本文關(guān)鍵詞：基于視覺的五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 視覺伺服 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 圖像雅可比矩陣 上位機(jī)軟件

【摘要】：機(jī)器人視覺伺服是機(jī)器視覺領(lǐng)域的熱門課題,它涉及機(jī)器人學(xué)、控制理論、圖像處理等多門學(xué)科知識(shí),視覺機(jī)器人具有自主分析環(huán)境信息和執(zhí)行任務(wù)的能力,廣泛應(yīng)用于航天、國防和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。本文以五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為基礎(chǔ),研究基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì),并且以MATLAB仿真和實(shí)驗(yàn)調(diào)試證明了系統(tǒng)的可行性。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)視覺伺服控制系統(tǒng),包含上位機(jī)軟件、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、攝像機(jī)以及接近開關(guān)等裝置。(2)對(duì)五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,求其正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解;推導(dǎo)表示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度與目標(biāo)在圖像平面運(yùn)動(dòng)速度映射關(guān)系的圖像雅可比矩陣,以此設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)控制律并利用李雅普諾夫方法驗(yàn)證其穩(wěn)定性,最后結(jié)合MATLAB進(jìn)行了固定目標(biāo)定位以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了系統(tǒng)模型以及運(yùn)動(dòng)控制律的有效性。(3)利用卡爾曼濾波辨識(shí)圖像雅可比矩陣的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的解析求解雅可比矩陣的方法,有效避免了求解圖像雅可比矩陣逆時(shí)巨大的計(jì)算量以及計(jì)算誤差,并且在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其效果良好。(4)視覺模塊是視覺伺服的關(guān)鍵。基于眼在手的視覺模式對(duì)攝像機(jī)建立針孔模型并結(jié)合OpenCV對(duì)其進(jìn)行內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定;利用攝像機(jī)采集目標(biāo)信息,用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析,最終利用目標(biāo)識(shí)別技術(shù)得到目標(biāo)的圖像坐標(biāo)。(5)系統(tǒng)控制軟件包含上位機(jī)軟件、Pewin32PRO2實(shí)時(shí)控制軟件以及二者與PMAC卡之間的通訊;利用VS2010和OpenCV編寫上位機(jī)軟件,包含控制模塊和視覺模塊,對(duì)Pewin32PRO2實(shí)時(shí)控制軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,上位機(jī)與實(shí)時(shí)控制軟件之間采用內(nèi)存映射文件的方式通訊。(6)利用五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行平面圖形輪廓雕刻以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤兩個(gè)實(shí)驗(yàn),分別對(duì)應(yīng)第三章的兩個(gè)仿真實(shí)驗(yàn);從實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過程可以看出,五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)雖然運(yùn)動(dòng)較為緩慢,但是仍然可以有效地完成目標(biāo)定位并且實(shí)時(shí)地進(jìn)行跟蹤,具有較好的跟蹤精度。
【關(guān)鍵詞】：視覺伺服 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái) 圖像雅可比矩陣 上位機(jī)軟件
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)背景11-12
• 1.2 機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)介紹12-13
• 1.2.1 視覺伺服系統(tǒng)概述12
• 1.2.2 視覺伺服系統(tǒng)分類12-13
• 1.3 機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3.1 國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 視覺伺服的發(fā)展趨勢(shì)15-16
• 1.4 論文的研究目的和內(nèi)容16-17
• 第2章 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制系統(tǒng)17-25
• 2.1 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 控制器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)選取18-21
• 2.2.1 PMAC運(yùn)動(dòng)控制器18-20
• 2.2.2 伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)20-21
• 2.3 檢測(cè)系統(tǒng)21-23
• 2.3.1 視覺檢測(cè)模塊21-22
• 2.3.2 接近開關(guān)22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第3章 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)視覺伺服控制設(shè)計(jì)25-41
• 3.1 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)建�；A(chǔ)25-27
• 3.1.1 空間坐標(biāo)系位姿描述25-26
• 3.1.2 多坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換26-27
• 3.2 五自由度平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析27-30
• 3.2.1 平臺(tái)正運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析28-30
• 3.2.2 平臺(tái)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)建模分析30
• 3.3 基于圖像的視覺伺服控制律設(shè)計(jì)30-32
• 3.3.1 雅可比矩陣的構(gòu)造與求解31-32
• 3.3.2 應(yīng)用圖像雅可比矩陣設(shè)計(jì)控制律32
• 3.4 圖像雅可比矩陣辨識(shí)32-35
• 3.4.1 圖像雅可比矩陣的辨識(shí)方法32-33
• 3.4.2 卡爾曼濾波辨識(shí)圖像雅可比矩陣33-35
• 3.5 仿真實(shí)驗(yàn)35-39
• 3.5.1 固定目標(biāo)定位仿真實(shí)驗(yàn)35-37
• 3.5.2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤仿真實(shí)驗(yàn)37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第4章 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)視覺系統(tǒng)41-57
• 4.1 攝像機(jī)成像模型建立41-44
• 4.1.1 視覺系統(tǒng)內(nèi)坐標(biāo)系之間的關(guān)系41-43
• 4.1.2 針孔模型建立43-44
• 4.2 CCD攝像機(jī)標(biāo)定44-48
• 4.2.1 攝像機(jī)標(biāo)定方法45
• 4.2.2 攝像機(jī)標(biāo)定原理45-46
• 4.2.3 攝像機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)46-48
• 4.3 視覺系統(tǒng)目標(biāo)圖像處理48-51
• 4.3.1 目標(biāo)圖像采集48-49
• 4.3.2 目標(biāo)圖像灰度化49-50
• 4.3.3 目標(biāo)圖像平滑50-51
• 4.4 目標(biāo)識(shí)別51-55
• 4.4.1 目標(biāo)邊緣檢測(cè)51-53
• 4.4.2 三種邊緣檢測(cè)算子結(jié)果分析53-54
• 4.4.3 目標(biāo)顏色識(shí)別54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第5章 五自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軟件開發(fā)與實(shí)驗(yàn)調(diào)試57-75
• 5.1 Pewin32PRO2實(shí)時(shí)控制軟件57-59
• 5.1.1 實(shí)時(shí)控制、狀態(tài)顯示與故障診斷57-58
• 5.1.2 Pewin32PRO2軟件參數(shù)設(shè)置58
• 5.1.3 平臺(tái)運(yùn)動(dòng)模式選擇58-59
• 5.2 上位機(jī)控制軟件開發(fā)59-63
• 5.2.1 控制模塊60-61
• 5.2.2 視覺模塊61-63
• 5.3 上位機(jī)、Pewin32PRO2及運(yùn)動(dòng)控制卡之間的通訊63-65
• 5.3.1 Pewin32PRO2與運(yùn)動(dòng)控制卡的通訊63
• 5.3.2 上位機(jī)軟件與運(yùn)動(dòng)控制卡的通訊63-64
• 5.3.3 上位機(jī)軟件與Pewin32PRO2的通訊64-65
• 5.4 固定目標(biāo)雕刻實(shí)驗(yàn)65-71
• 5.4.1 目標(biāo)輪廓尋找與特征點(diǎn)獲取66-69
• 5.4.2 平面目標(biāo)雕刻實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析69-71
• 5.5 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)71-73
• 5.5.1 目標(biāo)定位71
• 5.5.2 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析71-73
• 5.6 本章小結(jié)73-75
• 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單80-81
• 致謝81

