基于高速图像反馈的机器人视觉伺服控制研究
发布时间：2021-11-24 21:54
迄今为止,将视觉技术融入机器人系统的案例越来越多。本文以机器人系统为背景,针对视觉处理与机器人融合领域展开研究,通过建立机器人视觉伺服系统模型、构建高速视觉系统的硬件平台、设计机器人视觉伺服控制算法,开发了一套完整的基于高速图像反馈的机器人视觉伺服系统。首先,分析并且建立系统模型。本系统采用实验室的六轴埃夫特工业机器人作为研究平台,利用基于指数积公式的运动学建模方法建立机器人正运动学模型,然后利用运动旋量和位姿矩阵的关系,导出机器人的的雅克比矩阵以及机器人末端和相机速度关系。再结合相机的数学模型,选取适当的图像特征,建立基于位置和基于图像的机器人视觉伺服系统的模型。由此,可以建立图像中的特征速度与机器人末端相机速度之间的关系。通过微分运动学与速度转换关系,得到视觉伺服系统中的各个坐标系之间的关系,从而将机械臂末端的相机坐标系中的速度转换为机器人各个关节的运动速度。其次,对机器人视觉伺服高速图像系统进行搭建。选用Eo Sens MC1362高速工业相机、Xilinx Kinte X Ultra Scale+系列的高性能FPGA开发卡搭建图像处理系统,用Camera Link协议的Full...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
广汽机器人生产线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文工作，将人类从重复性的重体力工业生产中解放出来[6,7]。在机器人发展早期，大多数工业机器人只能在特定的工作环境下，根据预先设计好的工作流程或多种传感器提供的反馈信息，进行重复性的工作，对复杂环境和复杂物体的适应性很差。造成机器人在实际应用中受限的一个重要原因是机器人缺乏环境感知元件，机器人无法较好的感知自身周围的环境[8–10]。随着科技水平的不断发展以及机器人应用领域的不断扩大，人们对机器人的智能化水平以及对外界环境的适应能力提出了更高的要求。为了提高工业机器人和服务机器人对环境的感知能力和适应性，从而更好的适应柔性生产和人机交互，机器人研究领域的专家学者们为机器人添加各种外部感知设备，使其具有更接近人类的感知能力[11–13]。机器视觉作为一种非接触式的测量方法，能够有效地摆脱传统测量方法的局限。机器视觉模仿人眼获取周围环境信息，将摄像机与计算机相结合，通过摄像机采集图像，发送给计算机作进一步处理和分析，就可以得到所需环境信息，由此来指导机器人执行下一步动作，就像人类的视觉系统一样。这种通过利用视觉信息进行引导，采用视觉传感器测量外界信息并从采集回来的图像中提取有效信息作为反馈控制信号来构建机器人闭环控制系统，从而控制机器人位姿运动，使得机器人达到期望运动的方法，即为视觉伺服[14,15]。随着科技的迅猛发展，视觉伺服得到了广泛的研究。图1-2应用视觉伺服技术的机器人-2-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章机器人视觉伺服的运动学模型建立2.1引言在本文的视觉伺服系统中，执行机构为一台六自由度埃夫特ER3A-C60工业机器人，如图2-1。为了后续章节进行视觉伺服系统的分析，首先需要对机器人的正向运动学和微分运动学进行建模。图2-1系统的执行机构：C60工业机器人本章中首先对三维空间中刚体运动的数学基础进行介绍，阐述三维空间中位姿表示的方法和计算刚体运动速度的原理。然后介绍基于指数积公式的机器人运动学建模方法，并用基于指数积公式的建模方法为C60工业机器人建立运动学模型。最后通过运动学方程，导出机器人的微分运动学模型，得到相对于机器人末端坐标系的雅克比矩阵，再对固连在机器人末端的相机与末端的速度进行分析，得到二者之间的关系。2.2三维空间中刚体运动的数学基础2.2.1三维空间中刚体的位姿描述对于三维空间中的刚体，通常用固连在刚体上的刚体坐标系{b}表示刚体的位姿，如图2-2。在空间中选择固定的参考坐标系{s}，刚体在参考坐标系中的位姿-12-
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Survey of Human-centered Intelligent Robots:Issues and Challenges[J]. Wei He,Zhijun Li,C.L.Philip Chen. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(04)
[2]工业4.0时代下工业机器人的发展与认识[J]. 陈卓,陈学军,张辉,刘忠喜. 山东工业技术. 2016(16)
[3]基于CMOS+FPGA的高速视觉实时定位与跟踪系统[J]. 郑西点,袁浩巍,严佳玲,陈辰,徐胤,陈忠. 上海电气技术. 2015(04)
[4]工业4.0带来机器人的进化[J]. 王喜文. 物联网技术. 2015(10)
[5]机器人视觉伺服研究进展:视觉系统与控制策略[J]. 贾丙西,刘山,张凯祥,陈剑. 自动化学报. 2015(05)
[6]德国“工业4.0”:内容、动因与前景及其启示[J]. 丁纯,李君扬. 德国研究. 2014(04)
