机械臂视觉伺服控制方法研究

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1、硕士学位论文机械臂视觉伺服控制方法研究RESEARCHONVISUALSERVOCONTROLMETHODOFMANIPULATOR蔡伟东哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.9学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文机械臂视觉伺服控制方法研究硕士研究生：蔡伟东导师：刘鹏副教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.9U.D.C:621.3Disse

2、rtationfortheMasterDegreeinEngineeringResearchonvisualservocontrolmethodofmanipulatorCaiWeidongCandidate：A.P.LiuPengSupervisor：MasterofEngineeringAcademicDegreeAppliedfor：ComputerScienceandTechnologySpeciality：SchoolofComputerScienceandAffiliation：TechnologyJune,2

3、016DateofDefence：HarbinInstituteofTechnologyDegree-Conferring-Institution：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要通过在机械臂系统中引入视觉伺服控制，即使用视觉信息对机械臂运动进行控制可有效提高机械臂的灵活性与准确性。本文使用六自由度示教型机械臂构建基于位置的视觉伺服控制系统，以捕获运动中的圆形目标。首先，对所用的六自由度机械臂进行了运动学分析，使用D-H参数法对其建模，推导出了相应的运动学方程，并在运动学方程的基础上求得了逆运动学方程的封闭解。在完成机械

4、臂正逆运动学方程的求解之后，使用比例控制法表明了基于位置的视觉伺服系统其定位精度与运动学参数的误差无关，可有效提高机械臂的定位精度。其次，对摄像机成像模型进行了介绍，基于张正友标定法对系统所用摄像机进行了内参数标定。在完成摄像机的内参数标定后，对眼在手上的手眼系统标定方法进行了分析，通过控制机械臂末端执行器处于不同位姿下对空间中的固定标定板进行观测，求得了摄像机坐标系在机械臂末端执行器坐标系下的位姿，即完成了机械臂的手眼标定。而后，为了从图像中获取圆形目标投影形成的椭圆，本文分析了数字图像处理的相关内容，对图像平滑滤波、梯

5、度计算等方法进行了实验比较，使用最小二乘法拟合得到了目标成像的椭圆。在得到了圆形目标在像平面上的椭圆方程之后，介绍了从椭圆方程求得摄像机坐标系下圆形目标位姿的方法。在此基础上，提出了基于二次成像解决单圆位姿求解二义性问题的方法，并对此进行了实验验证。最后，本文对机械臂的轨迹规划问题进行了分析，给出了视觉伺服控制系统的伺服控制过程，构建了基于位置的机械臂视觉伺服控制系统，并对所建系统进行了实验验证。实验表明，引入视觉伺服控制的机械臂系统相比原先的开环控制系统具有更高的定位精度。关键词：视觉伺服；图像处理；机械臂运动学；单圆位

6、姿估计I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThroughtheintroductionofvisualservocontrolinthemanipulatorsystem,theuseofvisualinformationtocontrolthemovementoftherobotarmcaneffectivelyimprovetheflexibilityandaccuracyofthemanipulator.Inthispaper,apositionbasedvisualservocontrolsystemi

7、sconstructedbyusingthesixdegreeoffreedommanipulatorarmtocapturethecircularobjectinmotion.Firstofall,thispaperonthesixdegreeoffreedommanipulatorwerekinematicsanalysis,usingD-Hparametersderivingthecorrespondingkinematicsequations,andonthebasisofthekinematicequations

8、toobtaintheclosed-formsolutionofinversekinematicsequations.Afterthecompletionofthemanipulatorforwardandinversesolutionofkinematicsequation,inthispaper,w