基于雙目立體視覺機械臂伺服定位系統(tǒng)的研究

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1、獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京工業(yè)大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽名：關(guān)于論文使用授權(quán)的說明日期：趔Q：．生：鯊本人完全了解北京工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以采用影印、縮印

2、或其他復(fù)制手段保存論文。(保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)簽名：導(dǎo)師簽名：主壘!竺日期：迎lQ：∑：塑。摘要’摘要服務(wù)型機器人不僅需要在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中運動，更為重要的是需要具有操作能力，就好比人類做任何事情都離不開靈巧的手臂。服務(wù)型機器人的操作能力主要通過其安裝的機械臂來體現(xiàn)。當(dāng)被操作目標(biāo)在機器人坐標(biāo)系中的確切位置不可能預(yù)知時，僅僅依靠運動學(xué)和運動規(guī)劃的方法不可能實現(xiàn)機械臂對目標(biāo)的操作。立體視覺是服務(wù)型機器人獲取環(huán)境信息最主要的傳感系統(tǒng)，因此，對基于雙目立體視覺的機械臂伺服定位系統(tǒng)進行研究成為完成機器人操作任務(wù)的必要選擇，具有

3、現(xiàn)實意義和理論意義。本文在構(gòu)建靈活度較高的六自由度虛擬機械臂和立體視覺系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，研究了固定于工作空間之中的攝像機引導(dǎo)機械臂跟蹤目標(biāo)小球的定位視覺伺服系統(tǒng)(ECL系統(tǒng))。論文完成的主要工作包括：(1)根據(jù)服務(wù)型機器人實驗平臺的需求，確定了機械臂的自由度及各關(guān)節(jié)和桿件間的結(jié)構(gòu)。在SolidWorks環(huán)境下構(gòu)建了一個六自由度開鏈?zhǔn)綑C械臂的三維仿真模型，并建立了該機械臂的運動學(xué)模型。借助ADAMS虛擬樣機軟件進行仿真，以驗證該機械臂機械結(jié)構(gòu)的合理性。(2)研究了基于雙目立體視覺的小球位姿檢測方法。采用雙目立體攝像機對處于復(fù)雜靜止

4、背景下的運動小球進行檢測、跟蹤以及特征提取。利用雙目視差原理獲取特征點的深度信息，最終較準(zhǔn)確地得到了小球的圓心三維坐標(biāo)和旋轉(zhuǎn)姿態(tài)。(3)在Eye．to．hand視覺伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，研究了以雙目立體攝像機測得的運動目標(biāo)位姿作為給定信息的位置給定型視覺伺服系統(tǒng)控制方法。利用ADAMS與Matlab進行聯(lián)合仿真實驗，實現(xiàn)了用實際雙目立體攝像機控制虛擬機械臂跟蹤運動目標(biāo)小球的實驗。(4)研究了模型預(yù)測控,U(MPC)方法，并將該方法進行改進應(yīng)用于機械臂關(guān)節(jié)的伺服控制。實現(xiàn)了關(guān)節(jié)空間內(nèi)的軌跡跟蹤控制，仿真試驗結(jié)果顯示該算法具有抑制干擾和

5、受系統(tǒng)中不確定因素影響較小的特性。本論文的研究工作得到國家自然科學(xué)基金(NO．60774077)、國家863計劃(NO．2007AA042226)、北京市教育委員會科技計劃面上項目(NO．KM200810005016)和北京市教委科技創(chuàng)新平臺項目(NO．0020005466018)的資助。論文的研究工作對于提高機械臂的工作效率以及拓展服務(wù)型機器人的應(yīng)用范圍具有參考價值。關(guān)鍵詞：機械臂；視覺伺服；雙目視差；特征提取：位置定位；軌跡跟蹤IIABSTRACTServiceroboticsisrequirednotonlymoving

6、intheunstructuredenvironment，butalsoneedtohavetheoperatingcapacityimportantly,likehumancandonothingwithomdexterousarms．Servicerobotics’operatecapacityismainlyrealizedbyitsmanipulatorinstalled．喊l(fā)etheposeoftargetbeingunpredicted，theoperationisnotachievedbymanipulatoro

7、nlyrelyingonthekinematicsandplanningmethods．Sothestereoscopicvisionisthemainsensorofserviceroboticsacquiringenvironmentinformation．Becauseofthat，basedonstereocamera,theresearchofthemanipulatorrobotservoing．positionsystemisnecessaryselectiontooperating，andalsosignifi

8、cant．Inthisthesis，baseonstructuringasix—freedomdegreesmanipulatorwhichhashigherflexibilityandanalyzingtheworkingprincipleofbinocularstereo