双手爪机器人杆件位姿估计与抓夹
发布时间：2021-10-16 06:08
双手爪机器人在杆件环境中活动,机器人的每一步运动都涉及杆件检测和抓夹,这就要求机器人能够正确识别可抓夹杆件,并检测目标杆件的抓夹位姿。机器人手爪与杆件之间是刚性抓夹,为提高抓夹可靠性,要求杆件位姿检测精度尽可能高,机器人手眼标定和抓夹策略起到重要作用。作为特种移动机器人,爬杆机器人具有三种不同的攀爬步态,通过步态规划器生成运动轨迹。本文的具体工作和创新如下:1.结合图像处理和点云数据,提出一套杆件识别和位姿估计的算法。分析杆件特征,通过图像滤波、边缘检测、直线检测等算子在图像中识别目标物体,定位杆件位置。使用图像信息分割杆件点云数据,再利用数据拟合的方法计算杆件位姿信息。根据圆杆和方杆的特征,提出区分不同杆件的方法并判断杆件的可抓夹性。2.机器人需要知道目标杆件的具体位置和朝向才能实施杆件抓夹,相机检测位姿结果需要转移到机器人坐标系下,这个转换过程要解决相机内外参数标定和机器人手眼标定。本文应用HALCON机器视觉软件平台,对相机展开标定工作,并对标定结果进行验算后评估内参数标定和手眼标定的精度。3.在相机获得杆件位姿的基础上,提出一种评估位姿检测精度的方法,利用UR3平台通过尖点触碰...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高空作业场景
图 1-2 管道爬行机器人[6]图 1-3 RISE V3 机器人[8]Fig.1-2 Pipeline Climbing Robot[6]Fig.1-3 RISE V3 Robot[8]RISE 系列机器人[7]是一种仿生多爪子攀爬机器人，利用各个爪子末端的协调运动进行攀爬。RISE V3 推出后引起了大家的广泛关注，这是波士顿动力公司制造的成熟的四足机器人产品[8]。如图 1-3 所示，机器人的亮点在于爪子末端上带有尖利的细针物，使得机器人不需通过表面夹持的方法固定在杆件上，要求攀爬对象的表面具有较大的粗糙度。对于直径较大的物体，只需要抓住物体表面的一部分即可支撑机器人本体。这款机器人具备一般攀爬机器人的功能，能够在树干表面进行爬行运动。哈尔滨工业大学唐天峰仿照竹节虫的身体结构设计了六足对称的机器人系统[9]，实现机器人在空间桁架的运动。如图 1-4 所示，机器人每个单独足部配置 4 个转动关节，包括 2 个纵向关节和 2 个横向关节。足部内侧设置粘附微结构，选用硅橡胶作为仿生粘附微结构的制备材料，足部可以与桁架杆件外壁发生粘附作用从而支撑起机器人本体，使其停留在圆柱形物体表面，与 RISE 机器人不同的是，这种攀爬方式要求物体表
图 1-2 管道爬行机器人[6]图 1-3 RISE V3 机器人[8]Fig.1-2 Pipeline Climbing Robot[6]Fig.1-3 RISE V3 Robot[8]RISE 系列机器人[7]是一种仿生多爪子攀爬机器人，利用各个爪子末端的协调运动进行攀爬。RISE V3 推出后引起了大家的广泛关注，这是波士顿动力公司制造的成熟的四足机器人产品[8]。如图 1-3 所示，机器人的亮点在于爪子末端上带有尖利的细针物，使得机器人不需通过表面夹持的方法固定在杆件上，要求攀爬对象的表面具有较大的粗糙度。对于直径较大的物体，只需要抓住物体表面的一部分即可支撑机器人本体。这款机器人具备一般攀爬机器人的功能，能够在树干表面进行爬行运动。哈尔滨工业大学唐天峰仿照竹节虫的身体结构设计了六足对称的机器人系统[9]，实现机器人在空间桁架的运动。如图 1-4 所示，机器人每个单独足部配置 4 个转动关节，包括 2 个纵向关节和 2 个横向关节。足部内侧设置粘附微结构，选用硅橡胶作为仿生粘附微结构的制备材料，足部可以与桁架杆件外壁发生粘附作用从而支撑起机器人本体，使其停留在圆柱形物体表面，与 RISE 机器人不同的是，这种攀爬方式要求物体表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划[J]. 陈鹏震,吴怀宇,陈洋. 高技术通讯. 2016(02)
