本文關鍵詞： 視覺伺服 工業(yè)機器人 圖像處理 圖像雅可比矩陣　出處：《長春工業(yè)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：機器人視覺伺服是機器視覺領域的熱門課題,涉及機器人學、控制理論、圖像處理等多門學科知識。視覺機器人具有自主分析環(huán)境信息和執(zhí)行任務的能力,廣泛應用于航天、國防和工業(yè)自動化領域。本文以六自由度工業(yè)機器人為研究對象,研究基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng),通過圖像采集獲取圖像信息后完成圖像處理,利用圖像特征作為反饋信號,并對圖像雅可比矩陣進行辨識,利用辨識的結果應用在視覺伺服控制器中,完成了MATLAB仿真和實驗臺調(diào)試工作。主要研究內(nèi)容如下:首先,詳細分析了機器人視覺伺服控制系統(tǒng)的組成,闡述攝像機模型和機器人運動學分析,并對視覺伺服系統(tǒng)的類別進行介紹,比較基于位置和圖像的視覺伺服系統(tǒng)。其次,對目標圖像進行圖像處理和分析,包括圖像采集、圖像預處理、圖像邊緣檢測和目標特征提取。在預處理過程中高斯濾波方法對消除環(huán)境噪聲有著較好的效果。通過幾種圖像邊緣檢測方法對比分析,采用Canny邊緣檢測算子對圖像進行邊緣檢測,利用圖像矩的方法來對目標特征進行提取。再次,針對基于雅可比矩陣逆的視覺伺服控制方法進行了研究。為了提高系統(tǒng)響應的實時性,能對速度較快的目標進行有效的跟蹤,提出一種帶預測補償?shù)哪嫜趴杀染仃嘝I控制算法,并且采用擴展H?粒子濾波算法對圖像雅可比矩陣進行在線辨識,與卡爾曼濾波算法進行對比實驗研究,仿真實驗結果驗證視覺伺服控制方法可行性。最后,構建視覺伺服控制系統(tǒng)實驗平臺,完成了目標識別和目標跟蹤實驗。采用C++來設計視覺伺服控制系統(tǒng)界面,通過對運動目標的軌跡跟蹤實驗驗證了本文的控制方法在實際工程應用中的有效性,實驗結果表明基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)能夠達到預定效果。
[Abstract]:Robot vision servo is a hot topic in the field of machine vision, involving robotics, control theory, image processing and other subjects. Visual robot has the ability to analyze environmental information and perform tasks independently, and it is widely used in spaceflight. In the field of national defense and industrial automation. In this paper, a visual servo control system based on image is studied, which takes six degrees of freedom industrial robot as the research object. The image feature is used as feedback signal, and the image Jacobian matrix is identified. The result of identification is applied to the visual servo controller. The MATLAB simulation and experiment bench debugging are completed. The main research contents are as follows: first, The composition of robot visual servo control system is analyzed in detail, the camera model and robot kinematics analysis are expounded, the categories of visual servo system are introduced, and the visual servo system based on position and image is compared. Secondly, Image processing and analysis of the target image, including image acquisition, image preprocessing, Image edge detection and target feature extraction. Gao Si filtering method has a good effect on eliminating environmental noise in the process of preprocessing. The comparison and analysis of several image edge detection methods, The Canny edge detection operator is used to detect the edge of the image, and the method of image moment is used to extract the target feature. The visual servo control method based on Jacobian matrix inverse is studied. In order to improve the real-time response of the system and to track the faster target effectively, an inverse Jacobian matrix Pi control algorithm with predictive compensation is proposed. And use extended H? The particle filter algorithm is used to identify the image Jacobian matrix online, and compared with the Kalman filter algorithm. The simulation results verify the feasibility of the visual servo control method. Finally, a visual servo control system experimental platform is constructed. The interface of visual servo control system is designed by using C, and the effectiveness of the control method in practical engineering is verified by the trajectory tracking experiment of moving target. Experimental results show that the image based visual servo system can achieve a predetermined effect.
【學位授予單位】：長春工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41;TP242

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本文編號：1498882