空間機械臂艙上運動位姿測量系統研制.pdf

1、隨著人類對宇宙空間的不斷探索，空間機械臂的應用也越來越廣泛，而對機械臂的研究首先應該在地面上進行相應的模擬試驗。模擬試驗需要對機械臂仿真出空間中的零重力狀態(tài)，實際在地面實驗時機械臂有一個向下的重力，模擬零重力就需要將這個重力給完全消除。機械臂一般采用吊繩懸吊，而隨著機械臂的運動，不能保證吊繩始終鉛垂向下，所以需要對吊繩的鉛垂狀態(tài)給出一個精確的測定，本課題設計了一套基于單目視覺的位姿測量系統對懸吊機械臂的吊繩狀態(tài)進行精確測定。
　　

2、首先，對系統的整體方案進行設計，包括測量原理建模，系統硬件組成，軟件算法的選取。因為在實際實驗時需要對吊繩的狀態(tài)實時有效的測量，這就使得對硬件的要求比較高，這里我們選用的是美國軍方實時硬件設備 NI EVS-1463嵌入式視覺系統，它具有穩(wěn)定實時的特點。此外對系統可能出現的故障模式進行估計，并對各故障提出相應的處理方法。
　　其次，對單目視覺測量原理進行了建模。其中，圖像特征點提取方法采用雙閾值法；位姿解算算法首先建立靶點在相機坐

3、標系下的坐標測量模型，并求取相機坐標系和靶標坐標系之間的旋轉平移矩陣關系，從而獲得位姿測量結果，在此基礎上，通過仿真實驗驗證此算法的正確性。
　　然后，對整個系統的軟硬件功能及框架進行設計，軟件包括相機與EVS之間、EVS與上位機之間的數據接口設計；各個功能模塊的設計，包括主程序的模塊設計和各子模塊的功能設計；為了很好的實現人機交互，設計了簡潔的人機交互界面，包括數據顯示、存儲和各控制功能指令。硬件對系統的硬件系統進行設計，主要包