基于深度学习的机器人抓取仿真训练技术研究.pdf

《基于深度学习的机器人抓取仿真训练技术研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文（工程硕士）基于深度学习的机器人抓取仿真训练技术研究RESEARCHONROBOTGRASPINGSIMULATIONTRAININGTECHNOL-OGYBASEDONDEEPLEARNING柳俊先哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP391学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于深度学习的机器人抓取仿真训练技术研究硕士研究生：柳俊先导师：陈晓峰副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInde

2、x:TP391U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONROBOTGRASPINGSIMULATIONTRAININGTECHNOL-OGYBASEDONDEEPLEARNINGCandidate：LiuJunxianSupervisor：AssociateProf.ChenXiaofengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechatronicsEngineeringAffiliat

3、ion：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要机器人智能抓取是实现机器人智能化的重要一环。由于待抓取物品形状、尺度的多样性以及环境因素的影响，抓取任务很难用准确的数学公式求解。以往的研究多是借助计算机视觉、机器学习等相关技术，虽有一定的效果，但智能化程度还是较低。2012年后深度学习技术逐渐崛起，因为其良好的特征提取表现被应

4、用在了各个领域，如医学图像、自动驾驶、数据分析等，近年来国外学者开始将这项技术应用到机器人抓取，并取得了一定的成果。深度学习要想取得良好的效果，需要大量的数据来训练，虽然有学者指出预训练的网络对数据量要求小一些，但是对于机器人来说试验的数据量还是很大，密集的动作可能造成机器人故障，所以近年来也有学者开始尝试在虚拟环境中执行大量试验来收集数据。课题研究了相机标定原理，并完成了机器人的手眼标定。为了完成现场实验，使用Kinect相机提供彩色图和深度图，在实验之前标定了彩色摄像头和红外摄像头以及两者之间的相对位置关系。研究了两种基于采样的运动规

5、划算法—PRM和RRT，用来指导后续的机器人运动规划。采用九点标定法标定了机械臂和Kinect的相对位置关系，结合深度图可将彩色图中的像素点转换到机器人基坐标系下来指导机器人执行抓取。基于VREP搭建了一个用来收集机器人抓取数据的虚拟环境，虚拟环境中包含了深度相机、机械臂和物体。本课题采用在物体像素点集合中随机采样的方法生成抓取中心点，针对单个物体的某个抓取中心点，采用一种基于深度图的抓取方向生成算法，该算法选出法线通过抓取中心点的边缘点，随后对这些抓取点的法向进行融合，将候选抓取方向减少到几个，最后通过外部客户端控制仿真执行大量的抓取来

6、收集该物体的抓取数据。研究了几种目标识别的网络，在此基础上编写了抓取识别的网络。本课题研究了包含Faster-RCNN、YOLO在内的几种目标识别网络，这些网络可用于将图像中的物体识别出来。并在SSD300的基础上进行了修改，利用其中间层特征图来预测可行的抓取位姿，训练时借鉴SSD的思想直接对真实抓取框的四个点的坐标进行回归，预测时通过计算IoU和非极大值抑制来生成最终的抓取位姿。修改后的网络在物体识别和抓取款识别复合任务上有良好的表现。最后本课题提供了现场实验，由上述网络在Kinect提供的图像中预测目标抓I哈尔滨工业大学工程硕士学位论

7、文取位姿，转换到机器人坐标空间，然后由AUBO-i5机器人和ROBOTIQ-140机械爪执行抓取。实验验证了虚拟数据训练的神经网络用于现实场景抓取的可行性。关键词：机器人抓取；相机标定(手眼标定)；VREP；深度学习II哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractIntelligentrobotgraspingplaysanimportantroleinrobotintelligence.Duetothediversityofshapesandscalesofobjectsandtheinfluenceofscenes,itisquit

8、edifficulttosolvethetaskwithaccuratemathematicalformulas.Mostofthepreviousresearcheswerebasedonc