本文選題：機(jī)械臂 + 視覺伺服��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：機(jī)器人技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)逐漸成熟,在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的應(yīng)用也更加廣泛,其中智能機(jī)器人技術(shù)成為了新的發(fā)展方向,在機(jī)器人上安裝視覺傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視覺跟蹤是研究的熱點(diǎn)。本文研究RM-501機(jī)械臂的視覺伺服,采用攝像機(jī)固定的安裝方式,設(shè)計(jì)視覺檢測算法,提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的中心位置作為圖像特征,并采用基于圖像的方法進(jìn)行視覺伺服控制器和RM-501機(jī)械臂關(guān)節(jié)控制器的設(shè)計(jì),目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端執(zhí)行器對(duì)二維平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視覺跟蹤。為控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端執(zhí)行器對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤,本文首先采用幾何法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,得到機(jī)械臂末端位置和關(guān)節(jié)角度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,為關(guān)節(jié)控制器提供給定量。為將目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為視覺伺服系統(tǒng)可以處理的變量,本文進(jìn)行了視覺檢測算法設(shè)計(jì)。視覺檢測完成的工作主要是圖像的灰度化,邊緣檢測和中心位置計(jì)算,提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圓心位置坐標(biāo)作為圖像特征,作為視覺伺服控制器的輸入。設(shè)計(jì)完視覺檢測算法之后,本文搭建了DM6446達(dá)芬奇技術(shù)平臺(tái)的軟件開發(fā)環(huán)境并進(jìn)行多線程應(yīng)用程序的設(shè)計(jì),在DM6446上實(shí)現(xiàn)了視覺檢測算法。為把運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像特征變化轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息,本文采用基于圖像的視覺伺服方法,選擇圖像雅克比矩陣作為描述機(jī)械臂手眼關(guān)系的模型。基于圖像的視覺伺服重點(diǎn)在于如何實(shí)現(xiàn)圖像雅克比矩陣的在線估計(jì),本文采用卡爾曼濾波算法在線估計(jì)圖像雅克比矩陣,并在MATLAB中進(jìn)行了仿真。為驅(qū)動(dòng)RM-501機(jī)械臂關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),本文設(shè)計(jì)了機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)并進(jìn)行了系統(tǒng)聯(lián)調(diào),關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要對(duì)關(guān)節(jié)電機(jī)建模,然后設(shè)計(jì)RM-501機(jī)械臂各關(guān)節(jié)的雙閉環(huán)控制器,內(nèi)環(huán)為速率環(huán),外環(huán)為位置環(huán)。
[Abstract]:The development of robot technology has gradually matured, and it has been widely used in industrial production and scientific research. Among them, intelligent robot technology has become a new direction of development. It is a hot research topic to install vision sensor on robot to realize robot's visual tracking to moving target. In this paper, the visual servo of RM-501 manipulator is studied. The fixed installation of the camera is used to design the visual detection algorithm, and the center position of the moving object is extracted as the image feature. The visual servo controller and the RM-501 manipulator joint controller are designed based on the image-based method. The aim is to realize the visual tracking of the moving objects in the two-dimensional plane by the end actuators of the manipulators. In order to control the movement of the manipulator in order to realize the tracking of the moving target by the end actuator of the manipulator, the forward and inverse kinematics analysis of the manipulator is carried out by geometric method, and the conversion relationship between the position of the end of the manipulator and the angle of the joint is obtained. For joint controller to provide quantitative. In order to transform the motion of the object into a variable that can be processed by a visual servo system, a visual detection algorithm is designed in this paper. The main work of visual detection is image grayness edge detection and center position calculation. The center coordinates of moving object are extracted as image features and as input of visual servo controller. After designing the vision detection algorithm, this paper builds the software development environment of DM6446 da Vinci technology platform and designs the multi-thread application program, and realizes the vision detection algorithm on DM6446. In order to transform the image feature change of moving object into joint motion information, the image Jacobian matrix is selected as the model to describe the hand-eye relationship of the manipulator by using the image-based visual servo method. The emphasis of image visual servo is how to realize the on-line estimation of image Jacobian matrix. In this paper, Kalman filter algorithm is used to estimate image Jacobian matrix online, and the simulation is carried out in MATLAB. In order to drive the motor rotation of RM-501 manipulator joint, this paper designs the control system of each joint of the arm and carries on the system linkage adjustment. The design of the joint control system needs to model the joint motor, and then design the double closed loop controller of each joint of the RM-501 mechanical arm. The inner ring is the rate loop, and the outer ring is the position ring.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP241;TM921.541

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2116718