火车摘钩机器人的视觉跟踪及控制

发布时间：2021-03-10 06:33

　　车站的摘钩工作是持续不断进行的,由人来完成有时会难以保证工作效率,造成摘钩失误,所以利用火车摘钩机器人来进行摘钩工作可以保证摘钩效率,准确进行摘钩。火车摘钩机器人要完成摘钩动作,不仅要有和人一样的识别目标并能实时跟踪目标的能力,还要有达到期望位置的规划、运动能力,对火车摘钩机器人进行系统的各方面的设计是保证机器人完成摘钩工作的前提。本文主要对火车摘钩机器人的行走机构进行深入的分析与研究,行走机构是火车摘钩机器人的重要组成部分,它不仅要保证能够准确地追上待摘车钩,而且还要确保追上后和待摘车钩同步运动。根据摘钩机器人的运动要求,本文主要完成的工作如下:首先,对火车摘钩机器人的本体结构、系统的组成及原理进行了描述,由工作原理可以知道行走机构在追踪目标之前需要识别车钩并确定车钩的具体位置,采用实时性比较高的SIFT算法进行待摘车钩的识别,确保图像中的车钩不论大小、方向怎么变化,都能被准确地识别出来。其次,针对追踪过程中前方运动目标在视野中会有尺寸的变化,设计了一种基于Mean Shift算法的能够根据目标的变化自适应调整跟踪窗口的算法。针对在连续视频图像中,目标可能会存在遮挡的情况,加入了Ka... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

上、下摘钩手柄

3用价值，但是并没有考虑到如何对不同结构的车钩执行不同的摘钩动作。图1.2亚琛工大设计的摘钩机器人系统前苏联对自动摘钩的机器人提出过设想，他们提出可以将摘钩机器人固定在某一确定的位置，然后进行摘钩。显而易见，这种设想是不科学的，固定的设备不可能对运动中的车钩实行摘钩动作。20世纪70年代末，日本设计了一种火车摘钩机器人来实现摘钩自动化的设想，设计的摘钩机器人如图1.3所示。该设计并不像平常一样将摘钩机器人放在火车旁边的轨道上，而是采用了将机器人悬空在车厢上方的方式，这样的设计不占用车站的轨道空间。该摘钩机器人设计的主要思路是：在运行的列车上方铺设一条环形轨道，摘钩机器人在环形轨道上运动并保持和待摘车钩同步向前运动，当运动到需要摘钩的位置时，摘钩机器人就伸出手臂完成摘钩，然后收回手臂继续绕着轨道运动等待下一次摘钩。该设计的优势在于环形轨道上可以同时有多个机器人运动，同时对多个待解体车厢进行摘钩，但是不足是轨道不是很长，不能保证当需要解体的车厢距离很远时，同时进行摘钩[7]。该设计只是初步进行了实验，并没有应用在实际的工作中。机械手位置驼峰推送方向推送线峰顶图1.3日本设计的摘钩机器人1.2.2火车摘钩机器人国内研究现状国内对火车摘钩机器人的研究相对于国外的研究进步了许多，不论是从结构设计还是系统设计方面，都有了很大的进展，这对将火车摘钩机器人应用在实际工作中有着重

5每个部分完成不同的工作。他们对设计的机器人进行了结构分析与验证，通过仿真来分析是否有实用性[12]，并采用PID控制器来进行位移轨迹的控制。1-底座2-垂直壳体3-垂直导轨4、11、13-伺服电机5、10、14-减速器6-垂直丝杠7-连接装置8-水平壳体9-水平导轨12-水平丝杠15-光杠16-末端执行装置图1.5三自由度火车摘钩机器人2013年，石家庄铁道大学借鉴了日本的设计概念，将机器人放置在车厢上方来进行摘钩，设计的机器人如图1.6所示，摘钩机械手垂直放在轨道下方完成摘钩动作[13-14]，经过仿真分析验证了该结构的合理性。图1.6悬挂式火车摘钩机器人目前对火车摘钩机器人的研究主要是进行结构方面的分析与设计，虽然每一个设计的机器人都提到了整个摘钩系统是如何工作的，但都没有进行具体的规划或者控制分析，仅有少数人对火车摘钩机器人的视觉系统或控制系统进行了设计。2017年，张所斌对设计的火车摘钩机器人搭建了具体的实物模型，设计了电路板，编写了控制程序，但是仅限于用作实验教学方面[15]。何霄对摘钩系统中的视觉系统进行了研究，利用了双目立体视觉技术进行距离测量[16]，并针对相对静止状态下获取到的图像提出了目标识别的方法。


本文编号：3074223