機(jī)械手仿人智能無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服研究.pdf

1、機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，常用于孔—軸裝配等工業(yè)任務(wù)中。機(jī)械手視覺(jué)伺服融合了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)與視覺(jué)感知技術(shù)，充分利用視覺(jué)傳感器信息量大和非接觸等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)視覺(jué)信息反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制，使得機(jī)械手變得智能化，擴(kuò)大了機(jī)械手的應(yīng)用范圍。
　　視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)建是在機(jī)械手視覺(jué)伺服研究中非常重要的問(wèn)題，合理地選取攝像機(jī)的配置結(jié)構(gòu)和布局方式往往能夠簡(jiǎn)化視覺(jué)伺服任務(wù)。根據(jù)攝像機(jī)配置方式，視覺(jué)系統(tǒng)可分為“眼在手”和“眼固定”兩種類型；根據(jù)攝像機(jī)

2、數(shù)目，視覺(jué)系統(tǒng)可分為單目視覺(jué)系統(tǒng)、雙目視覺(jué)系統(tǒng)和多目視覺(jué)系統(tǒng)。
　　機(jī)械手視覺(jué)伺服可分為基于標(biāo)定的視覺(jué)伺服和無(wú)標(biāo)定的視覺(jué)伺服。與基于標(biāo)定的視覺(jué)伺服相比，無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服無(wú)需對(duì)攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)進(jìn)行預(yù)先標(biāo)定，直接通過(guò)圖像上的系統(tǒng)狀態(tài)誤差設(shè)計(jì)控制器，避免了對(duì)精確標(biāo)定模型的依賴以及繁復(fù)的標(biāo)定過(guò)程，對(duì)強(qiáng)干擾、復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力?；趫D像的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服需要估計(jì)圖像雅克比矩陣，而雅克比矩陣的求取過(guò)程往往比較繁復(fù)，計(jì)算量大，在涉及雅克

3、比矩陣求逆時(shí)常常存在奇異性等問(wèn)題。因此，無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服一直是視覺(jué)伺服領(lǐng)域中的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。
　　本文基于仿人智能控制的理論思想，充分結(jié)合全局視覺(jué)的整體性和局部視覺(jué)的靈活性，構(gòu)建了“眼固定”和“眼在手”相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，結(jié)合實(shí)際工程中的孔—軸裝配任務(wù)，針對(duì)攝像機(jī)在特殊布局下的控制方法進(jìn)行了研究，完成的主要工作如下：
　　①提出了仿人智能無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制方法。
　　采用機(jī)械手混合雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)

4、，針對(duì)攝像機(jī)進(jìn)行特殊布局，使得固定攝像機(jī)坐標(biāo)系與手上攝像機(jī)坐標(biāo)系的一條軸線分別和世界坐標(biāo)系的軸線平行?；谠摬季?，建立了描述手眼關(guān)系的機(jī)械手混合雙目視覺(jué)映射關(guān)系模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了定性分析及證明?；谏鲜龆ㄐ苑治觯Y(jié)合仿人智能控制思想，提出了機(jī)械手仿人智能無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的多模態(tài)分段控制。該方法避免了傳統(tǒng)意義上對(duì)圖像雅克比矩陣的繁復(fù)估計(jì)以及矩陣求逆過(guò)程中存在的奇異性問(wèn)題。
　　②搭建了混合雙目視覺(jué)伺服仿真

5、平臺(tái)，完成了視覺(jué)伺服仿真實(shí)驗(yàn)。
　　搭建的平臺(tái)基于VC環(huán)境開發(fā)，采用Open Inventor構(gòu)建三維場(chǎng)景，OpenCV實(shí)現(xiàn)視覺(jué)映射，Orocos實(shí)現(xiàn)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)控制，DirectInput實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互控制，MFC編寫圖形用戶界面。該平臺(tái)具有良好的人機(jī)交互功能和三維可視化效果，可以實(shí)現(xiàn)6自由度機(jī)械手在“眼固定”和“眼在手”配置結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，并以數(shù)字、曲線和三維動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)地顯示仿真結(jié)果?；谠撈?/p>

6、臺(tái)，完成了機(jī)械手仿人智能無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服仿真實(shí)驗(yàn)；
　?、刍诠I(yè)機(jī)械手 DENSO、工業(yè)相機(jī)及工控機(jī)等設(shè)備，搭建了機(jī)械手混合雙目視覺(jué)伺服實(shí)物平臺(tái)，并在平臺(tái)上完成了機(jī)械手無(wú)標(biāo)定混合雙目視覺(jué)伺服實(shí)驗(yàn)的研究與驗(yàn)證。
　　本文仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在構(gòu)建“眼在手”和“眼固定”相結(jié)合的混合雙目視覺(jué)系統(tǒng)下，通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的特殊布局設(shè)計(jì)的仿人智能控制方法，能夠在攝像機(jī)內(nèi)外部參數(shù)無(wú)標(biāo)定和不進(jìn)行圖像雅克比矩陣求解的情況下，較好地完成在