迄今為止,將視覺技術(shù)融入機(jī)器人系統(tǒng)的案例越來越多。本文以機(jī)器人系統(tǒng)為背景,針對(duì)視覺處理與機(jī)器人融合領(lǐng)域展開研究,通過建立機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)模型、構(gòu)建高速視覺系統(tǒng)的硬件平臺(tái)、設(shè)計(jì)機(jī)器人視覺伺服控制算法,開發(fā)了一套完整的基于高速圖像反饋的機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)。首先,分析并且建立系統(tǒng)模型。本系統(tǒng)采用實(shí)驗(yàn)室的六軸埃夫特工業(yè)機(jī)器人作為研究平臺(tái),利用基于指數(shù)積公式的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法建立機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,然后利用運(yùn)動(dòng)旋量和位姿矩陣的關(guān)系,導(dǎo)出機(jī)器人的的雅克比矩陣以及機(jī)器人末端和相機(jī)速度關(guān)系。再結(jié)合相機(jī)的數(shù)學(xué)模型,選取適當(dāng)?shù)膱D像特征,建立基于位置和基于圖像的機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的模型。由此,可以建立圖像中的特征速度與機(jī)器人末端相機(jī)速度之間的關(guān)系。通過微分運(yùn)動(dòng)學(xué)與速度轉(zhuǎn)換關(guān)系,得到視覺伺服系統(tǒng)中的各個(gè)坐標(biāo)系之間的關(guān)系,從而將機(jī)械臂末端的相機(jī)坐標(biāo)系中的速度轉(zhuǎn)換為機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度。其次,對(duì)機(jī)器人視覺伺服高速圖像系統(tǒng)進(jìn)行搭建。選用Eo Sens MC1362高速工業(yè)相機(jī)、Xilinx Kinte X Ultra Scale+系列的高性能FPGA開發(fā)卡搭建圖像處理系統(tǒng),用Camera Link協(xié)議的Full... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

廣汽機(jī)器人生產(chǎn)線

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文工作，將人類從重復(fù)性的重體力工業(yè)生產(chǎn)中解放出來[6,7]。在機(jī)器人發(fā)展早期，大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人只能在特定的工作環(huán)境下，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的工作流程或多種傳感器提供的反饋信息，進(jìn)行重復(fù)性的工作，對(duì)復(fù)雜環(huán)境和復(fù)雜物體的適應(yīng)性很差。造成機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中受限的一個(gè)重要原因是機(jī)器人缺乏環(huán)境感知元件，機(jī)器人無法較好的感知自身周圍的環(huán)境[8–10]。隨著科技水平的不斷發(fā)展以及機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)機(jī)器人的智能化水平以及對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力提出了更高的要求。為了提高工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的感知能力和適應(yīng)性，從而更好的適應(yīng)柔性生產(chǎn)和人機(jī)交互，機(jī)器人研究領(lǐng)域的專家學(xué)者們?yōu)闄C(jī)器人添加各種外部感知設(shè)備，使其具有更接近人類的感知能力[11–13]。機(jī)器視覺作為一種非接觸式的測量方法，能夠有效地?cái)[脫傳統(tǒng)測量方法的局限。機(jī)器視覺模仿人眼獲取周圍環(huán)境信息，將攝像機(jī)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，通過攝像機(jī)采集圖像，發(fā)送給計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理和分析，就可以得到所需環(huán)境信息，由此來指導(dǎo)機(jī)器人執(zhí)行下一步動(dòng)作，就像人類的視覺系統(tǒng)一樣。這種通過利用視覺信息進(jìn)行引導(dǎo)，采用視覺傳感器測量外界信息并從采集回來的圖像中提取有效信息作為反饋控制信號(hào)來構(gòu)建機(jī)器人閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而控制機(jī)器人位姿運(yùn)動(dòng)，使得機(jī)器人達(dá)到期望運(yùn)動(dòng)的方法，即為視覺伺服[14,15]。隨著科技的迅猛發(fā)展，視覺伺服得到了廣泛的研究。圖1-2應(yīng)用視覺伺服技術(shù)的機(jī)器人-2-

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第2章機(jī)器人視覺伺服的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立2.1引言在本文的視覺伺服系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為一臺(tái)六自由度埃夫特ER3A-C60工業(yè)機(jī)器人，如圖2-1。為了后續(xù)章節(jié)進(jìn)行視覺伺服系統(tǒng)的分析，首先需要對(duì)機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和微分運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行建模。圖2-1系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)：C60工業(yè)機(jī)器人本章中首先對(duì)三維空間中剛體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行介紹，闡述三維空間中位姿表示的方法和計(jì)算剛體運(yùn)動(dòng)速度的原理。然后介紹基于指數(shù)積公式的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法，并用基于指數(shù)積公式的建模方法為C60工業(yè)機(jī)器人建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。最后通過運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，導(dǎo)出機(jī)器人的微分運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，得到相對(duì)于機(jī)器人末端坐標(biāo)系的雅克比矩陣，再對(duì)固連在機(jī)器人末端的相機(jī)與末端的速度進(jìn)行分析，得到二者之間的關(guān)系。2.2三維空間中剛體運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)2.2.1三維空間中剛體的位姿描述對(duì)于三維空間中的剛體，通常用固連在剛體上的剛體坐標(biāo)系表示剛體的位姿，如圖2-2。在空間中選擇固定的參考坐標(biāo)系{s}，剛體在參考坐標(biāo)系中的位姿-12-

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3516821