[7]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[8]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[9]智能机器人技术研究进展[J]. 张乃风,张志先,陶伟谦. 机器人技术与应用. 2012(06)
[10]光电跟踪伺服系统的输入多采样率满意控制[J]. 马东玺,张文博,范大鹏. 红外与激光工程. 2011(12)
硕士论文
[1]智能工业机器人的环境感知与运动规划[D]. 滕军.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3516821
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
广汽机器人生产线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文工作，将人类从重复性的重体力工业生产中解放出来[6,7]。在机器人发展早期，大多数工业机器人只能在特定的工作环境下，根据预先设计好的工作流程或多种传感器提供的反馈信息，进行重复性的工作，对复杂环境和复杂物体的适应性很差。造成机器人在实际应用中受限的一个重要原因是机器人缺乏环境感知元件，机器人无法较好的感知自身周围的环境[8–10]。随着科技水平的不断发展以及机器人应用领域的不断扩大，人们对机器人的智能化水平以及对外界环境的适应能力提出了更高的要求。为了提高工业机器人和服务机器人对环境的感知能力和适应性，从而更好的适应柔性生产和人机交互，机器人研究领域的专家学者们为机器人添加各种外部感知设备，使其具有更接近人类的感知能力[11–13]。机器视觉作为一种非接触式的测量方法，能够有效地摆脱传统测量方法的局限。机器视觉模仿人眼获取周围环境信息，将摄像机与计算机相结合，通过摄像机采集图像，发送给计算机作进一步处理和分析，就可以得到所需环境信息，由此来指导机器人执行下一步动作，就像人类的视觉系统一样。这种通过利用视觉信息进行引导，采用视觉传感器测量外界信息并从采集回来的图像中提取有效信息作为反馈控制信号来构建机器人闭环控制系统，从而控制机器人位姿运动，使得机器人达到期望运动的方法，即为视觉伺服[14,15]。随着科技的迅猛发展，视觉伺服得到了广泛的研究。图1-2应用视觉伺服技术的机器人-2-
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第2章机器人视觉伺服的运动学模型建立2.1引言在本文的视觉伺服系统中，执行机构为一台六自由度埃夫特ER3A-C60工业机器人，如图2-1。为了后续章节进行视觉伺服系统的分析，首先需要对机器人的正向运动学和微分运动学进行建模。图2-1系统的执行机构：C60工业机器人本章中首先对三维空间中刚体运动的数学基础进行介绍，阐述三维空间中位姿表示的方法和计算刚体运动速度的原理。然后介绍基于指数积公式的机器人运动学建模方法，并用基于指数积公式的建模方法为C60工业机器人建立运动学模型。最后通过运动学方程，导出机器人的微分运动学模型，得到相对于机器人末端坐标系的雅克比矩阵，再对固连在机器人末端的相机与末端的速度进行分析，得到二者之间的关系。2.2三维空间中刚体运动的数学基础2.2.1三维空间中刚体的位姿描述对于三维空间中的刚体，通常用固连在刚体上的刚体坐标系{b}表示刚体的位姿，如图2-2。在空间中选择固定的参考坐标系{s}，刚体在参考坐标系中的位姿-12-
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Survey of Human-centered Intelligent Robots:Issues and Challenges[J]. Wei He,Zhijun Li,C.L.Philip Chen. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica. 2017(04)
[2]工业4.0时代下工业机器人的发展与认识[J]. 陈卓,陈学军,张辉,刘忠喜. 山东工业技术. 2016(16)
[3]基于CMOS+FPGA的高速视觉实时定位与跟踪系统[J]. 郑西点,袁浩巍,严佳玲,陈辰,徐胤,陈忠. 上海电气技术. 2015(04)
[4]工业4.0带来机器人的进化[J]. 王喜文. 物联网技术. 2015(10)
[5]机器人视觉伺服研究进展:视觉系统与控制策略[J]. 贾丙西,刘山,张凯祥,陈剑. 自动化学报. 2015(05)
[6]德国“工业4.0”:内容、动因与前景及其启示[J]. 丁纯,李君扬. 德国研究. 2014(04)
[7]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[8]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[9]智能机器人技术研究进展[J]. 张乃风,张志先,陶伟谦. 机器人技术与应用. 2012(06)
[10]光电跟踪伺服系统的输入多采样率满意控制[J]. 马东玺,张文博,范大鹏. 红外与激光工程. 2011(12)
硕士论文
[1]智能工业机器人的环境感知与运动规划[D]. 滕军.哈尔滨工业大学 2019
本文编号：3516821
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