機械手仿人智能無標定混合雙目視覺伺服研究.pdf

1、機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，常用于孔—軸裝配等工業(yè)任務中。機械手視覺伺服融合了機械手運動學與視覺感知技術(shù)，充分利用視覺傳感器信息量大和非接觸等優(yōu)點，通過視覺信息反饋來實現(xiàn)機械手的運動控制，使得機械手變得智能化，擴大了機械手的應用范圍。
　　視覺系統(tǒng)的構(gòu)建是在機械手視覺伺服研究中非常重要的問題，合理地選取攝像機的配置結(jié)構(gòu)和布局方式往往能夠簡化視覺伺服任務。根據(jù)攝像機配置方式，視覺系統(tǒng)可分為“眼在手”和“眼固定”兩種類型；根據(jù)攝像機

2、數(shù)目，視覺系統(tǒng)可分為單目視覺系統(tǒng)、雙目視覺系統(tǒng)和多目視覺系統(tǒng)。
　　機械手視覺伺服可分為基于標定的視覺伺服和無標定的視覺伺服。與基于標定的視覺伺服相比，無標定視覺伺服無需對攝像機內(nèi)外參數(shù)進行預先標定，直接通過圖像上的系統(tǒng)狀態(tài)誤差設(shè)計控制器，避免了對精確標定模型的依賴以及繁復的標定過程，對強干擾、復雜的工業(yè)環(huán)境具有較好的適應能力?；趫D像的無標定視覺伺服需要估計圖像雅克比矩陣，而雅克比矩陣的求取過程往往比較繁復，計算量大，在涉及雅克

3、比矩陣求逆時常常存在奇異性等問題。因此，無標定視覺伺服一直是視覺伺服領(lǐng)域中的研究難點和研究熱點。
　　本文基于仿人智能控制的理論思想，充分結(jié)合全局視覺的整體性和局部視覺的靈活性，構(gòu)建了“眼固定”和“眼在手”相結(jié)合的混合雙目視覺系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，結(jié)合實際工程中的孔—軸裝配任務，針對攝像機在特殊布局下的控制方法進行了研究，完成的主要工作如下：
　?、偬岢隽朔氯酥悄軣o標定視覺伺服控制方法。
　　采用機械手混合雙目視覺伺服系統(tǒng)

4、，針對攝像機進行特殊布局，使得固定攝像機坐標系與手上攝像機坐標系的一條軸線分別和世界坐標系的軸線平行。基于該布局，建立了描述手眼關(guān)系的機械手混合雙目視覺映射關(guān)系模型，并對該模型進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，提出了機械手仿人智能無標定混合雙目視覺伺服方法，實現(xiàn)對機械手的多模態(tài)分段控制。該方法避免了傳統(tǒng)意義上對圖像雅克比矩陣的繁復估計以及矩陣求逆過程中存在的奇異性問題。
　?、诖罱嘶旌想p目視覺伺服仿真

5、平臺，完成了視覺伺服仿真實驗。
　　搭建的平臺基于VC環(huán)境開發(fā)，采用Open Inventor構(gòu)建三維場景，OpenCV實現(xiàn)視覺映射，Orocos實現(xiàn)機械手運動控制，DirectInput實現(xiàn)人機交互控制，MFC編寫圖形用戶界面。該平臺具有良好的人機交互功能和三維可視化效果，可以實現(xiàn)6自由度機械手在“眼固定”和“眼在手”配置結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合雙目視覺伺服控制系統(tǒng)的設(shè)計和研究，并以數(shù)字、曲線和三維動畫的形式實時地顯示仿真結(jié)果。基于該平

6、臺，完成了機械手仿人智能無標定混合雙目視覺伺服仿真實驗；
　　③基于工業(yè)機械手 DENSO、工業(yè)相機及工控機等設(shè)備，搭建了機械手混合雙目視覺伺服實物平臺，并在平臺上完成了機械手無標定混合雙目視覺伺服實驗的研究與驗證。
　　本文仿真和實物實驗結(jié)果表明，在構(gòu)建“眼在手”和“眼固定”相結(jié)合的混合雙目視覺系統(tǒng)下，通過對攝像機的特殊布局設(shè)計的仿人智能控制方法，能夠在攝像機內(nèi)外部參數(shù)無標定和不進行圖像雅克比矩陣求解的情況下，較好地完成在