發(fā)布時間：2017-09-28 20:21

  本文關(guān)鍵詞：基于視覺的五自由度運動平臺控制系統(tǒng)研究

  更多相關(guān)文章： 視覺伺服 五自由度運動平臺 圖像雅可比矩陣 上位機軟件

【摘要】：機器人視覺伺服是機器視覺領(lǐng)域的熱門課題,它涉及機器人學(xué)、控制理論、圖像處理等多門學(xué)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(wù)的能力,廣泛應(yīng)用于航天、國防和工業(yè)自動化領(lǐng)域。本文以五自由度運動平臺為基礎(chǔ),研究基于圖像的視覺伺服控制系統(tǒng),對系統(tǒng)中的每個部分進行詳細的分析與設(shè)計,并且以MATLAB仿真和實驗調(diào)試證明了系統(tǒng)的可行性。主要研究內(nèi)容如下:(1)設(shè)計五自由度運動平臺視覺伺服控制系統(tǒng),包含上位機軟件、運動控制卡、伺服驅(qū)動器、伺服電機、攝像機以及接近開關(guān)等裝置。(2)對五自由度運動平臺進行運動學(xué)建模,求其正、逆運動學(xué)的解;推導(dǎo)表示機器人運動速度與目標在圖像平面運動速度映射關(guān)系的圖像雅可比矩陣,以此設(shè)計運動控制律并利用李雅普諾夫方法驗證其穩(wěn)定性,最后結(jié)合MATLAB進行了固定目標定位以及運動目標跟蹤兩個仿真實驗,驗證了系統(tǒng)模型以及運動控制律的有效性。(3)利用卡爾曼濾波辨識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巨大的計算量以及計算誤差,并且在仿真實驗中驗證其效果良好。(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攝像機建立針孔模型并結(jié)合OpenCV對其進行內(nèi)外參數(shù)的標定;利用攝像機采集目標信息,用數(shù)字圖像處理技術(shù)對其進行分析,最終利用目標識別技術(shù)得到目標的圖像坐標。(5)系統(tǒng)控制軟件包含上位機軟件、Pewin32PRO2實時控制軟件以及二者與PMAC卡之間的通訊;利用VS2010和OpenCV編寫上位機軟件,包含控制模塊和視覺模塊,對Pewin32PRO2實時控制軟件進行參數(shù)設(shè)置,上位機與實時控制軟件之間采用內(nèi)存映射文件的方式通訊。(6)利用五自由度運動平臺進行平面圖形輪廓雕刻以及運動目標跟蹤兩個實驗,分別對應(yīng)第三章的兩個仿真實驗;從實驗運行過程可以看出,五自由度運動平臺雖然運動較為緩慢,但是仍然可以有效地完成目標定位并且實時地進行跟蹤,具有較好的跟蹤精度。
【關(guān)鍵詞】：視覺伺服 五自由度運動平臺 圖像雅可比矩陣 上位機軟件
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 機器人運動控制系統(tǒng)背景11-12
• 1.2 機器人視覺伺服系統(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 五自由度運動平臺控制系統(tǒng)17-25
• 2.1 五自由度運動平臺結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 控制器與執(zhí)行機構(gòu)選取18-21
• 2.2.1 PMAC運動控制器18-20
• 2.2.2 伺服驅(qū)動器與伺服電機20-21
• 2.3 檢測系統(tǒng)21-23
• 2.3.1 視覺檢測模塊21-22
• 2.3.2 接近開關(guān)22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第3章 五自由度運動平臺視覺伺服控制設(shè)計25-41
• 3.1 五自由度運動平臺建�；A(chǔ)25-27
• 3.1.1 空間坐標系位姿描述25-26
• 3.1.2 多坐標系之間的坐標變換26-27
• 3.2 五自由度平臺運動學(xué)分析27-30
• 3.2.1 平臺正運動學(xué)建模分析28-30
• 3.2.2 平臺逆運動學(xué)建模分析30
• 3.3 基于圖像的視覺伺服控制律設(shè)計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)計控制律32
• 3.4 圖像雅可比矩陣辨識32-35
• 3.4.1 圖像雅可比矩陣的辨識方法32-33
• 3.4.2 卡爾曼濾波辨識圖像雅可比矩陣33-35
• 3.5 仿真實驗35-39
• 3.5.1 固定目標定位仿真實驗35-37
• 3.5.2 運動目標跟蹤仿真實驗37-39
• 3.6 本章小結(jié)39-41
• 第4章 五自由度運動平臺視覺系統(tǒng)41-57
• 4.1 攝像機成像模型建立41-44
• 4.1.1 視覺系統(tǒng)內(nèi)坐標系之間的關(guān)系41-43
• 4.1.2 針孔模型建立43-44
• 4.2 CCD攝像機標定44-48
• 4.2.1 攝像機標定方法45
• 4.2.2 攝像機標定原理45-46
• 4.2.3 攝像機標定實驗46-48
• 4.3 視覺系統(tǒng)目標圖像處理48-51
• 4.3.1 目標圖像采集48-49
• 4.3.2 目標圖像灰度化49-50
• 4.3.3 目標圖像平滑50-51
• 4.4 目標識別51-55
• 4.4.1 目標邊緣檢測51-53
• 4.4.2 三種邊緣檢測算子結(jié)果分析53-54
• 4.4.3 目標顏色識別54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 第5章 五自由度運動平臺軟件開發(fā)與實驗調(diào)試57-75
• 5.1 Pewin32PRO2實時控制軟件57-59
• 5.1.1 實時控制、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 平臺運動模式選擇58-59
• 5.2 上位機控制軟件開發(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、Pewin32PRO2及運動控制卡之間的通訊63-65
• 5.3.1 Pewin32PRO2與運動控制卡的通訊63
• 5.3.2 上位機軟件與運動控制卡的通訊63-64
• 5.3.3 上位機軟件與Pewin32PRO2的通訊64-65
• 5.4 固定目標雕刻實驗65-71
• 5.4.1 目標輪廓尋找與特征點獲取66-69
• 5.4.2 平面目標雕刻實驗結(jié)果與分析69-71
• 5.5 運動目標跟蹤實驗71-73
• 5.5.1 目標定位71
• 5.5.2 運動目標跟蹤實驗結(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】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李小萍;盛景泰;;基于空中運動平臺的雷達任務(wù)系統(tǒng)可靠性研究[J];電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗;2011年03期

