基于雙目視覺的移動機械臂物體抓取控制.pdf

1、傳統(tǒng)的工業(yè)機器人由于基座固定于某一位置，運動空間受到限制，移動機械臂系統(tǒng)由移動平臺和固定在其上的多自由度機械臂組成，移動平臺使得移動機械臂的運動空間廣闊，多自由度機械臂使得移動機械臂具有運動靈巧性。移動機械臂的自由度包括移動平臺和機械臂的自由度，系統(tǒng)具有很強的干擾和不確定性，運動規(guī)劃控制難度大，是當(dāng)前研究的熱點和重點,有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文所采用分別考慮移動平臺和多自由度機械臂，在運動規(guī)劃過程中通過決策層分別分配二者運動的

2、運動規(guī)劃方法。本文采用的移動平臺為兩輪輪式機器人，是一個具有環(huán)境感知，動態(tài)決策與規(guī)劃，運動控制與執(zhí)行等多種功能的綜合系統(tǒng)。兩輪輪式機器人運動控制問題主要包括機器人的點鎮(zhèn)定控制、路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤；對于多自由度機械臂控制采用基于視覺的無標(biāo)定視覺伺服控制，可以直接在圖像空間利用特征偏差構(gòu)造閉環(huán)控制器。
　　本文主要研究實現(xiàn)移動機械臂自主完成目標(biāo)物體的移動抓取，主要工作如下：
　?、僭O(shè)計實現(xiàn)了基于里程計和無標(biāo)定視覺伺服的移動機械臂

3、移動抓取目標(biāo)物體的運動控制。
　　該方法將抓取目標(biāo)物體分為三個步驟，第一步兩輪輪式機器人根據(jù)里程計到達(dá)目標(biāo)物體附近，采用基于兩輪輪式機器人的位置和姿勢反饋設(shè)計里程計運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了兩輪輪式機器人的定位與運動控制。
　　第二步根據(jù)特殊的兩軸平行布局雙目視覺系統(tǒng)獲取的信息，控制調(diào)整兩輪輪式機器人的位姿，使得兩輪輪式機器人在一定的距離正對目標(biāo)物體。
　　第三步基于無標(biāo)定視覺伺服控制，選擇位置近似解耦的點作為圖像特征，建立

4、定性定量描述的圖像特征映射模型，采用D-H參數(shù)法建立機械臂的模型，利用解析法和遺傳算法結(jié)合求解機械臂逆運動學(xué)，設(shè)計多模態(tài)視覺伺服控制器實現(xiàn)機械臂末端在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)角空間中的變換，完成機械臂對目標(biāo)物體的抓取，并證明了圖像平面特征點的收斂性。
　?、诖罱ɑ谶\動學(xué)的兩輪輪式機器人仿真平臺和機械臂雙目視覺系統(tǒng)兩軸平行仿真平臺，進(jìn)行了兩輪輪式機器人點鎮(zhèn)定運動仿真實驗和三維空間中機械臂移動抓取目標(biāo)物體仿真實驗。
　?、劢Y(jié)合基于Ma

5、xon無刷直流電機系統(tǒng)和DSP控制器的兩輪輪式機器人移動平臺、基于雙目視覺雙軸平行布局視覺系統(tǒng)和億學(xué)通六自由度機械臂，搭建了雙目視覺的移動機械臂實物平臺。在搭建的平臺上進(jìn)行了移動機械臂三維空間抓取目標(biāo)物體的實驗。
　　本文通過仿真和實物實驗結(jié)果表明，基于里程計定位的兩輪輪式機器人定位運動控制和基于特殊布局的雙目視覺系統(tǒng)的無標(biāo)定視覺伺服，能夠在不進(jìn)行圖像雅克比矩陣求解的情況下，較好地完成在視覺引導(dǎo)下的三維空間中移動機械臂的物體自主抓