基于视觉的六自由度机械臂控制技术研究

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1、硕士论文基于视觉的六自由度机械臂控制技术研究摘要多自由度机械臂具有高速、灵活等特点，在工业生产等已知环境中扮演着重要的角色。但其由于无法自主获取外界信息，所以在未知环境中的自主控制面I临新的挑战。随着视频图像处理技术的发展，基于视觉的机械臂控制技术的出现，为解决机械臂在未知环境中的自主控制问题提供了基础。本文以PowerCube六自由度模块化机械臂为对象，‘研究了基于视觉的机械臂控制方法，即利用视觉传感器的反馈信息，使机械臂的末端执行器能够自动对准目标，并实施作业。本文首先通过对PowerCube六自由度模块化机械臂的分析，利用D-H方法建

2、立了机械臂运动学模型，并在此模型的基础上，推导出机械臂正运动学方程并研究了机械臂逆运动学问题的求解方法，得到了机械臂运动学逆解问题的解析解。同时在实际机械臂上对给出的正运动学方程和逆解问题的解析解进行了验证与分析。然后主要对如何从图像中提取目标的特征信息进行了研究，并通过对摄像机的标定，给出了一种利用单目摄像机获取目标的三维坐标信息的方法。通过实验验证了所用方法的可行性。最后设计了基于视觉的机械臂控制系统，并从软件结构、程序流程和用户界面等角度对所设计的软件进行了说明。同时，利用索尼EVI．DIOOP型摄像机，在PowerCube机械臂上进

3、行视觉控制实验。实验结果证明了求取机械臂逆解方法和目标定位方法的有效性。关键词：多自由度机械臂，运动学逆解，目标定位，视频图像处理Ab删硕士论文AbstractManipulatorswithmulti-degreeoffreedomplayanimportantroleinknownenvironmentowingtotheircharacters，suchaShi曲-speedandflexible．However,theyCan’tgetexternalinformationindependently,SOtheautonomousc

4、ontrollingofmanipulatorsfacesnewchallengeinUl'lknowllenvironment．Withthedevelopmentofthevideoandimageprocessingtechnology,theappearanceofthecontrollingtechnologybaSedonvisionprovidesamethodwhichresolvestheproblemoftheautonomouseontrollingofmanipulatorsinunknownenvironment．

5、AmethodtocontrolmanipulatorsbasedonvisioniSstudiedinthisPaper．TheworkiscarriedthroughonthePowerCubemodularmanipulatorwithsixdegreesoffreedom．Makinguseofthefeedbackfromthevisionsensor'theactuatorofthemanipulatorcanaimatthetargetandsnatchatit．First，thestructureofthemanipulat

6、orisanalyzed．WiththeD-Hmethod，themodelofthemanipulator’Skinematicsissetup．Basedonthemodel，theequationofdirectkinematicsiSdeduced．Amethodwhichsolvestheproblemofthemanipulator’SinversekinematicsiSproposed．Andtheanalyticalsolutionoftheproblemofthemanipulator’Sinversekinematic

7、sisfound．Meanwhile，theexperimentiscompletedonthemanipulatonSecond，amethodofpickingupthetarget’Sfeaturefromtheimageisresearched．And丽mcamerademarcating，amethodtogetthethree—dimensionalcoordinatesofthetargetwithacameraisproposed．Themethodsusedintheexperimentsaleprovedcorrect．

8、Finally,asystemtocontrolthemanipulatorbasedonvisionisdesigned．Thesoftwareisillustratedfro