基于雙目視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂物體抓取控制.pdf

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

2、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法。本文采用的移動(dòng)平臺(tái)為兩輪輪式機(jī)器人，是一個(gè)具有環(huán)境感知，動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃，運(yùn)動(dòng)控制與執(zhí)行等多種功能的綜合系統(tǒng)。兩輪輪式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題主要包括機(jī)器人的點(diǎn)鎮(zhèn)定控制、路徑規(guī)劃和軌跡跟蹤；對(duì)于多自由度機(jī)械臂控制采用基于視覺(jué)的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)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(shí)現(xiàn)移動(dòng)機(jī)械臂自主完成目標(biāo)物體的移動(dòng)抓取，主要工作如下：
　?、僭O(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于里程計(jì)和無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服的移動(dòng)機(jī)械臂

3、移動(dòng)抓取目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)控制。
　　該方法將抓取目標(biāo)物體分為三個(gè)步驟，第一步兩輪輪式機(jī)器人根據(jù)里程計(jì)到達(dá)目標(biāo)物體附近，采用基于兩輪輪式機(jī)器人的位置和姿勢(shì)反饋設(shè)計(jì)里程計(jì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了兩輪輪式機(jī)器人的定位與運(yùn)動(dòng)控制。
　　第二步根據(jù)特殊的兩軸平行布局雙目視覺(jué)系統(tǒng)獲取的信息，控制調(diào)整兩輪輪式機(jī)器人的位姿，使得兩輪輪式機(jī)器人在一定的距離正對(duì)目標(biāo)物體。
　　第三步基于無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制，選擇位置近似解耦的點(diǎn)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(jī)械臂的模型，利用解析法和遺傳算法結(jié)合求解機(jī)械臂逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，設(shè)計(jì)多模態(tài)視覺(jué)伺服控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)械臂對(duì)目標(biāo)物體的抓取，并證明了圖像平面特征點(diǎn)的收斂性。
　?、诖罱ɑ谶\(yùn)動(dòng)學(xué)的兩輪輪式機(jī)器人仿真平臺(tái)和機(jī)械臂雙目視覺(jué)系統(tǒng)兩軸平行仿真平臺(tái)，進(jìn)行了兩輪輪式機(jī)器人點(diǎn)鎮(zhèn)定運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)和三維空間中機(jī)械臂移動(dòng)抓取目標(biāo)物體仿真實(shí)驗(yàn)。
　?、劢Y(jié)合基于Ma

5、xon無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)和DSP控制器的兩輪輪式機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)、基于雙目視覺(jué)雙軸平行布局視覺(jué)系統(tǒng)和億學(xué)通六自由度機(jī)械臂，搭建了雙目視覺(jué)的移動(dòng)機(jī)械臂實(shí)物平臺(tái)。在搭建的平臺(tái)上進(jìn)行了移動(dòng)機(jī)械臂三維空間抓取目標(biāo)物體的實(shí)驗(yàn)。
　　本文通過(guò)仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于里程計(jì)定位的兩輪輪式機(jī)器人定位運(yùn)動(dòng)控制和基于特殊布局的雙目視覺(jué)系統(tǒng)的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)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(jué)引導(dǎo)下的三維空間中移動(dòng)機(jī)械臂的物體自主抓