2 董永謙;狄希遠;張志耀;田芳;;高速精密運動平臺研制[J];電子工藝技術(shù);2011年03期

3 楊國哲,王立平,郁鼎文,黃歡;三坐標精密運動平臺底座的設(shè)計[J];機械工程師;2005年07期

4 王貴平;董永謙;田芳;狄希遠;;生瓷帶打孔機運動平臺的設(shè)計[J];電子工藝技術(shù);2009年02期

5 紀大壯;楊小雷;王國宏;李勝軍;詹毅;;基于改進粒子濾波的運動平臺定位算法[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2010年09期

6 楊國哲;王立平;郁鼎文;崔巍;;三維微細電火花加工運動平臺的誤差模型建立[J];機械工程師;2006年06期

7 孫浩;王程;王潤生;;基于多傳感器融合的運動平臺運動目標檢測[J];計算機應(yīng)用;2008年04期

8 孫偉;張科;李言俊;姜偉;;運動平臺上基于粒子濾波的目標跟蹤技術(shù)[J];航空計算技術(shù);2010年05期

9 楊一博;尹文生;朱煜;王春洪;;粗精動超精密運動平臺系統(tǒng)建模與分析研究[J];中國機械工程;2008年23期

10 趙岐誠;江晶;蓋旭剛;;空中多運動平臺多傳感器目標跟蹤[J];現(xiàn)代雷達;2009年10期

中國重要會議論文全文數(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)運動平臺多剛體動力學(xué)建模[A];第五屆全國流體傳動與控制學(xué)術(shù)會議暨2008年中國航空學(xué)會液壓與氣動學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

2 由俊生;由勇;許敘遙;馬月欣;;持續(xù)載荷飛行仿真運動平臺的預(yù)測控制研究[A];中國航空學(xué)會控制與應(yīng)用第十二屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

3 韓e，

本文編號：937856