[2]双手爪爬杆机器人对杆件的位姿检测与自主抓夹[J]. 胡杰,管贻生,吴品弘,苏满佳,张宏. 机器人. 2014(05)
[3]一种改进的Sobel自适应边缘检测的FPGA实现[J]. 宁赛男,朱明,孙宏海,徐芳. 液晶与显示. 2014(03)
[4]基于图像匹配-点云融合的建筑物立面三维重建[J]. 王俊,朱利. 计算机学报. 2012(10)
[5]基于Halcon的图像拼接算法研究[J]. 谭杰,王殊轶,王慧芳,郑加宽. 微电子学与计算机. 2011(12)
[6]基于B样条曲线模型的结构化道路检测算法[J]. 许华荣,王晓栋,方遒. 自动化学报. 2011(03)
[7]基于空间向量的空间圆形拟合检测新方法[J]. 潘国荣,李怀锋. 大地测量与地球动力学. 2010(04)
[8]仿生攀爬机器人的步态分析[J]. 江励,管贻生,蔡传武,朱海飞,周雪峰,张宪民. 机械工程学报. 2010(15)
[9]一种快速局部特征描述算法[J]. 刘萍萍,赵宏伟,臧雪柏,戴金波. 自动化学报. 2010(01)
[10]基于极值检测的图像滤波算法[J]. 王红梅,李言俊,张科. 激光与红外. 2007(10)
博士论文
[1]可重构模块化机器人建模、优化与控制[D]. 吴文强.华南理工大学 2013
[2]双手爪式模块化仿生攀爬机器人的研究[D]. 江励.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]空间桁架爬行机器人运动特性研究[D]. 唐天峰.哈尔滨工业大学 2018
[2]下肢外骨骼机器人系统参数辨识和控制方法研究[D]. 丛林.哈尔滨工业大学 2017
[3]双足人形机器人步态规划和稳定性研究[D]. 张月.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于机器视觉的工业机器人分拣系统研究[D]. 蒋书贤.西南交通大学 2015
[5]基于机器视觉的车道线检测与追踪系统的研究[D]. 秦敏.中国海洋大学 2012
本文编号：3439300
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高空作业场景
图 1-2 管道爬行机器人[6]图 1-3 RISE V3 机器人[8]Fig.1-2 Pipeline Climbing Robot[6]Fig.1-3 RISE V3 Robot[8]RISE 系列机器人[7]是一种仿生多爪子攀爬机器人，利用各个爪子末端的协调运动进行攀爬。RISE V3 推出后引起了大家的广泛关注，这是波士顿动力公司制造的成熟的四足机器人产品[8]。如图 1-3 所示，机器人的亮点在于爪子末端上带有尖利的细针物，使得机器人不需通过表面夹持的方法固定在杆件上，要求攀爬对象的表面具有较大的粗糙度。对于直径较大的物体，只需要抓住物体表面的一部分即可支撑机器人本体。这款机器人具备一般攀爬机器人的功能，能够在树干表面进行爬行运动。哈尔滨工业大学唐天峰仿照竹节虫的身体结构设计了六足对称的机器人系统[9]，实现机器人在空间桁架的运动。如图 1-4 所示，机器人每个单独足部配置 4 个转动关节，包括 2 个纵向关节和 2 个横向关节。足部内侧设置粘附微结构，选用硅橡胶作为仿生粘附微结构的制备材料，足部可以与桁架杆件外壁发生粘附作用从而支撑起机器人本体，使其停留在圆柱形物体表面，与 RISE 机器人不同的是，这种攀爬方式要求物体表
