本文關(guān)鍵詞：空間在軌維護(hù)用五指靈巧手抓取方案研究

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【摘要】：我國(guó)將建造長(zhǎng)期運(yùn)行的空間站。為了完成危險(xiǎn)環(huán)境下空間站在軌維護(hù)任務(wù),需要研究能夠識(shí)別目標(biāo)物體、自主規(guī)劃抓取方案的具有五指靈巧手的機(jī)器人。這類智能機(jī)器人與宇航員的組合將產(chǎn)生巨大效益。論文以自主研發(fā)的靈巧手為研究對(duì)象,并使用視覺(jué)傳感器采集環(huán)境各項(xiàng)參數(shù)(包括深度信息),開(kāi)展相關(guān)的基本研究,內(nèi)容如下:(1)利用深度信息在開(kāi)源點(diǎn)云庫(kù)(PCL)下建立環(huán)境3D數(shù)字點(diǎn)云模型。結(jié)合點(diǎn)云庫(kù)中的VFH描述子以及區(qū)域生長(zhǎng)分割等基礎(chǔ)理論,提出復(fù)雜環(huán)境中目標(biāo)物體識(shí)別算法并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(2)通過(guò)采樣一致性匹配算法映射出目標(biāo)物體的完整3D點(diǎn)云模型。根據(jù)力封閉的抓取規(guī)則,提出二指、三指抓取算法,求解出相應(yīng)的抓取參數(shù),即抓取向量和抓取點(diǎn)。至此已經(jīng)提取出與目標(biāo)物體有關(guān)的抓取參數(shù)。(3)運(yùn)用D-H參數(shù)法建立靈巧手手指的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,采用虛功原理法建立手指的靜力學(xué)模型以及運(yùn)用拉格朗日法建立其動(dòng)力學(xué)模型。解決靈巧手到達(dá)期望位置、輸出期望力矩和速度等控制方面的問(wèn)題。(4)將目標(biāo)物體的抓取參數(shù)和靈巧手運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的模型結(jié)合在一起,在OPEN INVENTOR(OIV)中建立包含靈巧手與抓取目標(biāo)物體的虛擬系統(tǒng)。提出計(jì)算靈巧手指尖與目標(biāo)物體之間虛擬力的方法。改進(jìn)穩(wěn)定抓取條件,使其適用于虛擬抓取。最終在虛擬系統(tǒng)中實(shí)施抓取實(shí)驗(yàn)仿真,驗(yàn)證所提算法的正確性。通過(guò)以上研究,實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境中抓取目標(biāo)物體的識(shí)別與定位;完成了從局部視圖到完整3D點(diǎn)云模型的映射和抓取參數(shù)的提取;運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型在虛擬系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了靈巧手對(duì)導(dǎo)入目標(biāo)物體的抓取。
【關(guān)鍵詞】：點(diǎn)云模型 物體識(shí)別 采樣一致性匹配算法 抓取參數(shù) 動(dòng)力學(xué)模型 虛擬系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V467;TP242
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 論文的研究背景、目的及意義13-15
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究目的以及意義14-15
• 1.2 靈巧手抓取技術(shù)的研究現(xiàn)狀分析15-22
• 1.2.1 抓取技術(shù)的國(guó)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.2 抓取技術(shù)的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.3 抓取技術(shù)中的物體識(shí)別22
• 1.2.4 抓取技術(shù)中的虛擬仿真22
• 1.3 論文的研究?jī)?nèi)容、結(jié)構(gòu)以及創(chuàng)新點(diǎn)22-25
• 1.3.1 論文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)22-24
• 1.3.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)24-25
• 第二章 基于PCL的靈巧手抓取目標(biāo)物體識(shí)別以及定位25-34
• 2.1 點(diǎn)云模型獲取25-26
• 2.2 區(qū)域生長(zhǎng)分割26-28
• 2.3 VFH描述子計(jì)算28-30
• 2.4 3D物體識(shí)別與環(huán)境自適應(yīng)算法30
• 2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證30-32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 第三章 靈巧手對(duì)目標(biāo)物體的抓取參數(shù)求解34-43
• 3.1 建立完整 3D點(diǎn)云模型34-35
• 3.2 目標(biāo)映射35-37
• 3.3 二力平衡抓取參數(shù)求解算法37-38
• 3.4 三力平衡抓取參數(shù)求解算法38-42
• 3.4.1 三力平衡抓取參數(shù)求解算法推導(dǎo)38-40
• 3.4.2 算法證明與點(diǎn)云模型驗(yàn)證40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 靈巧手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析43-64
• 4.1 靈巧手運(yùn)動(dòng)學(xué)43-50
• 4.1.1 D-H參數(shù)法43-44
• 4.1.2 正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立44-47
• 4.1.3 逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解47-48
• 4.1.4 中指工作空間數(shù)值法求解48-50
• 4.2 靈巧手中指速度與靜力學(xué)分析50-57
• 4.2.1 串聯(lián)機(jī)構(gòu)間的速度傳遞50-51
• 4.2.2 靈巧手中指各結(jié)構(gòu)的速度51-54
• 4.2.3 靈巧手中指的雅可比矩陣和奇異性54-56
• 4.2.4 靈巧手的靜力學(xué)56-57
• 4.3 靈巧手動(dòng)力學(xué)分析57-63
• 4.3.1 牛頓-歐拉方法與拉格朗日方法的對(duì)比58-59
• 4.3.2 中指動(dòng)力學(xué)模型建立59-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 靈巧手單指位置控制64-69
• 5.1 動(dòng)力學(xué)模型修正64-66
• 5.2 位置控制66-68
• 5.3 本章小結(jié)68-69
• 第六章 基于Open Inventor的虛擬靈巧手抓取仿真69-79
• 6.1 虛擬靈巧手建模69-70
• 6.2 碰撞檢測(cè)70
• 6.3 虛擬力計(jì)算70-72
• 6.4 穩(wěn)定抓取條件72-73
• 6.5 虛擬環(huán)境中的抓取技術(shù)73
• 6.6 驗(yàn)證和分析73-77
• 6.6.1 虛擬力的驗(yàn)證和分析73-75
• 6.6.2 抓取的驗(yàn)證與分析75-77
• 6.7 本章小結(jié)77-79
• 第七章 論文總結(jié)與展望79-81
• 7.1 論文總結(jié)79-80
• 7.2 論文展望80-81
• 參考文獻(xiàn)81-87
• 致謝87-88
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文88-89
• 附錄89-102

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本文編號(hào)：655276