面向卫星装配作业的六自由度机械臂末端定位方法研究

发布时间：2020-12-25 19:52

　　在卫星的装配过程中,传统的安装手段已经不能满足工作效率以及安装精度的要求。机械臂定位精准、工作快捷,是卫星等航天器材装配的必然选择。机械臂末端的定位是其应用的关键,也是近年来研究的重点。定位过程涉及传感器、计算机、信号处理等多个领域。本文以机械臂末端定位过程中的噪声为研究重点,从非线性滤波算法和移动机械臂末端的运动模型进行了研究。主要研究内容如下:首先,对机械臂的发展及应用进行了简单总结,针对机械臂末端定位的影响因素进行了详细分析,重点研究了噪声对定位精度的影响。根据UR3机械臂的参数,利用D-H法则建立机械臂模型,并对机械臂的正、逆运动学进行了分析。对视觉观测系统、坐标系的转换以及图像的处理、摄像机的标定过程进行了分析,并通过初步实验对摄像机参数进行了标定,通过仿真实验验证了视觉定位的精度。其次,针对机械臂末端非线性程度较高的问题,对蒙特卡洛方法进行了研究。在对比分析了粒子滤波和卡尔曼滤波的基础上,利用粒子群算法对粒子滤波进行改进,改善了粒子先验分布与似然函数的重合度较低的问题。仿真结果表明改进后算法较原算法有更好的定位精度。然后,针对不同运动模型的应用场合,分析了上述两种滤波器下交... 

【文章来源】： 董鹏 河北工业大学

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 机械臂及其定位方法的发展概况
        1.2.1 机械臂的发展概况
        1.2.2 定位方法研究现状
        1.2.3 机械臂的定位方式以及研究现状
    1.3 定位过程中的噪声分析
        1.3.1 噪声的来源
        1.3.2 噪声的处理
    1.4 本文主要研究内容
第二章 机械臂末端定位基础
    2.1 机械臂运动模型
        2.1.1 运动模型分析
        2.1.2 D-H模型的建立
        2.1.3 机器人的正运动学
        2.1.4 机器人的逆运动学
    2.2 视觉观测系统的搭建
        2.2.1 视觉系统的选择
        2.2.2 视觉伺服系统
    2.3 摄像机标定
        2.3.1 坐标系定义
        2.3.2 线性模型
        2.3.3 非线性标定
        2.3.4 外部参数标定
        2.3.5 实验分析
    2.4 目标的图像处理与定位
        2.4.1 图像处理
        2.4.2 特征提取
        2.4.3 实验对比
    2.5 本章小结
第三章 滤波算法研究
    3.1 贝叶斯估计理论
    3.2 Kalman滤波
        3.2.1 Kalman滤波
        3.2.2 扩展Kalman滤波
    3.3 粒子滤波
        3.3.1 蒙特卡洛方法
        3.3.2 粒子滤波
        3.3.3 仿真分析与比较
    3.4 改进的粒子滤波算法
        3.4.1 粒子滤波的缺陷
        3.4.2 基于粒子群算法的粒子滤波
    3.5 本章小结
第四章 基于交互多模型的机械臂末端定位方法
    4.1 机械臂末端定位模型建立
    4.2 机械臂末端的运动模型分析
        4.2.1 CV/CA模型
        4.2.2 交互多模型算法
    4.3 滤波器的选用对交互多模型算法的影响分析
    4.4 改进的交互多模型算法
        4.4.1 改进的交互多模型算法原理
        4.4.2 仿真分析
    4.5 本章小结
第五章 实验与分析
    5.1 机器人系统介绍
        5.1.1 机械臂的详细参数
        5.1.2 机械臂的控制方式
    5.2 实验平台的通信
    5.3 实验平台的搭建
        5.3.1 系统总体介绍
        5.3.2 系统各部分功能介绍
    5.4 实验流程与结果分析
    5.5 本章小结
第六章 结论
    6.1 课题总结
    6.2 课题展望
参考文献
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]汽车总装线精密转载平台的视觉定位方法[J]. 姚盛昕,楼佩煌,钱晓明,武星.  机械设计与制造工程. 2017(12)
[2]基于径向尺寸约束的CCD摄像机的标定实现[J]. 晋宏炎,鞠晓君.  自动化技术与应用. 2017(04)
[3]关于工业机械臂运动实现的探究[J]. 万海鑫,马思远.  辽宁师专学报(自然科学版). 2017(01)
[4]旋量理论下的机器人运动学求解[J]. 李媛媛,黄佳楠.  工业控制计算机. 2016(12)
[5]基于安卓的多功能机械臂研究与设计[J]. 梁春美,陈晓彬.  通讯世界. 2016(03)
[6]粒子滤波理论、方法及其在多目标跟踪中的应用[J]. 李天成,范红旗,孙树栋.  自动化学报. 2015(12)
[7]无人机飞行过程中图像定位算法研究[J]. 吴爱国,马园,杜春燕.  计算机应用与软件. 2015(04)
[8]基于粒子滤波器的移动机器人自定位方法研究[J]. 邹国柱,陈万米,王燕.  工业控制计算机. 2014(10)
[9]一种七自由度冗余机械臂的奇异构形特征分析[J]. 史士财,尹斌,蒋再男.  机械与电子. 2014(10)
[10]粒子滤波算法[J]. 王法胜,鲁明羽,赵清杰,袁泽剑.  计算机学报. 2014(08)

博士论文
[1]无线传感器网络中定位跟踪技术的研究[D]. 匡兴红.上海交通大学 2008

硕士论文
[1]变形轮移动机器人的设计与研究[D]. 王丹.北京交通大学 2016
[2]六自由度串联机械臂精度控制研究[D]. 张剑.重庆交通大学 2016
[3]工业机器人焊接生产线的设计及研究[D]. 夏生健.东南大学 2016
[4]多传感器多目标跟踪技术研究[D]. 黄增建.西安电子科技大学 2012
[5]基于SIFT算法单双目视觉结合的移动机械臂定位研究[D]. 杨升.武汉科技大学 2011
[6]交互多模型目标跟踪算法的研究[D]. 胡炜.东北大学 2010
[7]基于被动测量的机动目标跟踪算法研究[D]. 李佳.西安电子科技大学 2008



本文编号：2938289