本文關(guān)鍵詞：基于雙目視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂物體抓取控制

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【摘要】：傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人由于基座固定于某一位置,運(yùn)動(dòng)空間受到限制,移動(dòng)機(jī)械臂系統(tǒng)由移動(dòng)平臺(tái)和固定在其上的多自由度機(jī)械臂組成,移動(dòng)平臺(tái)使得移動(dòng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間廣闊,多自由度機(jī)械臂使得移動(dòng)機(jī)械臂具有運(yùn)動(dòng)靈巧性。移動(dòng)機(jī)械臂的自由度包括移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)械臂的自由度,系統(tǒng)具有很強(qiáng)的干擾和不確定性,運(yùn)動(dòng)規(guī)劃控制難度大,是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn),有著廣闊的應(yīng)用前景。本文所采用分別考慮移動(dòng)平臺(tái)和多自由度機(jī)械臂,在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃過(guò)程中通過(guò)決策層分別分配二者運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。本文采用的移動(dòng)平臺(tái)為兩輪輪式機(jī)器人,是一個(gè)具有環(huán)境感知,動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃,運(yùn)動(dòng)控制與執(zhí)行等多種功能的綜合系統(tǒng)。兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題主要包括機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定控制、路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤;對(duì)于多自由度機(jī)械臂控制采用基于視覺(jué)的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制,可以直接在圖像空間利用特征偏差構(gòu)造閉環(huán)控制器。本文主要研究實(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)械臂自主完成目標(biāo)物體的移動(dòng)抓取,主要工作如下:(1)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于里程計(jì)和無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服的移動(dòng)機(jī)械臂移動(dòng)抓取目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)控制。該方法將抓取目標(biāo)物體分為三個(gè)步驟,第一步兩輪輪式機(jī)器人根據(jù)里程計(jì)到達(dá)目標(biāo)物體附近,采用基于兩輪輪式機(jī)器人的位置和姿勢(shì)反饋設(shè)計(jì)里程計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了兩輪輪式機(jī)器人的定位與運(yùn)動(dòng)控制。第二步根據(jù)特殊的兩軸平行布局雙目視覺(jué)系統(tǒng)獲取的信息,控制調(diào)整兩輪輪式機(jī)器人的位姿,使得兩輪輪式機(jī)器人在一定的距離正對(duì)目標(biāo)物體。第三步基于無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制,選擇位置近似解耦的點(diǎn)作為圖像特征,建立定性定量描述的圖像特征映射模型,采用D-H參數(shù)法建立機(jī)械臂的模型,利用解析法和遺傳算法結(jié)合求解機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué),設(shè)計(jì)多模態(tài)視覺(jué)伺服控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)角空間中的變換,完成機(jī)械臂對(duì)目標(biāo)物體的抓取,并證明了圖像平面特征點(diǎn)的收斂性。(2)搭建基于運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩輪輪式機(jī)器人仿真平臺(tái)和機(jī)械臂雙目視覺(jué)系統(tǒng)兩軸平行仿真平臺(tái),進(jìn)行了兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)和三維空間中機(jī)械臂移動(dòng)抓取目標(biāo)物體仿真實(shí)驗(yàn)。(3)結(jié)合基于Maxon無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)和DSP控制器的兩輪輪式機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)、基于雙目視覺(jué)雙軸平行布局視覺(jué)系統(tǒng)和億學(xué)通六自由度機(jī)械臂,搭建了雙目視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂實(shí)物平臺(tái)。在搭建的平臺(tái)上進(jìn)行了移動(dòng)機(jī)械臂三維空間抓取目標(biāo)物體的實(shí)驗(yàn)。本文通過(guò)仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于里程計(jì)定位的兩輪輪式機(jī)器人定位運(yùn)動(dòng)控制和基于特殊布局的雙目視覺(jué)系統(tǒng)的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服,能夠在不進(jìn)行圖像雅克比矩陣求解的情況下,較好地完成在視覺(jué)引導(dǎo)下的三維空間中移動(dòng)機(jī)械臂的物體自主抓取任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】：移動(dòng)機(jī)械臂 里程計(jì) 無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服 雙目視覺(jué)
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-9
• 1 緒論9-21
• 1.1 引言9-13
• 1.2 課題研究的目的與意義13-14
• 1.3 移動(dòng)機(jī)械臂的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)17-21
• 2 基于雙目視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂數(shù)學(xué)模型與分析21-37
• 2.1 兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析21-24
• 2.1.1 兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題概述21-22
• 2.1.2 兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型22-24
• 2.2 機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析24-30
• 2.2.1 剛體空間的位姿描述24
• 2.2.2 齊次變換24-30
• 2.3 雙目視覺(jué)系統(tǒng)兩軸平行布局30-34
• 2.3.1 圖像特征映射模型30-32
• 2.3.2 雙目視覺(jué)系統(tǒng)分析32-34
• 2.4 遺傳算法34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 3 移動(dòng)機(jī)械臂無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服建模與控制器的設(shè)計(jì)37-65
• 3.1 移動(dòng)機(jī)械臂的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服任務(wù)描述37-38
• 3.2 兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定38-46
• 3.2.1 里程計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)38-41
• 3.2.2 兩輪輪式機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)41-46
• 3.3 雙目視覺(jué)系統(tǒng)定性分析46-53
• 3.3.1 圖像特征的選取46
• 3.3.2 圖像點(diǎn)特征映射模型與相關(guān)證明46-49
• 3.3.3 雙目視覺(jué)系統(tǒng)仿真49-53
• 3.4 基于解析解法和遺傳算法的機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解53-56
• 3.5 機(jī)械臂視覺(jué)伺服控制56-63
• 3.5.1 機(jī)械臂視覺(jué)伺服控制方法56-58
• 3.5.2 機(jī)械臂視覺(jué)伺服仿真實(shí)驗(yàn)58-63
• 3.6 本章小結(jié)63-65
• 4 移動(dòng)機(jī)械臂無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服平臺(tái)搭建與實(shí)驗(yàn)65-83
• 4.1 兩輪輪式機(jī)器人實(shí)物平臺(tái)65-72
• 4.1.1 電機(jī)模塊65-66
• 4.1.2 控制器模塊66-67
• 4.1.3 驅(qū)動(dòng)模塊67-68
• 4.1.4 通訊協(xié)議68-69
• 4.1.5 兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定實(shí)物實(shí)驗(yàn)69-72
• 4.2 機(jī)械臂控制子系統(tǒng)72-75
• 4.2.1 機(jī)械臂本體與控制器72-74
• 4.2.2 通訊協(xié)議74-75
• 4.3 視覺(jué)感知子系統(tǒng)75-77
• 4.4 移動(dòng)機(jī)械臂目標(biāo)物體自主抓取實(shí)驗(yàn)77-81
• 4.5 本章小結(jié)81-83
• 5 總結(jié)與展望83-85
• 致謝85-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 附錄91
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)專(zhuān)利目錄91
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)或參與的科研項(xiàng)目91
• C. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲得的獎(jiǎng)勵(lì)91

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本文編號(hào)：844960