本文關鍵詞：基于雙目視覺的伺服機械臂運動控制研究

  更多相關文章： 機械臂控制 軌跡規(guī)劃 雙目視覺 區(qū)域生長 LabVIEW/FPGA

【摘要】：機器人視覺技術自出現(xiàn)以來,就備受關注并得到極大發(fā)展,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、服務業(yè)以及航空航天等多個領域都得到了廣泛的應用。然而隨著研究的深入和應用的發(fā)展,人們對于視覺伺服機器人系統(tǒng)的準確性、實時性和穩(wěn)定性都提出了更高的要求,因此目前針對實時控制系統(tǒng)的視覺控制技術仍有較大的提升空間�；跈C器人視覺技術目前的技術現(xiàn)狀和發(fā)展方向,本文以雙目視覺伺服的六自由度機械臂系統(tǒng)作為研究對象,分別從機械臂的運動學分析理論、運動軌跡規(guī)劃理論、雙目視覺理論進行較為深入的分析和研究,將雙目視覺理論和機械臂控制理論有機結合起來,并著重對現(xiàn)有雙目視覺技術中的最為復雜的立體匹配理論進行研究和改進。本文主要完成了以下五個方面的分析、研究、設計和驗證。以六自由度機械臂為模型進行運動學分析和描述,并以此為對象利用D-H模型進行建模和仿真,并進行了正、逆運動學求解分析,作為機械臂控制的理論基礎；基于運動學建模并分別對于關節(jié)空間中的軌跡規(guī)劃和笛卡爾空間中的軌跡規(guī)劃進行了分析,并利用MATLAB平臺對多項式插值算法和給定路徑插補算法進行了仿真；對雙目視覺識別技術進行結構化分析,并著重對稠密立體匹配進行了研究,并基于已有的區(qū)域生長理論引入預篩選、自適應閾值的Shi-Tomasi圖像分割理論和跳躍式快速生長的概念,對算法進行了優(yōu)化,并進行了理論分析和實驗驗證；基于以上研究和優(yōu)化,基于LabVIEW和FPGA設計了雙目視覺伺服機械臂實時控制系統(tǒng)；最后利用搭建的控制系統(tǒng)對理論研究進行了參數(shù)調整、性能測試、理論驗證和結果分析。經(jīng)過實物系統(tǒng)的測試和分析,系統(tǒng)能夠利用雙目視覺技術實時感知外部環(huán)境的變化,并以此對運動軌跡作出變更規(guī)劃。同時,實驗結果證明,相較于傳統(tǒng)的區(qū)域生長算法,本文設計的改進稠密立體匹配算法在運行速度和準確性上都有較大提升,有效彌補了傳統(tǒng)算法在準確性和實時性方面的缺陷。
【關鍵詞】：機械臂控制 軌跡規(guī)劃 雙目視覺 區(qū)域生長 LabVIEW/FPGA
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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 機器人視覺技術的研究現(xiàn)狀10-15
• 1.3.1 機器人視覺技術國外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 機器人視覺技術國內研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 機器人視覺的研究重點14-15
• 1.4 論文主要工作和內容安排15-17
• 1.4.1 論文主要內容15-16
• 1.4.2 章節(jié)安排16-17
• 2 機械臂運動學建模及軌跡規(guī)劃研究17-34
• 2.1 機械臂運動學建模研究17-23
• 2.1.1 機械臂運動學分析簡介17-18
• 2.1.2 機械臂結構模型分析及參數(shù)確定18-19
• 2.1.3 運動學數(shù)學建模19-21
• 2.1.4 逆運動學求解21-23
• 2.2 基于MATLAB的運動學模型仿真23-26
• 2.2.1 正運動學仿真23-25
• 2.2.2 逆運動學仿真25-26
• 2.3 機械臂軌跡規(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33-34
• 3 雙目視覺理論研究與算法改進34-54
• 3.1 攝像機模型及其標定34-38
• 3.1.1 標定方法與極大似然估計34-37
• 3.1.2 標定的實現(xiàn)及結果分析37-38
• 3.2 圖像預處理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準41-43
• 3.4 改進的區(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 改進的自適應快速區(qū)域生長算法45-50
• 3.4.4 改進算法的仿真結果分析50-52
• 3.5 基于歐式空間的三維重建52-53
• 3.6 本章小結53-54
• 4 視覺伺服機械臂控制系統(tǒng)設計54-67
• 4.1 系統(tǒng)結構設計及指標54-56
• 4.2 機械臂及其控制系統(tǒng)硬件設計56-58
• 4.2.1 機械臂及數(shù)字舵機56-57
• 4.2.2 機械臂控制驅動器57
• 4.2.3 無線傳輸模塊硬件設計57-58
• 4.3 數(shù)據(jù)采集模塊硬件設計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 驅動控制與無線傳輸程序設計60-64
• 4.4.1 Verilog HDL程序頂層設計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)轉換63-64
• 4.4.5 無線傳輸程序設計64
• 4.5 控制中樞程序設計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 操作界面設計66
• 4.6 本章小結66-67
• 5 參數(shù)調整和實驗分析67-73
• 5.1 尺寸測量實驗67-69
• 5.2 系統(tǒng)運動精度測試實驗69-70
• 5.3 速度測試實驗70-71
• 5.4 結果分析71-72
• 5.5 本章小結72-73
• 結論73-74
• 參考文獻74-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況77-78
• 致謝78-79

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