【摘要】：智能機(jī)器人是指能夠自主完成特定任務(wù)的機(jī)器人,而對(duì)環(huán)境感知和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的研究則有助于提高機(jī)器人的自主性,使其更加智能化。環(huán)境感知主要是通過各類視覺傳感器采集點(diǎn)云或圖像數(shù)據(jù),并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理后,使機(jī)器人系統(tǒng)能夠獲得環(huán)境中物體的各類信息。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃則是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上,通過規(guī)劃出一條無碰軌跡來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。本文首先介紹各類傳感器的標(biāo)定方法,用以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系下的統(tǒng)一。在分析現(xiàn)有標(biāo)定算法的基礎(chǔ)上,利用Navy手眼標(biāo)定法優(yōu)化計(jì)算最小二乘解,從而使標(biāo)定精度達(dá)到毫米級(jí);而基于兩步法的單線激光傳感器標(biāo)定方法則是在保證精度足夠的前提下,有效地減少了計(jì)算量,從而提高了算法效率。點(diǎn)云作為一種常用的三維物體表面描述方式,其在環(huán)境感知中優(yōu)勢明顯。本文使用區(qū)域生長、RASANC、聚類分析等多種點(diǎn)云分割算法實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人工作空間中各物體的識(shí)別與分割,并以構(gòu)建有向包圍盒的方式計(jì)算它們的大小和位姿。此外,由激光傳感器獲得的高精度點(diǎn)云還可以重建出物體的表面模型。圖像相較于點(diǎn)云要少一個(gè)維度,因而在數(shù)據(jù)處理上更加方便,且卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的提出使得圖像在應(yīng)用上更加廣泛。本文為完成機(jī)器人的自動(dòng)抓取任務(wù),設(shè)計(jì)了一種七層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用以快速識(shí)別圖像中物體的抓取點(diǎn)。此外,基于MobileNet的SSD網(wǎng)絡(luò)也被用于多目標(biāo)物體的識(shí)別與定位,而最終的識(shí)別率能夠達(dá)到80%,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度則只有17ms。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是機(jī)器人執(zhí)行各類任務(wù)的基礎(chǔ),而傳統(tǒng)的示教規(guī)劃方法存在諸多缺陷,所以本文設(shè)計(jì)了一種自主規(guī)劃方案。首先,碰撞檢測將決定機(jī)器人的自由位形空間,而對(duì)PRM算法的使用將在該空間中規(guī)劃出一系列路徑點(diǎn)。最后,利用多點(diǎn)規(guī)劃方法將由路徑點(diǎn)規(guī)劃一條無碰的運(yùn)動(dòng)軌跡。這一規(guī)劃方案能夠讓機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)時(shí)有效地避開障礙物,減少碰撞損壞�？傊�,本文在研究現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出了一整套機(jī)器人環(huán)境感知與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法,且具有穩(wěn)定性好和算法效率高等特點(diǎn)。同時(shí),本文提出的算法基本能夠讓機(jī)器人自主完成掃描和抓取等任務(wù)。
【圖文】：

圖 2-2 Kinect2.0 結(jié)構(gòu)圖Of相機(jī)坐標(biāo)系O x y zyxzPyx O P 焦距光心圖 2-3 相機(jī)針孔模型成像原理（1）相機(jī)外參三維空間中的點(diǎn)一般描述于世界坐標(biāo)系 - -w w wX Y Z 下，因此，相機(jī)針孔模型的第一步是將世界坐標(biāo)系的點(diǎn)通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣 R 和平移向量t 轉(zhuǎn)換到相機(jī)坐標(biāo)系 - -c c cX Y Z 下，具體的計(jì)算方式可表示為：c wX X

c) 二值化圖像 d) 標(biāo)定結(jié)果圖 2-10 RGB-D 相機(jī)標(biāo)定多次標(biāo)定可以計(jì)算出相機(jī)的內(nèi)參為：0.03639146 0 0.025700320 0.003639146 0.020308220 0 1 K的相機(jī)外參標(biāo)定結(jié)果為： 0.300290227 0.950424671 0.080738761 0.5213950.843622744 0.225136191 0.487457037 0.023505|0.445113957 0.214491636 0.869406044 1.20412560 0 0 1 t器人手眼標(biāo)定眼標(biāo)定中，將標(biāo)定板固定于機(jī)械臂末端，，并記錄不同機(jī)器人像數(shù)據(jù)。在計(jì)算出 9 組標(biāo)定板在相機(jī)坐標(biāo)系下的位置變換矩
【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】：2019
【分類號(hào)】：TP242.2

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本文編號(hào)：2676996