基于单目视觉估计的机械臂运动规划算法
发布时间：2023-03-06 17:39
近年来,我国先后出台了关于工业智能制造的多项政策,智能制造意在将信息化与工业化具体相互融合,是未来我国制造业发展与变革的重要方向。机器视觉与机械臂抓取技术被广泛的应用于工业自动化生产领域,为制造业生产提供了诸多的便利。然而不同的自动化生产环境,物体的摆放位置有着很多的不确定性。目前在工业生产过程中,大多数的工业机械臂都是按照固定的示教指令进行抓取与放置工件,这种工作方式存在着一定的局限性,这种工作方式需要让工件处于固定的位置、以固定的姿态进行抓取物体;一旦外界以及物体位姿发生变化,机械臂将无法实现抓取功能,导致任务中断或者失败。机器视觉因其信息含量大、测量范围大、精度较高等众多优点而被广泛地引入到工业自动化过程中来,被充当机械臂的大脑与眼睛,实现工业机械臂的自动化自主决策抓取任务。因此,本文将从基于单目视觉物体的姿态估计、基于多种群粒子群算法的机械臂路径规划、任意位姿抓取策略实现机械臂抓取为切入点,设计了一个复杂静态背景下,目标物体姿态估计与机械臂智能化自主抓取系统。本论文内容结构如下。首先针对复杂的工业生产环境下,难以将目标物体与复杂背景信息分离开的问题,本文提出一种利用图像预处理手...
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及其意义
1.2 复杂背景三维姿态估计发展概况
1.3 机械臂研究现状
1.4 机械臂运动规划研究现状
1.5 本文主要研究内容及结构
第2章 基于单目估计机械臂抓取系统
2.1 系统组成及其开发环境
2.1.1 系统开发的软硬件环境
2.1.2 机器视觉系统
2.1.3 关节的旋转角度与指令的转换关系
2.1.4 机械臂手系统
2.1.5 系统通信系统
2.2 机械臂几何模型
2.2.1 位姿描述
2.2.2 机械臂自由度
2.3 本章小结
第3章 目标物体定位与位姿估计
3.1 复杂静态背景图像预处理
3.2 单目相机成像原理
3.2.1 几种坐标系的建立及关系
3.3 摄像机标定
3.3.1 相机内参标定
3.3.2 相机畸变
3.3.3 相机内参标定实验与结果分析
3.3.4 相机的安装
3.4 目标物体姿态估计
3.4.1 PNP算法
3.4.2 目标物体的虚拟坐标系建立
3.4.3 目标物体识别
3.4.4 目标物体2D靶点图像坐标
3.4.5 目标物体位姿
3.4.6 目标物体与相机坐标系之间的位姿关系
3.4.7 目标物体在机械臂基座下的位姿
3.5 本章小结
第4章 机械臂抓取算法
4.1 机械臂正向运动学分析
4.2 五轴机械臂DH建模
4.2.1 MDH建模过程
4.2.2 MDH正向运动学方程
4.3 机械臂路径规划控制算法
4.3.1 基于多种群粒子群算法优化机械臂路径规划问题
4.3.2 种群演化算法及原理
4.3.3 粒子群演化算法数学模型
4.3.4 粒子群演化算法基本步骤
4.3.5 多种群优化算法
4.3.6 多种群粒子群算法原理
4.3.7 PSOEL基于机械臂模型运动规划
4.4 机械手多姿态抓取
4.4.1 物体在机械臂基坐标系方位角
4.4.2 基于方位角抓取策略算法
4.5 系统软件与机械臂之间的通信
4.6 本章小结
第5章 仿真与实物实验结果分析
5.1 目标物体位姿求取
5.1.1 不同位置下目标物体位置信息
5.1.2 不同物体的处于某一位置时
5.1.3 目标物体位置求出实验精度分析
5.2 MDH正向运动学模型MATLAB仿真
5.3 多粒子群优化算法在机械臂路径规划中的分析
5.3.1 PSOEL在不同子种群个数下的结果分析
5.3.2 在不同的种群大小(PS)下PSOEL的仿真
5.3.3 在不同的电机运动步长下的结果分析
5.3.4 在不同的粒子最大的飞行速度(Vmax)下的结果
5.3.5 在不同的学习率(C1,C2)下,PSOEL的结果
5.3.6 五自由度机械臂的运动规划结果分析
5.4 机械臂实际与仿真运动对比分析
5.5 机械手抓取实验
5.6 小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文情况
致谢
本文编号：3757091
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及其意义
1.2 复杂背景三维姿态估计发展概况
1.3 机械臂研究现状
1.4 机械臂运动规划研究现状
1.5 本文主要研究内容及结构
第2章 基于单目估计机械臂抓取系统
2.1 系统组成及其开发环境
2.1.1 系统开发的软硬件环境
2.1.2 机器视觉系统
2.1.3 关节的旋转角度与指令的转换关系
2.1.4 机械臂手系统
2.1.5 系统通信系统
2.2 机械臂几何模型
2.2.1 位姿描述
2.2.2 机械臂自由度
2.3 本章小结
第3章 目标物体定位与位姿估计
3.1 复杂静态背景图像预处理
3.2 单目相机成像原理
3.2.1 几种坐标系的建立及关系
3.3 摄像机标定
3.3.1 相机内参标定
3.3.2 相机畸变
3.3.3 相机内参标定实验与结果分析
3.3.4 相机的安装
3.4 目标物体姿态估计
3.4.1 PNP算法
3.4.2 目标物体的虚拟坐标系建立
3.4.3 目标物体识别
3.4.4 目标物体2D靶点图像坐标
3.4.5 目标物体位姿
3.4.6 目标物体与相机坐标系之间的位姿关系
3.4.7 目标物体在机械臂基座下的位姿
3.5 本章小结
第4章 机械臂抓取算法
4.1 机械臂正向运动学分析
4.2 五轴机械臂DH建模
4.2.1 MDH建模过程
4.2.2 MDH正向运动学方程
4.3 机械臂路径规划控制算法
4.3.1 基于多种群粒子群算法优化机械臂路径规划问题
4.3.2 种群演化算法及原理
4.3.3 粒子群演化算法数学模型
4.3.4 粒子群演化算法基本步骤
4.3.5 多种群优化算法
4.3.6 多种群粒子群算法原理
4.3.7 PSOEL基于机械臂模型运动规划
4.4 机械手多姿态抓取
4.4.1 物体在机械臂基坐标系方位角
4.4.2 基于方位角抓取策略算法
4.5 系统软件与机械臂之间的通信
4.6 本章小结
第5章 仿真与实物实验结果分析
5.1 目标物体位姿求取
5.1.1 不同位置下目标物体位置信息
5.1.2 不同物体的处于某一位置时
5.1.3 目标物体位置求出实验精度分析
5.2 MDH正向运动学模型MATLAB仿真
5.3 多粒子群优化算法在机械臂路径规划中的分析
5.3.1 PSOEL在不同子种群个数下的结果分析
5.3.2 在不同的种群大小(PS)下PSOEL的仿真
5.3.3 在不同的电机运动步长下的结果分析
5.3.4 在不同的粒子最大的飞行速度(Vmax)下的结果
5.3.5 在不同的学习率(C1,C2)下,PSOEL的结果
5.3.6 五自由度机械臂的运动规划结果分析
5.4 机械臂实际与仿真运动对比分析
5.5 机械手抓取实验
5.6 小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文情况
致谢
本文编号：3757091
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