機(jī)器人作為一門交叉領(lǐng)域,隨著計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電子等技術(shù)的發(fā)展,其科研成果已在制造業(yè)、醫(yī)療康復(fù)、水下作業(yè)、航空航天以及軍事等很多領(lǐng)域廣為應(yīng)用。在與機(jī)器人的互動(dòng)與協(xié)作中,人們越來越希望機(jī)器人能像人類一樣掌握各種操作技巧,并自如地運(yùn)用這些技巧幫助人們完成生產(chǎn)、生活中的各類任務(wù)。這不僅能將人們從一些簡單、重復(fù)和危險(xiǎn)的工作解放出來,而且能夠提供更加直接而豐富的人機(jī)交互模式。然而,這樣的機(jī)器人往往是一種典型的高度非線性、強(qiáng)耦合的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),在完成各種任務(wù)的時(shí)候,其非線性動(dòng)力學(xué)特性十分顯著,并且實(shí)際存在的各種復(fù)雜不確定性和擾動(dòng)也嚴(yán)重影響著機(jī)器人系統(tǒng)的控制品質(zhì),因此,機(jī)器人的控制往往需要專業(yè)人士設(shè)計(jì)控制器,以適應(yīng)不同的任務(wù)。而這將導(dǎo)致,非專業(yè)人士很難實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制。除此以外,機(jī)器人的編程和調(diào)試往往需要用到各種精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,這使得在一般民用環(huán)境下,很難用常見設(shè)備來控制機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)。因此,本論文希望構(gòu)建一種框架,可以用簡單的視覺設(shè)備使得機(jī)器人能夠理解動(dòng)態(tài)場景,并基于對動(dòng)態(tài)場景的理解,通過示教的方式學(xué)習(xí)人類的控制策略,以最終實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的智能控制。本課題研究內(nèi)容主要包含三個(gè)方面:1.動(dòng)態(tài)場景的理解。機(jī)器... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 觀測學(xué)習(xí)算法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 示教-觀測方式研究現(xiàn)狀
        1.2.3 機(jī)器人示教編程研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 本文的內(nèi)容組織安排
第2章 觀測系統(tǒng)及機(jī)器人系統(tǒng)
    2.1 系統(tǒng)概述
    2.2 攝像頭系統(tǒng)配置
        2.2.1 相機(jī)成像模型
        2.2.2 相機(jī)內(nèi)參標(biāo)定
    2.3 機(jī)械臂控制系統(tǒng)
        2.3.1 機(jī)械臂末端位姿建模
        2.3.2 機(jī)械臂逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型
    2.4 移動(dòng)倒立擺控制系統(tǒng)
        2.4.1 雙輪移動(dòng)差速模型
        2.4.2 一級倒立擺平衡模型
第3章 人類示教樣本觀測系統(tǒng)
    3.1 語義分割獲取目標(biāo)物體像素區(qū)域
        3.1.1 相關(guān)工作基礎(chǔ)介紹
            3.1.1.1 基于全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的語義分割神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
            3.1.1.2 變分自編碼器
        3.1.2 基于變分自編碼器的樣本生成
            3.1.2.1 改進(jìn)后的目標(biāo)物體樣本及標(biāo)簽
            3.1.2.2 基于改進(jìn)變分編碼器的樣本生成
    3.2 可形變物體的單攝像頭三維重建
        3.2.1 帶圖像特征標(biāo)記的三維重建
            3.2.1.1 多視角三維重建
            3.2.1.2 圖像SIFT特征附于三維重建點(diǎn)云模型
        3.2.2 基于骨架分割的點(diǎn)云拓?fù)浞指?br>            3.2.2.1 骨架提取及骨架分割
            3.2.2.2 第一類分割點(diǎn)
            3.2.2.3 第二類分割點(diǎn)
        3.2.3 帶約束的骨架膨脹算法
        3.2.4 第i采樣時(shí)刻的三維重建
        3.2.5 方法總述
        3.2.6 基于NAO機(jī)器人和真人的實(shí)時(shí)三維重建實(shí)驗(yàn)
            3.2.6.1 三維重建算法用于NAO機(jī)器人
            3.2.6.2 三維重建算法用于真人
        3.2.7 實(shí)驗(yàn)中的算法處理細(xì)節(jié)
            3.2.7.1 SIFT算法匹配準(zhǔn)確度
            3.2.7.2 曲率和撓率的離散計(jì)算
            3.2.7.3 三維重建結(jié)果的平滑優(yōu)化
        3.2.8 小節(jié)
第4章 機(jī)械臂的軌跡示教編程
    4.1 機(jī)械臂示教編程數(shù)學(xué)模型
    4.2 通過構(gòu)造的適當(dāng)流形浸入學(xué)習(xí)高維空間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)
        4.2.1 適當(dāng)流形浸入的構(gòu)造方式
        4.2.2 學(xué)習(xí)一個(gè)d+1維的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)
    4.3 通過構(gòu)造的適當(dāng)流形浸入學(xué)習(xí)高維空間動(dòng)態(tài)系統(tǒng)
    4.4示教學(xué)習(xí)機(jī)械臂仿真實(shí)驗(yàn)
        4.4.1 基于LASA手寫數(shù)據(jù)集的仿真
        4.4.2 示教學(xué)習(xí)機(jī)械臂交叉軌跡動(dòng)作
        4.4.3 示教學(xué)習(xí)的真機(jī)驗(yàn)證
    4.5 示教學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)編程細(xì)節(jié)
        4.5.1 參數(shù)選擇與采樣插值
        4.5.2 穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)定義
        4.5.3 適當(dāng)流形浸入證明
    4.6 小節(jié)
第5章 基于示教的移動(dòng)平衡車平衡及軌跡規(guī)劃
    5.1 移動(dòng)平衡車的控制概述
    5.2 移動(dòng)平衡車的數(shù)學(xué)建模
    5.3 同時(shí)學(xué)習(xí)軌跡跟蹤和平衡控制
        5.3.1 學(xué)習(xí)具備非完整性約束和欠驅(qū)動(dòng)約束的控制模型
        5.3.2 通過和所學(xué)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的帶約束優(yōu)化問題實(shí)時(shí)調(diào)整高一維分量
    5.4 輪式平衡車上的示教編程真機(jī)實(shí)驗(yàn)
    5.5 小節(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 下一步工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于視覺引導(dǎo)的工業(yè)機(jī)器人示教編程系統(tǒng)[J]. 倪自強(qiáng),王田苗,劉達(dá).  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(03)
[2]弧焊機(jī)器人示教編程器的設(shè)計(jì)[J]. 張連新,高洪明,吳林,張廣軍.  焊接學(xué)報(bào). 2006(08)
[3]機(jī)器人示教編程方法[J]. 張愛紅,張秋菊.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2003(04)
[4]基于激光測距的三維激光加工示教編程系統(tǒng)[J]. 謝耀輝,朱國力,段正澄.  中國激光. 2001(06)

碩士論文
[1]基于手勢引導(dǎo)的工業(yè)機(jī)器人示教技術(shù)研究及應(yīng)用[D]. 沈靖皓.浙江大學(xué) 2017
[2]基于條紋式激光傳感器的機(jī)器人焊縫跟蹤系統(tǒng)的研究[D]. 林炳強(qiáng).華南理工大學(xué) 2016
[3]基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D]. 高慧.西南交通大學(xué) 2016
[4]基于模仿的機(jī)器人編程技術(shù)研究[D]. 張小冰.上海交通大學(xué) 2007



本文編號：3198175