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李小萍;盛景泰;;基于空中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的雷達(dá)任務(wù)系統(tǒng)可靠性研究[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn);2011年03期

2 董永謙;狄希遠(yuǎn);張志耀;田芳;;高速精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)研制[J];電子工藝技術(shù);2011年03期

3 楊國哲,王立平,郁鼎文,黃歡;三坐標(biāo)精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底座的設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程師;2005年07期

4 王貴平;董永謙;田芳;狄希遠(yuǎn);;生瓷帶打孔機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J];電子工藝技術(shù);2009年02期

5 紀(jì)大壯;楊小雷;王國宏;李勝軍;詹毅;;基于改進(jìn)粒子濾波的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)定位算法[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2010年09期

6 楊國哲;王立平;郁鼎文;崔巍;;三維微細(xì)電火花加工運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的誤差模型建立[J];機(jī)械工程師;2006年06期

7 孫浩;王程;王潤(rùn)生;;基于多傳感器融合的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用;2008年04期

8 孫偉;張科;李言俊;姜偉;;運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上基于粒子濾波的目標(biāo)跟蹤技術(shù)[J];航空計(jì)算技術(shù);2010年05期

9 楊一博;尹文生;朱煜;王春洪;;粗精動(dòng)超精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)系統(tǒng)建模與分析研究[J];中國機(jī)械工程;2008年23期

10 趙岐誠;江晶;蓋旭剛;;空中多運(yùn)動(dòng)平臺(tái)多傳感器目標(biāo)跟蹤[J];現(xiàn)代雷達(dá);2009年10期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 代小林;叢大成;韓俊偉;李洪人;;基于凱恩方程的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)多剛體動(dòng)力學(xué)建模[A];第五屆全國流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議暨2008年中國航空學(xué)會(huì)液壓與氣動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

2 由俊生;由勇;許敘遙;馬月欣;;持續(xù)載荷飛行仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的預(yù)測(cè)控制研究[A];中國航空學(xué)會(huì)控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

3 韓e，

本文編號(hào)：937856