本文關(guān)鍵詞：基于雙目視覺的伺服機(jī)械臂運(yùn)動控制研究

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【摘要】：機(jī)器人視覺技術(shù)自出現(xiàn)以來,就備受關(guān)注并得到極大發(fā)展,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)業(yè)以及航空航天等多個領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。然而隨著研究的深入和應(yīng)用的發(fā)展,人們對于視覺伺服機(jī)器人系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、實(shí)時性和穩(wěn)定性都提出了更高的要求,因此目前針對實(shí)時控制系統(tǒng)的視覺控制技術(shù)仍有較大的提升空間�；跈C(jī)器人視覺技術(shù)目前的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展方向,本文以雙目視覺伺服的六自由度機(jī)械臂系統(tǒng)作為研究對象,分別從機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)分析理論、運(yùn)動軌跡規(guī)劃理論、雙目視覺理論進(jìn)行較為深入的分析和研究,將雙目視覺理論和機(jī)械臂控制理論有機(jī)結(jié)合起來,并著重對現(xiàn)有雙目視覺技術(shù)中的最為復(fù)雜的立體匹配理論進(jìn)行研究和改進(jìn)。本文主要完成了以下五個方面的分析、研究、設(shè)計和驗(yàn)證。以六自由度機(jī)械臂為模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析和描述,并以此為對象利用D-H模型進(jìn)行建模和仿真,并進(jìn)行了正、逆運(yùn)動學(xué)求解分析,作為機(jī)械臂控制的理論基礎(chǔ)；基于運(yùn)動學(xué)建模并分別對于關(guān)節(jié)空間中的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間中的軌跡規(guī)劃進(jìn)行了分析,并利用MATLAB平臺對多項(xiàng)式插值算法和給定路徑插補(bǔ)算法進(jìn)行了仿真；對雙目視覺識別技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析,并著重對稠密立體匹配進(jìn)行了研究,并基于已有的區(qū)域生長理論引入預(yù)篩選、自適應(yīng)閾值的Shi-Tomasi圖像分割理論和跳躍式快速生長的概念,對算法進(jìn)行了優(yōu)化,并進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；基于以上研究和優(yōu)化,基于LabVIEW和FPGA設(shè)計了雙目視覺伺服機(jī)械臂實(shí)時控制系統(tǒng)；最后利用搭建的控制系統(tǒng)對理論研究進(jìn)行了參數(shù)調(diào)整、性能測試、理論驗(yàn)證和結(jié)果分析。經(jīng)過實(shí)物系統(tǒng)的測試和分析,系統(tǒng)能夠利用雙目視覺技術(shù)實(shí)時感知外部環(huán)境的變化,并以此對運(yùn)動軌跡作出變更規(guī)劃。同時,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,相較于傳統(tǒng)的區(qū)域生長算法,本文設(shè)計的改進(jìn)稠密立體匹配算法在運(yùn)行速度和準(zhǔn)確性上都有較大提升,有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)算法在準(zhǔn)確性和實(shí)時性方面的缺陷。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)械臂控制 軌跡規(guī)劃 雙目視覺 區(qū)域生長 LabVIEW/FPGA
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.41;TP241
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.2 課題的研究意義10
• 1.3 機(jī)器人視覺技術(shù)的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 機(jī)器人視覺技術(shù)國外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 機(jī)器人視覺技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 機(jī)器人視覺的研究重點(diǎn)14-15
• 1.4 論文主要工作和內(nèi)容安排15-17
• 1.4.1 論文主要內(nèi)容15-16
• 1.4.2 章節(jié)安排16-17
• 2 機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)建模及軌跡規(guī)劃研究17-34
• 2.1 機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)建模研究17-23
• 2.1.1 機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)分析簡介17-18
• 2.1.2 機(jī)械臂結(jié)構(gòu)模型分析及參數(shù)確定18-19
• 2.1.3 運(yùn)動學(xué)數(shù)學(xué)建模19-21
• 2.1.4 逆運(yùn)動學(xué)求解21-23
• 2.2 基于MATLAB的運(yùn)動學(xué)模型仿真23-26
• 2.2.1 正運(yùn)動學(xué)仿真23-25
• 2.2.2 逆運(yùn)動學(xué)仿真25-26
• 2.3 機(jī)械臂軌跡規(guī)劃理論研究26-33
• 2.3.1 軌跡規(guī)劃簡介26-27
• 2.3.2 關(guān)節(jié)空間中的軌跡規(guī)劃27-31
• 2.3.3 笛卡爾空間中的軌跡規(guī)劃31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 3 雙目視覺理論研究與算法改進(jìn)34-54
• 3.1 攝像機(jī)模型及其標(biāo)定34-38
• 3.1.1 標(biāo)定方法與極大似然估計34-37
• 3.1.2 標(biāo)定的實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析37-38
• 3.2 圖像預(yù)處理38-40
• 3.2.1 圖像灰度化39
• 3.2.2 圖像的平滑和降噪39-40
• 3.3 立體匹配原理與算法簡介40-43
• 3.3.1 立體匹配的約束條件40-41
• 3.3.2 體匹配算法分類和評價標(biāo)準(zhǔn)41-43
• 3.4 改進(jìn)的區(qū)域生長稠密匹配算法43-52
• 3.4.1 傳統(tǒng)的區(qū)域生長算法簡介43
• 3.4.2 Shi-Tomasi圖像分割理論43-45
• 3.4.3 改進(jìn)的自適應(yīng)快速區(qū)域生長算法45-50
• 3.4.4 改進(jìn)算法的仿真結(jié)果分析50-52
• 3.5 基于歐式空間的三維重建52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 4 視覺伺服機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計54-67
• 4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及指標(biāo)54-56
• 4.2 機(jī)械臂及其控制系統(tǒng)硬件設(shè)計56-58
• 4.2.1 機(jī)械臂及數(shù)字舵機(jī)56-57
• 4.2.2 機(jī)械臂控制驅(qū)動器57
• 4.2.3 無線傳輸模塊硬件設(shè)計57-58
• 4.3 數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計58-60
• 4.3.1 雙目圖像采集模塊58
• 4.3.2 ADXL345加速度采集模塊58-59
• 4.3.3 ENC-03角陀螺儀59-60
• 4.4 驅(qū)動控制與無線傳輸程序設(shè)計60-64
• 4.4.1 Verilog HDL程序頂層設(shè)計60-61
• 4.4.2 串行通信程序61
• 4.4.3 指令分析和PWM生成61-63
• 4.4.4 數(shù)據(jù)采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換63-64
• 4.4.5 無線傳輸程序設(shè)計64
• 4.5 控制中樞程序設(shè)計64-66
• 4.5.1 LabVIEW與MATLAB混合編程64-65
• 4.5.2 基于3D Picture Control的LabVIEW三維建摸65-66
• 4.5.3 操作界面設(shè)計66
• 4.6 本章小結(jié)66-67
• 5 參數(shù)調(diào)整和實(shí)驗(yàn)分析67-73
• 5.1 尺寸測量實(shí)驗(yàn)67-69
• 5.2 系統(tǒng)運(yùn)動精度測試實(shí)驗(yàn)69-70
• 5.3 速度測試實(shí)驗(yàn)70-71
• 5.4 結(jié)果分析71-72
• 5.5 本章小結(jié)72-73
• 結(jié)論73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況77-78
• 致謝78-79

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本文編號：922175