單目視覺(jué)伺服模塊化機(jī)械臂控制系統(tǒng)研究.pdf

1、機(jī)械臂是世界微機(jī)電技術(shù)領(lǐng)域中的前沿研究課題。模塊化機(jī)械臂可以滿足機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)易于修改、重構(gòu)和具有可拓展的功能;在國(guó)防、工業(yè)、及醫(yī)療等行業(yè),不僅要求機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)的動(dòng)作,而且還要求機(jī)械臂具有人類的視覺(jué)、思維、學(xué)習(xí)與自主能力等。基于上述原因,本文從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面,對(duì)單目視覺(jué)伺服模塊化機(jī)械臂控制系統(tǒng)模型進(jìn)行了深入的分析和研究,并初步建立了一套完整的基于位置的單目視覺(jué)伺服模塊化機(jī)械臂控制系統(tǒng)。主要工作如下:
　　 第一,分析了模

2、塊化機(jī)械臂的空間位姿描述矩陣和坐標(biāo)系的建立方法,并運(yùn)用D-H表示法為其建立了變換矩陣,完成了正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解;采用代數(shù)法對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了求解,并對(duì)模塊化機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析;數(shù)據(jù)表明:機(jī)械臂正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差主要來(lái)自于機(jī)械設(shè)計(jì)尺寸誤差和三角函數(shù)求解計(jì)算誤差。
　　 第二,設(shè)計(jì)了一種采用自適應(yīng)中值濾波和自適應(yīng)維納濾波相結(jié)合的數(shù)字圖像處理算法,以消除圖像噪聲;采用統(tǒng)計(jì)的方法,并以最小的特征維數(shù)確定了目標(biāo)物體相對(duì)于機(jī)械臂

3、基坐標(biāo)系的位置和姿態(tài),實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)物體特征的提取;實(shí)驗(yàn)顯示:設(shè)計(jì)的濾波算法較好的提高了原始數(shù)字化圖像的信噪比,采用的聚類統(tǒng)計(jì)方法獲得了目標(biāo)圖像中心點(diǎn)像素坐標(biāo)、過(guò)中心點(diǎn)截得目標(biāo)物體的橫軸與縱軸的半軸長(zhǎng)、圖像面積和周長(zhǎng)等圖像特征。
　　 第三,分析了機(jī)械手臂視覺(jué)伺服的幾種方式,并采用基于位置的視覺(jué)伺服方法實(shí)現(xiàn)本文的規(guī)劃;針對(duì)模塊化機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題,對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)模塊設(shè)計(jì)了模糊PID運(yùn)動(dòng)控制器,并對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析了該控制器的穩(wěn)定性;對(duì)手臂末端