图 1-2 管道爬行机器人[6]图 1-3 RISE V3 机器人[8]Fig.1-2 Pipeline Climbing Robot[6]Fig.1-3 RISE V3 Robot[8]RISE 系列机器人[7]是一种仿生多爪子攀爬机器人，利用各个爪子末端的协调运动进行攀爬。RISE V3 推出后引起了大家的广泛关注，这是波士顿动力公司制造的成熟的四足机器人产品[8]。如图 1-3 所示，机器人的亮点在于爪子末端上带有尖利的细针物，使得机器人不需通过表面夹持的方法固定在杆件上，要求攀爬对象的表面具有较大的粗糙度。对于直径较大的物体，只需要抓住物体表面的一部分即可支撑机器人本体。这款机器人具备一般攀爬机器人的功能，能够在树干表面进行爬行运动。哈尔滨工业大学唐天峰仿照竹节虫的身体结构设计了六足对称的机器人系统[9]，实现机器人在空间桁架的运动。如图 1-4 所示，机器人每个单独足部配置 4 个转动关节，包括 2 个纵向关节和 2 个横向关节。足部内侧设置粘附微结构，选用硅橡胶作为仿生粘附微结构的制备材料，足部可以与桁架杆件外壁发生粘附作用从而支撑起机器人本体，使其停留在圆柱形物体表面，与 RISE 机器人不同的是，这种攀爬方式要求物体表
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于动态运动基元的微小型四旋翼无人机路径规划[J]. 陈鹏震,吴怀宇,陈洋. 高技术通讯. 2016(02)
[2]双手爪爬杆机器人对杆件的位姿检测与自主抓夹[J]. 胡杰,管贻生,吴品弘,苏满佳,张宏. 机器人. 2014(05)
[3]一种改进的Sobel自适应边缘检测的FPGA实现[J]. 宁赛男,朱明,孙宏海,徐芳. 液晶与显示. 2014(03)
[4]基于图像匹配-点云融合的建筑物立面三维重建[J]. 王俊,朱利. 计算机学报. 2012(10)
[5]基于Halcon的图像拼接算法研究[J]. 谭杰,王殊轶,王慧芳,郑加宽. 微电子学与计算机. 2011(12)
[6]基于B样条曲线模型的结构化道路检测算法[J]. 许华荣,王晓栋,方遒. 自动化学报. 2011(03)
[7]基于空间向量的空间圆形拟合检测新方法[J]. 潘国荣,李怀锋. 大地测量与地球动力学. 2010(04)
[8]仿生攀爬机器人的步态分析[J]. 江励,管贻生,蔡传武,朱海飞,周雪峰,张宪民. 机械工程学报. 2010(15)
[9]一种快速局部特征描述算法[J]. 刘萍萍,赵宏伟,臧雪柏,戴金波. 自动化学报. 2010(01)
[10]基于极值检测的图像滤波算法[J]. 王红梅,李言俊,张科. 激光与红外. 2007(10)
博士论文
[1]可重构模块化机器人建模、优化与控制[D]. 吴文强.华南理工大学 2013
[2]双手爪式模块化仿生攀爬机器人的研究[D]. 江励.华南理工大学 2012
硕士论文
[1]空间桁架爬行机器人运动特性研究[D]. 唐天峰.哈尔滨工业大学 2018
[2]下肢外骨骼机器人系统参数辨识和控制方法研究[D]. 丛林.哈尔滨工业大学 2017
[3]双足人形机器人步态规划和稳定性研究[D]. 张月.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于机器视觉的工业机器人分拣系统研究[D]. 蒋书贤.西南交通大学 2015
[5]基于机器视觉的车道线检测与追踪系统的研究[D]. 秦敏.中国海洋大学 2012
本文编号：3439300
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