素的自动化标定方法。首先,对所搭建微视觉系统的非线性成像模型进行了介绍;然后,对所提基于直线元素的标定方法所涉及的主要原理和步骤进行了推导;最后,采用包含不同类型直线元素的标定板对所搭建的微视觉测量系统进行了标定实验研究。实验结果表明所提标定方法可以标定出微视觉测量系统的完整几何模型参数并有效提高微视觉测量系统的测量精度。（2）针对大行程宏动精密定位平台的位姿测量,提出了基于几何特征的退化透射N点投影法（D... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 宏/微精密定位平台
        1.2.2 精密定位中的常用测量方法
        1.2.3 视觉运动测量与伺服控制
    1.3 有待研究和解决的问题
    1.4 论文研究内容及结构
第二章 单目视觉测量系统的设计与标定
    2.1 引言
    2.2 面向宏/微精密定位平台的视觉测量系统设计
    2.3 微视觉测量系统非线性成像模型的标定
        2.3.1 非线性成像模型
        2.3.2 基于直线元素的自动化标定方法
    2.4 微视觉测量系统的标定实验研究
        2.4.1 实验系统
        2.4.2 基于相交直线对的全参数模型标定
        2.4.3 基于平行直线对的退化模型标定
    2.5 本章小结
第三章 宏动精密定位平台位姿追踪的退化透视N点投影法
    3.1 引言
    3.2 平面三自由度运动追踪的退化透视N点投影法
        3.2.1 单目运动测量系统几何模型
        3.2.2 退化透视N点投影追踪法
        3.2.3 在线追踪算法
    3.3 退化透视N点投影法误差分析
        3.3.1 畸变误差补偿
        3.3.2 平行度误差
        3.3.3 误差灵敏度分析
    3.4 实验研究
        3.4.1 仿真实验
        3.4.2 在线实验
    3.5 本章小结
第四章 微动精密定位平台位姿追踪的优化模板匹配法
    4.1 引言
    4.2 优化模板匹配追踪法
        4.2.1 优化目标函数
        4.2.2 优化算法
        4.2.3 算法性能提升策略
    4.3 平面二自由度微运动追踪实验研究
        4.3.1 追踪算法
        4.3.2 数值仿真
        4.3.3 实验系统与实验方案
    4.4 平面三自由度微运动追踪实验研究
        4.4.1 追踪算法
        4.4.2 数值仿真
        4.4.3 实验系统与实验方案
    4.5 本章小结
第五章 微动精密定位平台的视觉伺服定位
    5.1 引言
    5.2 基于模板追踪的视觉伺服控制
    5.3 视觉伺服精密定位实验研究
        5.3.1 视觉伺服精密定位系统
        5.3.2 视觉伺服控制器设计
        5.3.3 仿真实验与分析
        5.3.4 在线实验与分析
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]直线超声电动机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位[J]. 周丽平,张泉,孙志峻.  机械工程学报. 2014(19)
[2]基于视觉的三自由度微动平台输入耦合研究[J]. 张宪民,龙学俊,林容周.  振动.测试与诊断. 2013(01)
[3]高精度绝对式光栅尺研究进展及技术难点[J]. 孙强.  世界制造技术与装备市场. 2012(05)
[4]高精度激光三角位移传感器的技术现状[J]. 冯俊艳,冯其波,匡萃方.  应用光学. 2004(03)
[5]光刻机超精密工件台研究[J]. 朱煜,尹文生,段广洪.  电子工业专用设备. 2004(02)
[6]ASML公司光学光刻技术最新进展[J]. 张强,胡松,姚汉民,刘业异.  微细加工技术. 2002(03)
[7]超精密定位工作台[J]. 吴鹰飞,周兆英.  微细加工技术. 2002(02)
[8]大行程高精度两级定位工作台的控制方法研究[J]. 王立松,苏宝库,董申,张晶.  机械设计与制造. 2001(04)

博士论文
[1]基于柔顺机构的平面三自由度微定位系统研究[D]. 王瑞洲.华南理工大学 2017
[2]柔顺铰链的拓扑优化理论与方法研究[D]. 刘敏.华南理工大学 2017
[3]微纳操作环境下平面3PRR并联定位系统研究[D]. 莫嘉嗣.华南理工大学 2016
[4]直线超声电机驱动的平面3-PRR并联平台视觉精密定位关键技术研究[D]. 周丽平.南京航空航天大学 2013
[5]面向精密定位的平面电容式多自由度位移测量传感器关键技术研究[D]. 余建平.浙江大学 2013
[6]平面并联机器人设计、分析与控制[D]. 高名旺.华南理工大学 2012
[7]宏观尺度的纳米级定位控制技术研究[D]. 钟俊.中国科学技术大学 2011
[8]宏/微两级驱动的大行程高精度二维定位平台基础技术研究[D]. 李欣欣.浙江大学 2008
[9]超精密气浮定位平台动力学特性优化研究[D]. 李志鑫.华中科技大学 2008
[10]超精密气浮定位工作台的动力学研究[D]. 何学明.华中科技大学 2007



本文编号：3053745