空间机械臂关节运动位姿视觉监测系统研究

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1、硕士学位论文空间机械臂关节运动位姿视觉监测系统研究THESYSTEMRESEARCHONTHESPACEMANIPULATORMOVEMENTPOSTUREBYVISUALMONITORING张鑫哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TH741.8学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文空间机械臂关节运动位姿视觉监测系统研究硕士研究生：张鑫导师：刘宛予教授申请学位：全日制工程硕士学科：仪器仪表工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH741.8U.D.

2、C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringTHESYSTEMRESEARCHONTHESPACEMANIPULATORMOVEMENTPOSTUREBYVISUALMONITORINGCandidate：ZHANGXinSupervisor：Prof.LIUWanYuAcademicDegreeAppliedMasterofEngineeringSpeciality：InstrumentandMeterEngineeringAffiliation：SchoolofElectricalEngineeringa

3、ndAutomationDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要地面模拟微重力环境是验证空间设备各项性能既经济又实用的重要方式。悬吊法作为众多在地面建立模拟微重力环境方式中的一种，在国内承担了大量的空间设备的关键技术的仿真验证工作。悬吊法作为被动式跟踪测量技术，需要提前得知目标物体的位姿信息，再做出相应的位移进行重力补偿，而如何获取实验目标物体的运动位姿一直是悬吊法实验中的工作难点和研究热点。本文依托《空间机械臂舱上运动测试系统研制》项目，重

4、点研究了该项目中的视觉位姿监测系统，视觉位姿监测主要功能是为该项目中的二维随动系统提供机械臂位姿信息。本课题主要工作包括视觉监测系统的硬件搭建、软件设计及实验方法三个方面。在分析了国内外地面模拟微重力环境中位姿测量方法的现状的前提上，通过比较各方法的优劣及根据项目技术指标确定了位姿监测系统选择单目视觉为工作方式的总体实施方案。在该方案的基础上，为满足系统的技术指标选取了系统所需的硬件系统，包括工业相机、镜头、靶标装置设计制作及机器视觉处理器等工作。然后以机器视觉处理器为依托完成了对系统的软件算法设计，包括图像处理设计及上位机之间通信过程的设计；并针对航天软件系统的稳定

5、性研究了适用于本系统的软件健康管理程序。最后本文在对相机和靶标进行了标定实验的基础上对位姿测量系统进行了软件执行时间实验、系统静态重复性精度实验、系统动态测量精度实验和靶标特征点故障实验，验证了系统的各项工作性能。关键词：空间机械臂；单目视觉；立体靶标；特征提取；位姿解算-I-AbstractAbstractMicrogravitysimulationenvironmentisanimportanteconomicandpracticalwaytoverifytheperformanceofthespaceequipment.Asoneofthemostimporta

6、ntmethodstoestablishamicrogravitysimulationenvironment,thesuspensionmethodhasbeenprovedtobesimulationverificationofthekeytechnologiesofspaceequipmentinChina.Asthepassivetrackingmeasurementtechnology,howtoobtainthemovingpositionoftheobjectisalwaysadifficulttaskandahotspotintheexperimento

7、fsuspension.Basedontheproject“ThemeasuredevelopmentsystemonSpacemanipulatormovementpostureontanktestsystemdevelopment”,focusingonthevisualmonitoringsystemwhichprovidesthetwo-dimensionalservosystemwithmanipulatorposturemonitoringdata,includingvisualmonitoringsystemhardwarestruct