基于双目视觉的移动机械臂物体抓取控制

发布时间：2017-09-13 17:11

  本文关键词：基于双目视觉的移动机械臂物体抓取控制

  更多相关文章： 移动机械臂 里程计 无标定视觉伺服 双目视觉

【摘要】：传统的工业机器人由于基座固定于某一位置,运动空间受到限制,移动机械臂系统由移动平台和固定在其上的多自由度机械臂组成,移动平台使得移动机械臂的运动空间广阔,多自由度机械臂使得移动机械臂具有运动灵巧性。移动机械臂的自由度包括移动平台和机械臂的自由度,系统具有很强的干扰和不确定性,运动规划控制难度大,是当前研究的热点和重点,有着广阔的应用前景。本文所采用分别考虑移动平台和多自由度机械臂,在运动规划过程中通过决策层分别分配二者运动的运动规划方法。本文采用的移动平台为两轮轮式机器人,是一个具有环境感知,动态决策与规划,运动控制与执行等多种功能的综合系统。两轮轮式机器人运动控制问题主要包括机器人的点镇定控制、路径规划和轨迹跟踪;对于多自由度机械臂控制采用基于视觉的无标定视觉伺服控制,可以直接在图像空间利用特征偏差构造闭环控制器。本文主要研究实现移动机械臂自主完成目标物体的移动抓取,主要工作如下:(1)设计实现了基于里程计和无标定视觉伺服的移动机械臂移动抓取目标物体的运动控制。该方法将抓取目标物体分为三个步骤,第一步两轮轮式机器人根据里程计到达目标物体附近,采用基于两轮轮式机器人的位置和姿势反馈设计里程计运动控制系统,实现了两轮轮式机器人的定位与运动控制。第二步根据特殊的两轴平行布局双目视觉系统获取的信息,控制调整两轮轮式机器人的位姿,使得两轮轮式机器人在一定的距离正对目标物体。第三步基于无标定视觉伺服控制,选择位置近似解耦的点作为图像特征,建立定性定量描述的图像特征映射模型,采用D-H参数法建立机械臂的模型,利用解析法和遗传算法结合求解机械臂逆运动学,设计多模态视觉伺服控制器实现机械臂末端在笛卡尔空间和关节角空间中的变换,完成机械臂对目标物体的抓取,并证明了图像平面特征点的收敛性。(2)搭建基于运动学的两轮轮式机器人仿真平台和机械臂双目视觉系统两轴平行仿真平台,进行了两轮轮式机器人点镇定运动仿真实验和三维空间中机械臂移动抓取目标物体仿真实验。(3)结合基于Maxon无刷直流电机系统和DSP控制器的两轮轮式机器人移动平台、基于双目视觉双轴平行布局视觉系统和亿学通六自由度机械臂,搭建了双目视觉的移动机械臂实物平台。在搭建的平台上进行了移动机械臂三维空间抓取目标物体的实验。本文通过仿真和实物实验结果表明,基于里程计定位的两轮轮式机器人定位运动控制和基于特殊布局的双目视觉系统的无标定视觉伺服,能够在不进行图像雅克比矩阵求解的情况下,较好地完成在视觉引导下的三维空间中移动机械臂的物体自主抓取任务。
【关键词】：移动机械臂 里程计 无标定视觉伺服 双目视觉
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 引言9-13
• 1.2 课题研究的目的与意义13-14
• 1.3 移动机械臂的国内外研究现状14-17
• 1.4 本文的研究内容与结构17-21
• 2 基于双目视觉的移动机械臂数学模型与分析21-37
• 2.1 两轮轮式机器人运动学分析21-24
• 2.1.1 两轮轮式机器人运动控制问题概述21-22
• 2.1.2 两轮轮式机器人运动学模型22-24
• 2.2 机械臂运动学分析24-30
• 2.2.1 刚体空间的位姿描述24
• 2.2.2 齐次变换24-30
• 2.3 双目视觉系统两轴平行布局30-34
• 2.3.1 图像特征映射模型30-32
• 2.3.2 双目视觉系统分析32-34
• 2.4 遗传算法34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 3 移动机械臂无标定视觉伺服建模与控制器的设计37-65
• 3.1 移动机械臂的无标定视觉伺服任务描述37-38
• 3.2 两轮轮式机器人点镇定38-46
• 3.2.1 里程计系统的设计38-41
• 3.2.2 两轮轮式机器人仿真实验41-46
• 3.3 双目视觉系统定性分析46-53
• 3.3.1 图像特征的选取46
• 3.3.2 图像点特征映射模型与相关证明46-49
• 3.3.3 双目视觉系统仿真49-53
• 3.4 基于解析解法和遗传算法的机械臂逆运动学求解53-56
• 3.5 机械臂视觉伺服控制56-63
• 3.5.1 机械臂视觉伺服控制方法56-58
• 3.5.2 机械臂视觉伺服仿真实验58-63
• 3.6 本章小结63-65
• 4 移动机械臂无标定视觉伺服平台搭建与实验65-83
• 4.1 两轮轮式机器人实物平台65-72
• 4.1.1 电机模块65-66
• 4.1.2 控制器模块66-67
• 4.1.3 驱动模块67-68
• 4.1.4 通讯协议68-69
• 4.1.5 两轮轮式机器人点镇定实物实验69-72
• 4.2 机械臂控制子系统72-75
• 4.2.1 机械臂本体与控制器72-74
• 4.2.2 通讯协议74-75
• 4.3 视觉感知子系统75-77
• 4.4 移动机械臂目标物体自主抓取实验77-81
• 4.5 本章小结81-83
• 5 总结与展望83-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录91
• A. 作者在攻读硕士学位期间申请专利目录91
• B. 作者在攻读硕士学位期间承担或参与的科研项目91
• C. 作者在攻读硕士学位期间获得的奖励91

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