基于双目立体视觉机械臂伺服定位系统的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：关于论文使用授权的说明日期：趔Q：．生：鲨本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印

2、或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：主垒!竺日期：迎lQ：∑：塑。摘要’摘要服务型机器人不仅需要在非结构化环境中运动，更为重要的是需要具有操作能力，就好比人类做任何事情都离不开灵巧的手臂。服务型机器人的操作能力主要通过其安装的机械臂来体现。当被操作目标在机器人坐标系中的确切位置不可能预知时，仅仅依靠运动学和运动规划的方法不可能实现机械臂对目标的操作。立体视觉是服务型机器人获取环境信息最主要的传感系统，因此，对基于双目立体视觉的机械臂伺服定位系统进行研究成为完成机器人操作任务的必要选择，具有

3、现实意义和理论意义。本文在构建灵活度较高的六自由度虚拟机械臂和立体视觉系统的基础之上，研究了固定于工作空间之中的摄像机引导机械臂跟踪目标小球的定位视觉伺服系统(ECL系统)。论文完成的主要工作包括：(1)根据服务型机器人实验平台的需求，确定了机械臂的自由度及各关节和杆件间的结构。在SolidWorks环境下构建了一个六自由度开链式机械臂的三维仿真模型，并建立了该机械臂的运动学模型。借助ADAMS虚拟样机软件进行仿真，以验证该机械臂机械结构的合理性。(2)研究了基于双目立体视觉的小球位姿检测方法。采用双目立体摄像机对处于复杂静止

4、背景下的运动小球进行检测、跟踪以及特征提取。利用双目视差原理获取特征点的深度信息，最终较准确地得到了小球的圆心三维坐标和旋转姿态。(3)在Eye．to．hand视觉伺服系统结构下，研究了以双目立体摄像机测得的运动目标位姿作为给定信息的位置给定型视觉伺服系统控制方法。利用ADAMS与Matlab进行联合仿真实验，实现了用实际双目立体摄像机控制虚拟机械臂跟踪运动目标小球的实验。(4)研究了模型预测控,U(MPC)方法，并将该方法进行改进应用于机械臂关节的伺服控制。实现了关节空间内的轨迹跟踪控制，仿真试验结果显示该算法具有抑制干扰和

5、受系统中不确定因素影响较小的特性。本论文的研究工作得到国家自然科学基金(NO．60774077)、国家863计划(NO．2007AA042226)、北京市教育委员会科技计划面上项目(NO．KM200810005016)和北京市教委科技创新平台项目(NO．0020005466018)的资助。论文的研究工作对于提高机械臂的工作效率以及拓展服务型机器人的应用范围具有参考价值。关键词：机械臂；视觉伺服；双目视差；特征提取：位置定位；轨迹跟踪IIABSTRACTServiceroboticsisrequirednotonlymoving

6、intheunstructuredenvironment，butalsoneedtohavetheoperatingcapacityimportantly,likehumancandonothingwithomdexterousarms．Servicerobotics’operatecapacityismainlyrealizedbyitsmanipulatorinstalled．喊letheposeoftargetbeingunpredicted，theoperationisnotachievedbymanipulatoro

7、nlyrelyingonthekinematicsandplanningmethods．Sothestereoscopicvisionisthemainsensorofserviceroboticsacquiringenvironmentinformation．Becauseofthat，basedonstereocamera,theresearchofthemanipulatorrobotservoing．positionsystemisnecessaryselectiontooperating，andalsosignifi

8、cant．Inthisthesis，baseonstructuringasix—freedomdegreesmanipulatorwhichhashigherflexibilityandanalyzingtheworkingprincipleofbinocularstereo