基于Kinect的仿人機(jī)器人伺服抓取物體研究.pdf

1、隨著科技革命的到來，機(jī)器人技術(shù)已成為了世界各國綜合國力較量最核心的科學(xué)技術(shù)之一。其中，機(jī)器人抓取技術(shù)是機(jī)器人最基本的功能，也是最重要的功能之一。不同于工業(yè)機(jī)器人，仿人機(jī)器人的自主抓取主要受環(huán)境和用于協(xié)同作用的傳感器影響，同時(shí)環(huán)境的多樣性、隨機(jī)性等，對仿人機(jī)器人的感知系統(tǒng)也提出了更高要求。因此，本文以仿人機(jī)器人NAO為研究平臺，針對NAO機(jī)器人本體單目視覺難以獲得深度信息，雙目視覺重疊視野窄，抓取范圍受限等問題，提出采用Kinect深度傳

2、感器代替機(jī)器人本體攝像頭來感知外界環(huán)境，并圍繞機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、目標(biāo)識別定位、機(jī)械臂運(yùn)動路徑規(guī)劃以及機(jī)器人抓取物體操作展開了研究。本文的主要工作內(nèi)容如下：
　?。?）針對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)，介紹了相關(guān)的理論知識，對NAO機(jī)器人手臂利用D-H法和機(jī)器人正運(yùn)動學(xué)方程建立了數(shù)學(xué)模型，并利用解析法對機(jī)器人手臂進(jìn)行逆運(yùn)動學(xué)求解，為NAO機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主抓取物體提供了基礎(chǔ)。
　?。?）為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度的目標(biāo)定位，本文提出了一種基于Kinect的仿

3、人機(jī)器人目標(biāo)定位方案。首先對Kinect采集的場景信息進(jìn)行圖像處理，獲取物體中心點(diǎn)空間坐標(biāo)；然后對Kinect和機(jī)器人進(jìn)行坐標(biāo)系建立，構(gòu)建布爾沙坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，并利用線性總體最小二乘算法（LTLS）求解該模型；再通過該模型將目標(biāo)物中心點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人坐標(biāo)系，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對目標(biāo)物體的定位。最后，在NAO機(jī)器人平臺上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，所提出的目標(biāo)定位方案合理可行，既能使NAO實(shí)時(shí)、可靠的定位目標(biāo)物體，滿足抓取物體所需的定位精度，又較

4、其單目視覺定位更準(zhǔn)確。
　　（3）為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人快速、可靠的抓取目標(biāo)物體，在分析機(jī)器人工作空間后，利用迭代法和幾何法計(jì)算出NAO機(jī)器人手臂的運(yùn)動可達(dá)空間，并針對NAO機(jī)器人多關(guān)節(jié)高維空間的特性，采用改進(jìn)的快速擴(kuò)展隨機(jī)樹算法（改進(jìn)的RRT*算法）對機(jī)器人手臂運(yùn)動路徑進(jìn)行規(guī)劃，即將網(wǎng)格搜索法與雙向擴(kuò)展策略引入到原始RRT*算法中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法不僅保留了RRT*逐漸優(yōu)化路徑的特性，而且提高了路徑規(guī)劃的效率。
　　（4）在有、